探讨页岩气开采中微观参量对宏观产量的影响

众所周知，页岩中存在丰富的纳米孔隙，并且具有低孔、低渗的特点，页岩气开采时必须采用水力压裂等手段在储层中形成密集有效的裂缝网才能实现商业开采。那么，页岩气的产量与有机质内的纳米孔隙的关联度如何？怎样建立微观与宏观的联系？是当前页岩气开发中急需解决的科学问题。 

近期，中科院力学所流固耦合实验室林缅研究团队针对这一问题取得重要进展。研究人员从认识页岩中至关重要的有机质块和有机质孔出发，提出了有机质表征单元体（oREV）的概念，通过多尺度扫描图像，结合统计方法，建立了具有oREV尺度的统计耦合模型。该模型充分考虑了有机质和无机质的耦合。通过融合课题组前期工作，将纳米喉道内的甲烷吸附、有机质内甲烷的运移扩散，及无机质内裂缝网的达西流动有机地结合在一起，形成了一套快速高效预测页岩气产量的方法，真正实现了跨尺度的渗流模拟。通过计算分析发现，统计耦合模型所预测的产量曲线比其他模型的结果更合理，能够部分回答当前关于理论预测产量与实际产量脱钩的问题。 

该研究成果已发表在石油工程学科顶级国际期刊Journal of Petroleum Science and Engineering（Cao G, Lin M, Jiang W, Zhao W, Ji L, Li C, et al. A statistical-coupled model for organic-rich shale gas transport. Journal of Petroleum Science and Engineering 2018; 169: 167-183.）上。研究工作得到了中科院先导B页岩气专项、国家自然科学基金和国家重点基础研究发展计划（973）等项目的支持。 

 

(a) (b) 

图1 (a)oREV的定义,(b)oREV的构建 

图2 计算流程 

(a) 累积产气量随时间变化 (b)日产气量随时间变化 

图3 多级压裂水平井产气曲线