深层海相页岩气藏水相存在方式对气体输运能力的评价

【作者】 邹夜雨； 康毅力； 陈明君； 游利军； 李佩松； 陈雪妮；

【机构】 西南石油大学油气藏地质及开发过程全国重点实验室；

【摘要】 海相深层页岩储层高温高压条件下甲烷-水赋存及输运特征是准确评价页岩气储量的关键。页岩气的勘探开发逐渐向埋深于3500～4500m深层页岩领域迈进。深层页岩纳米孔隙极为发育,渗透率极低,严重制约了页岩气规模效益开发。介于2～15nm纳米孔隙中气体和液体会受到孔壁分子的强烈作用,产生纳米限域效应。明确纳米限域空间中气-水两相输运机理及主控因素,有助于指导深层页岩气资源评估和开发设计。但目前深层页岩气勘探开发尚处于前期阶段,储层纳米限域气-水两相流动的基础理论亟待完善。首先,基于四川盆地龙马溪组海相深层页岩为研究对象,采用分子动力学(MD)方法模拟甲烷和水分子在纳米孔中的气-水两相输运行为;然后,采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法构建了伊利石和有机质2nm和5nm纳米狭缝模型;最后,在此基础上分析含水密度、孔径、温度和矿物类型对甲烷-水分子两相输运能力的影响。研究表明:甲烷分子在温度升高和孔径增大时扩散明显提高,温度升高100K,无机孔隙中心气体流速平均提高208%;有机质孔隙中心流速提高174%;无机孔隙孔径从2nm增长到10nm,孔隙中心流速增大了30倍;有机质孔隙增大了2.5倍。含水密度增加时变缓,在无机孔隙内的扩散系数骤降,降幅约为有机孔隙的18.3倍,5nm孔隙中,有机孔隙降幅约为无机孔隙的1.66倍。孔隙壁面的矿物类型对甲烷分子的扩散有显著影响,在伊利石和有机质狭缝孔隙中扩散系数依次减小。石墨烯构成的有机质孔隙对甲烷的吸附能力大于无机孔隙,主要是因为石墨烯特有的结构和光滑的表面对甲烷分子的扩散有促进作用。水分子对甲烷分子的扩散起抑制作用,甲烷的扩散系数随含水密度的增加逐步下降,在有机孔隙中水分子以团簇的形式阻碍甲烷分子的扩散,而无机孔隙中水分子则以"水膜"的形式吸附在孔隙表面。当无机矿物孔隙内含水密度过高(ρ_w≥0.4g/cm~3)时,孔隙内的水分子会聚集形成"水桥"。整体上,随着孔隙含水密度增加,无机孔隙中甲烷-水扩散系数均大于有机孔隙。研究结果为深层海相页岩气储量评估提供了理论依据。更多还原