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带吸附作用的煤层气运移规律一直是煤层气地质学界关注的焦点问题之一。为研究吸附-解吸状态下的煤层气运移机制,推导了气体吸附-解吸方程并分析了多孔介质扩散-渗流理论,开展了煤层气运移实验并对实验结果进行了分析。研究结果发现:煤体孔隙结构对煤层气运移具有"容阻效应","容储""阻降"二重特性并存构成了煤基质的基本功能;气体运移过程中煤体对CO2和CH4吸附能力的差异体现在吸附响应时间、吸附速率增长率、吸附平衡时间和最大吸附体积等4项指标;煤层气运移过程中扩散和渗流两种方式并存,当裂隙及大孔内气体压力较中-微孔隙系统气体压力高时,气体运移速率以渗流为主,否则以扩散为主。 相似文献
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页岩的吸附作用对页岩气资源量的评价和开采具有重要的影响。通过对页岩的甲烷吸附实验影响因素的分析总结,提出目前存在的一些问题和可能的解决方法。研究认为:(1)有机质特征、纳米孔隙结构、无机矿物组成、温度、压力、含水率等对页岩的甲烷吸附能力均有一定程度的影响,其中孔隙结构是决定页岩吸附能力最根本的因素,而温度和压力则是通过改变甲烷的吸附-解吸平衡,来影响页岩的甲烷吸附能力;(2)无机矿物组成由于受沉积环境和成岩作用等的影响,它与页岩的甲烷吸附量之间关系复杂;(3)现阶段页岩吸附能力的研究还存在诸多问题,例如,实验方法不够精确所造成的孔隙结构误差、含水率变化对页岩吸附能力的影响的研究还不完整、页岩气中其他组分对页岩吸附能力的贡献程度尚不明确,这些都需要更精确、更先进的实验和分子模拟等技术去解决。 相似文献
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研究煤复杂发育的孔隙结构对揭示煤层气体赋存机理及扩散运移规律有重要意义.为了研究煤的纳米孔隙结构,利用SEM、液氮吸附、小角X射线研究了不同煤阶煤的纳米孔隙在形式和分布上的非均匀性.实验煤样煤基质中的孔呈多峰分布,且孔径范围主要集中在2~10 nm.煤样低温液氮吸附实验测得煤样的吸附量为3.676 cm3/g,煤样的比表面积为1.416 m2/g.以最可几孔径作为研究对象,在实验压力范围内,吸附压力越大,最可几孔径变大的越多;瓦斯气体在纳米级孔隙结构中的扩散模式以过渡型扩散为主,微孔更发达的煤样中,扩散更接近Knudsen型扩散,中孔更发达的煤样中,扩散更接近Fick型扩散;Knudsen数与温度呈负相关关系,温度高于250 K后,Knudsen数趋于稳定,与压强呈正相关关系,压强越大,扩散越容易. 相似文献
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扩散是煤层甲烷运移的关键环节之一,而目前有关煤层中甲烷扩散特征的认识并不充分.以沁水盆地南部高煤阶煤层气藏为例,应用微纳渗流力学理论分析了煤基质中气体扩散模式及定量表征参数;应用Simed软件开展了扩散性能对不同煤体结构煤层气排采规律的影响数值研究.结果表明:煤层甲烷的扩散受化学势梯度的驱动,产气过程中体相扩散、努森扩散和构型扩散模式并存且呈动态变化;甲烷扩散性能受气体温度、压力、气体种类、水分以及基质孔隙结构共同影响,基质孔隙吸附甲烷会改变微孔孔径并影响扩散路径的空间形态;煤基质中甲烷的扩散是非热力平衡过程,扩散系数是吸附量的函数.基于拟稳态扩散的数值研究表明,扩散性能强弱对于长期累计产气量几乎没有影响,而对短期产气速率具有较大的影响;扩散性能弱的,产气速率峰值较低,但峰值之后的一段时间内产气速率相对较高;与高渗煤层相比,低渗构造煤层的产气速率对吸附时间常数更敏感. 相似文献
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页岩气吸附机理的研究对于页岩气成藏和储量评价具有重要意义.甲烷在地层温度和压力条件下处于超临界状态,页岩气的吸附实际上为超临界吸附,但其机理目前尚不明确.在建立Ono-Kondo格子模型的基础上,结合低温氮气吸附和高压甲烷等温吸附实验,对龙马溪组页岩的微观孔隙结构和超临界吸附曲线进行了分析.结果表明,页岩中发育的孔隙尺度较小,比表面积较大,吸附气主要赋存于微孔和中孔中;页岩的等温吸附曲线在压力较大时,必然存在下降的趋势,这并非异常现象,而是超临界甲烷过剩吸附量的本质特征.Ono-Kondo格子模型对页岩高压等温吸附曲线的拟合效果很好,相关系数均在0.99以上,说明该模型可以表征页岩纳米孔隙中超临界甲烷的吸附特征.基于拟合得到的吸附相密度可将过剩吸附量转换为绝对吸附量,并直接计算地层温度和压力下甲烷的吸附分子层数,计算层数均小于1,表明甲烷分子并没有铺满整个孔隙壁面.因此受流体性质、吸附剂吸附能力和孔隙结构3个方面的影响,页岩气的吸附机理为单层吸附,不可能为双层甚至多层吸附. 相似文献
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基于LAMMPS(Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)分子动力学方法,研究煤纳米孔隙中驱动力、孔径、温度和压力对甲烷吸附/解吸和流动的影响规律。结果表明,随着驱动力增加,甲烷分子黏度逐渐减小,流动性增强,流动速度增大,滑移长度绝对值逐渐减小,流动趋近于无滑移状态。甲烷的吸附密度与驱动力无关,主要受气?固作用影响。甲烷在流动过程中会吸附于煤孔隙壁面,当煤孔径较小时,甲烷几乎全部吸附,无游离态甲烷。增大煤孔径,壁面范德华力对游离态甲烷影响减弱,甲烷流动速度增大,孔隙内出现大量游离态甲烷,甲烷由单峰分布转为2个对称的双峰分布。大孔径中甲烷黏度较低,流动性好,Hagen-Poiseuille方程更适用于较大孔径中的甲烷流动。升高温度,甲烷分子热运动增强,吸附层密度降低,甲烷流动速度增加,煤孔隙壁上吸附态甲烷解吸为游离态甲烷,甲烷流量增大。增大压力,孔隙内甲烷数量逐渐增多,甲烷分子间强烈的相互碰撞使得甲烷流动阻力增大,流速减小。从微观角度通过建立更加真实的模型阐明了煤纳米孔隙中甲烷吸附/解吸和流动机制,研究结果可为工程应用中促进甲烷解吸、提升煤层气开采效率提供理论基础。 相似文献
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《地质科技情报》2015,(2)
致密页岩油气已经成为当前非常规油气资源勘探与开发的核心领域,致密页岩油气的赋存运移机理研究对于这项资源的勘探、资源评估、开发方式等方面都具有重要意义。近些年随着北美页岩气革命的兴起,国内外开展了大量研究工作,主要的研究进展包括:致密储层微观孔隙结构的观察与描述,表明致密储层中的微纳米孔隙大量发育,对油气的赋存与运移有重要影响;页岩气在低渗储层中的流动运移机理,其中以渗流-扩散-解吸附为框架的模型已经被广泛接受和应用;单井产量与可采资源量预测,以L型衰减曲线为代表的单井产量模型和EUR预测模型在生产中已经大量采用。然而当前的研究还存在许多不尽完善之处,例如:微观孔隙结构的表征尚未能为宏观分析提供很好的量化参数;现有的页岩气流动运移理论不适用于页岩油;非常规资源评估方法经验性太强等。 相似文献
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利用扫描电子显微镜观测、低温液氮实验、CO2吸附实验及高压压汞实验等分析手段,对贵州凤冈地区早寒武世牛蹄塘组页岩钻孔岩心最优孔隙段进行了综合分析。牛蹄塘组页岩各种孔隙发育较齐全,连通性好,是良好的页岩气储集层。微孔及纳米级孔隙发育,孔隙形态为墨水瓶孔、圆锥状等无定型态孔隙,为吸附气提供了较大的比表面积;有机质孔、粒内孔、晶间孔、粒间孔较发育,连通性好,孔径多数为100 nm~5 μm;大孔（>1 000 nm）连通性好,有利于气体解吸、扩散及渗透,具有较大的孔隙体积和比表面积,为气体提供了较好的吸附空间。 相似文献
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以渝东南-黔北地区牛蹄塘组页岩岩心及野外新鲜露头样品为研究对象,运用低温液氮吸附实验和氩离子抛光扫描电镜观察,划分页岩微纳米级孔隙类型,并对其发育程度和形态结构进行定量表征,结合页岩样品地球化学测试数据,明确页岩微观孔隙发育主控因素,试图建立微纳米级孔隙发育程度与主控因素定性或半定量关系。结果表明：研究区牛蹄塘组页岩微纳米级孔隙分为有机孔、无机孔和微裂缝3大类,包括7个亚类。有机质粒内孔结构特征为球状、细瓶颈状和墨水瓶状,无机孔主要为串珠状、球状和楔状,微裂缝呈四方开口的平行板状、夹板状。有机质粒内孔、矿物粒间孔和微裂缝为主要孔隙类型,且具有较好连通性,可作为页岩气赋存空间和渗流通道。页岩孔隙以中孔为主,其次为宏孔,孔隙直径分布范围主要在1~50 nm。比表面积主要由孔径≤5 nm孔隙所提供,页岩孔隙孔径越小,对比表面积贡献越大,越有利于页岩气吸附聚集,随着孔隙体积的增加,比表面积不断增加。有机碳含量是控制页岩微纳米级孔隙发育和比表面积的最重要内因,特别体现在对微孔和中孔发育的控制上;黏土矿物含量增加能增强页岩吸附能力,但对孔隙体积和比表面积主控作用不明显;脆性矿物含量主要控制宏孔发育,对页岩吸附的贡献可以忽略;热演化程度过低或过高均不利于有机质孔隙的发育,微纳米孔隙体积随着成熟度增加呈现出先增后减的趋势,对于高过成熟页岩,不同干酪根类型的有机质孔隙发育程度和比表面积大小次序为Ⅰ型＞Ⅱ型＞Ⅲ型。 相似文献
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柴西阿尔金山前经历了早期断陷、中期拗陷和晚期隆升的多期改造叠合,其中早、侏罗世断陷期发育陆相湖盆泥页岩。地堑半地堑同沉积断裂控制沉积格局,断陷湖盆长轴为北东向,在小梁山凹陷、七个泉断鼻带和铁木里克凸起构造带沉积半深湖深湖相的泥页岩夹薄层砂岩、粉砂岩。泥页岩空间展布受沉积相控制,因此呈北东向带状连续稳定分布,由阿尔金山前七个泉-红沟子-小梁山构造带向盆地内部厚度逐渐减薄,累积厚度超过300 m,有效厚度在50～70 m,是阿尔金山前中、下侏罗统工业性页岩气聚集成藏必备的物质保障。研究证实,阿尔金山前中、下侏罗统泥页岩干酪根显微组分腐泥组、镜质组、惰性组的平均含量分别为60.7％、33.1%和6.2%,依据Tissot和Welte分类标准,有机质干酪根类型以Ⅱ型为主。 对25个野外样品进行岩石热解测试,TOC含量稳定分布在1%～4%,Ro在0.8%～2.5%,泥页岩有机质含量高,处于成熟过成熟阶段,生气条件优越。与北美和四川盆地海相页岩相比,阿尔金山前中、下侏罗统陆相泥页岩的黏土矿物含量相对较高,平均含量为52.51%;含硅质脆性矿物含量相对较低,平均含量为37.42%。泥页岩中发育大量裂缝、微裂缝、粒间孔、粒内孔和有机质孔,有利于页岩气富集和吸附。泥页岩比表面积在9.13～18.14 m2/g,平均值为13.43 m2/g;孔体积在0.026 6～0.088 7 cm3/g,平均值0.065 41cm3/g,平均孔径在25.76～72.48 nm,平均值为47.87 nm。比表面积和孔径呈负相关,孔体积和孔径呈正相关;孔径越小,泥页岩的比表面积越大。TOC和Ro与泥页岩表面积呈正相关,表明随着有机质成熟生烃形成的有机质孔对比表面有重大影响,比表面越大为页岩气吸附提供的吸附位越多,储集性能优越。上覆灰泥岩、泥灰岩和膏盐岩盖层区域广泛分布,早期浅埋-中期深埋、多次排烃-晚期抬升有利于页岩气藏的保存。综合页岩气成藏实际地质参数,优选出小梁山凹陷、七个泉断鼻带、洪水沟断鼻带和铁木里克凸起4个有利区带。 相似文献
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页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存于暗色泥页岩中的天然气,页岩的孔隙特征是决定页岩储层含气性的关键因 素。页岩孔隙结构复杂,一般以纳米孔隙占优势,用常规储层孔隙的表征方法难以解释美国的高产页岩气系统。因此,页 岩纳米孔隙的表征成为制约页岩气资源评价的关键因素。在综述目前国际上对页岩气储层孔隙表征方法的基础上,对比分 析其各自的适用范围和应用前景。页岩储层孔隙的主要表征方法有3种:(1)以微区分析为主的图像分析技术;(2)以压 汞法和气体等温吸附为主的流体注入技术;(3)以核磁共振、中子小角散射 计算机断层成像技术为代表的非流体注入技术。 图像分析能够直观、方便、快捷地获取孔隙形态等方面的特征;流体注入法在表征微孔隙的孔径分布、比表面积等方面具 有独到优势;非流体注入技术由于其原位、无损分析及粒子高穿透力的特点,使研究多种地质条件下的孔隙特性成为可能。 在目前的技术条件下,应明确各种表征技术的优势与限制,根据实际情况合理建立孔隙研究流程,综合利用多种技术手段 能在不同的尺度下有效表征页岩气储层孔隙。 相似文献
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In this work, we consider a new model for flow in a multiporosity shale gas reservoir constructed within the framework of an upscaling procedure where hydraulic fractures are treated as (\(n-1\)) interfaces (\(n=2,3\)). Within this framework, the hydrodynamics is governed by a new pressure equation in the shale matrix which is treated as a homogenized porous medium composed of organic matter (kerogen aggregates with nanopores) and inorganic impermeable solid (clay, calcite, quartz) separated from each other by a network of interparticle pores of micrometer size. The solution of the pressure equation is strongly influenced by the constitutive response of the retardation parameter and effective hydraulic conductivity where the former incorporates gas adsorption/desorption in the nanopores of the kerogen. By focusing our analyses on this nonlinear diffusion equation in the domain occupied by the shale matrix, an optimization strategy seated on the adjoint sensitivity method is developed to minimize a cost functional related to gas production and net present value in a single hydraulic fracture. The gradient of the objective functional computed with the adjoint formulation is explored to update the controlled pressure drop aiming to optimize production in a given window of time. The combination of the direct approach and gradient-based optimization using the adjoint formulation leads to the construction of optimal production scenarios under controlled pressure decline in the well. Numerical simulations illustrate the potential of the methodology proposed herein in optimizing gas production. 相似文献
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Haiyan Hu 《中国地球化学学报》2014,33(4):425-430
To determine the effect of thermal maturity on the methane sorption in shale gas system, two different thermal maturity kerogens of type II isolated from Barnett shale of Fort Worth Basin were used to measure the methane adsorption amount under the pressure ranging from 0 to 14 MPa at constant temperatures. One kerogen was called Lee C-5-1 with 0.58% of vitrinite reflectance; the other was called Blakely#1 kerogen with 2.01% of vitrinite reflectance. The results suggested that the methane sorption capacity of kerogen Blakely#1 was higher than the immature kerogen Lee C-5-1, and its Langmuir constant and Langmuir maximum sorption amount, which were reached by fitting the measured data for at least square method, greater than the immature kerogen Lee C-5-1. This may be associated with that nanopores opened up during the degradation of organic matter, and which increased the specific surface area of kerogen. Therefore, the over mature kerogen has greater methane adsorption capacity. 相似文献
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页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气资源,页岩气藏具有多尺度的孔渗结构及多种渗流形态,研究页岩气藏储渗特征能够为页岩气的勘探开发提供理论支撑。该研究选取了柴达木盆地东部石炭系克鲁克组与怀头他拉组的页岩钻井岩心共5个样品,应用氩离子抛光扫描电镜实验与孔径分布测试(包括压汞法、氮气吸附法、二氧化碳吸附法)对页岩的孔隙结构特征进行定性定量测试。基于页岩气质量流量渗流模型,给出页岩表观渗透率与平均压力的关系。通过甲烷渗流模拟实验测定页岩的表观渗透率。从表观渗透率随平均压力的变化特征出发,分析页岩储层中的气体渗流规律。研究结果表明：页岩气的渗流形态包括滑脱流、扩散流及达西流。在低压情况下,渗透率低的页岩中以扩散流为主,其次为滑脱流。随渗透率的增大,渗流主要形式转变为滑脱流。当压力大于2 MPa时渗流形态以达西流为主,滑脱与扩散行为不明显。研究区内页岩微孔与中孔发育较多,达西渗透率与大孔的孔隙体积相关性较大,扩散流对表观渗透率的贡献与50 nm以下的孔隙孔体积比例有一定的相关性。低压下扩散流对表观渗透率的贡献较大,扩散流是一种非常重要的页岩气运移形式。 相似文献
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通过薄片分析、扫描电镜及氩离子抛光技术,对渝东南下古生界含气页岩中的孔隙类型及特征进行了分类观察、描述,结合有机碳含量、X衍射、岩石物性、氮气吸附及甲烷等温吸附实验测试,分析了页岩气储层中各类孔隙的储气贡献,探讨这些孔隙对页岩中烃类运移的影响。研究认为,有机质孔隙、颗粒内孔、粒间孔隙及微裂隙是页岩气储层孔隙的4种类型,有机质表面的分散状孔隙多为nm级,石英碎屑可形成粒内或粒间孔隙,黄铁矿颗粒内部小晶体排列分布产生孔隙空间,黏土絮状沉淀形成片粒状结构孔隙,微裂隙普遍发育在页岩基质中,可达mm级。不同类型的孔隙能够为页岩气的赋存提供不同尺度的储集空间,页岩吸附含气量与表征孔隙特征的参数(TOC、BET比表面积、BJH总孔体积)具有显著的正相关关系。微裂隙与粒间孔隙对页岩中烃类的运移最有利。 相似文献
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复杂储层岩石矿物组成非均质性强,孔喉结构细小.储集空间有效性评价、岩石结构精细评价及流体赋存状态与运移规律评价是决定复杂储层油气勘探成效的关键.针对复杂储层的储集空间（孔喉、裂缝）、岩石结构（矿物、有机质）、流体特征3方面,建立了复杂储层多尺度数字岩石评价技术及工作流程.储集空间表征方面:二维大面积分析技术可建立跨越6~7个数量级的多尺度选取及非均质性评价;多尺度CT及FIB-SEM联用可精确刻画孔喉和裂缝的三维空间分布;电化学和显影剂技术可以有效地帮助分析微观孔隙连通性.固体组分分析方面:XRF及Qemscan联用可定量评价矿物组成与分布;三维FIB-SEM技术可以实现有机质形态和分布的定量分析.流体特性方面:荷电效应可用于微量残留有机流体的识别与表征;通过合成孔径、润湿性、表面微结构均可调控的纳米材料,开展地层条件下页岩油赋存及流动物理模拟研究,确定了单一因素对页岩油赋存及可动孔径下限的影响;利用分子模拟研究油气在无机、有机质纳米孔隙中的聚集机理与扩散潜力.复杂储层多尺度数字岩石评价技术体系和一系列具体应用可以有效地填补常规储层分析手段的不足,为页岩油气、致密砂岩油气储层以及深部油气储层等复杂储层有效性评价和含油气性定量评价提供技术支撑. 相似文献
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应用氩离子抛光-扫描电镜方法研究四川九老洞组页岩微观孔隙特征 总被引：17，自引：12，他引：5
微观孔隙结构是页岩储层研究的重点,而扫描电镜方法无法识别机械抛光中由于页岩硬度差异所造成的不规则形貌。本文利用氩离子抛光-扫描电镜方法对四川威远区块九老洞组页岩进行研究,发现了三种孔隙类型:1无机孔以粒间孔和黏土矿物层间孔为主,同时发育晶间孔和生物孔,孔径主体100~500 nm;2有机孔受控于热成熟度或有机黏土复合体,孔径范围数十纳米至数微米;3微裂缝包括成岩收缩裂缝、高压碎裂缝、构造裂缝和人为裂缝,缝宽数微米,缝长数微米至数十微米。研究表明无机孔和微裂缝是九老洞组页岩气的主要储集空间。 相似文献
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鄂尔多斯盆地太原组海陆过渡相泥页岩是非常规天然气的储集层.通过采集太原组泥页岩样品,利用氩离子抛光-扫描电镜技术,观察抛光后泥页岩样品微孔隙、微裂缝的微观结构特征,分析其成因,认为沉积作用、成岩作用、有机质变质作用、干酪根生烃作用、溶蚀作用、构造应力作用是太原组页岩孔隙、裂缝发育的主控地质因素.同时参考国内外学术界对海相和陆相页岩的孔隙、裂缝类型的划分方案,将太原组海陆过渡相泥页岩孔隙、裂缝初步划分为有机孔、无机孔和微裂缝三大类.有机孔细分为化石孔、生烃孔;无机孔细分为粒间孔、晶间孔和溶蚀孔;微裂缝细分为收缩缝、应力缝和黏土矿物层间缝.太原组页岩中发育的微孔隙、微裂缝,为页岩气（尤其是游离气）提供了良好的储集空间和渗流通道,有利于页岩气的成藏.为页岩气的压裂开采及高产稳产提供了有利条件. 相似文献