基于微纳尺度流动的页岩储层产能预测模型与完井参数

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1、中图分类号：TE257单位代码：11414学号：2013312019题目基于微纳尺度流动的页岩储层产能预测模型与完井参数优化学科专业油气井工程研究方向油气井流体力学与工程博士生耿黎东指导教师李根生(院士/教授)田守嶒（副研究员）二○一七年五月AProductionForecastingModelandOptimizationofCompletionParametersforShaleGasReservoirsbasedontheMicro/Nano-ScaleflowDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Bei

2、jinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofEngineering(OrDoctorofNaturalScience)ByGengLidong(OilandGasWellEngineering)DissertationSupervisorProf.LiGenshengAssociateProf.TianShoucengMay,2017博士学位论文独创性声明郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其

3、他个人和集体己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位。的学位或证书所使用过的材料对本研宄做出贡献的个人和集体，均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。ｍ２０１７．０６．０１作者签名：日期：ｍｏｉ导师签名：日期：博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定：学校有权保留并向有关部门和机构送交，使用方式包括但不限于学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部

4、或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书＃面同意，且须以中国石油大学（北京）为第署名单位。２０１７０６０１作者签名．．：双裏糸曰期：２０１７０６０１．．导师签名：日期：摘要摘要我国页岩气技术可采储量约为21.8万亿立方米，位居世界第一。目前，我国的页岩气开发取得了突破性进展，2016年我国顺利完成了75亿方/年的产能建设目标。然而，由于页岩储层具有多尺度孔隙介质、多样性的气体赋存方式和高度发育的天然裂

5、缝等特征，导致页岩气流动机理复杂，压裂改造后产能难以准确预测，完井参数设计缺乏完善的理论依据。因此，十分必要建立一套基于微纳尺度流动特征的页岩气产能预测模型和完井参数优化方法。本文基于扩展纳维—斯托克斯方程，建立了适用于较大范围克努森数下的真实气体微观流动模型，并与实验、蒙特卡洛模拟等数据进行对比，验证了模型的可靠性，分析得出了真实气体效应、孔径、压力等因素对页岩气对流、体扩散、克努森数扩散、表面扩散等流动机理的影响，揭示了页岩气在储层基质中的微观流动机理；其次，以建立的真实气体流动模型为基础，采用分形理论，得到有机质/无机质单元渗透率模型，再利用不完全层法得到岩芯尺度（

6、百微米级）的分形渗透率模型。揭示了表观渗透率对分形维数、孔隙形状、孔隙度、TOC、基质孔径分布等因素的敏感性，建立了考虑基质孔径分形分布特点的页岩岩芯渗透率求解方法；再次，采用连续介质理论和离散裂缝模型相结合的方法，考虑基质孔径非均匀分布特点，基于分形渗透率模型建立了页岩气藏产能预测模型，并将模型计算结果与实际现场数据进行拟合、对比，验证了产能预测模型的可靠性，阐明了天然裂缝参数、人工裂缝参数、基质孔径分布和吸附现象对累计产气量的影响规律；最后，以建立的产能预测模型为基础，以四川QY地区页岩储层为研究对象，利用正交试验法分析了压裂级数、裂缝半长、级间距、簇间距和裂缝导流能

7、力等因素对累计产气量的影响，结果表明压裂级数是对累计产量影响最显著的参数，裂缝导流能力对累计产量的影响最弱。以产能最大化为目标，依次对不同完井参数进行优化，得到了相关参数的优化参考值范围，建立了基于微纳尺度流动的完井参数优化方法。本文建立了适用于我国页岩气藏的微纳尺度流动和产能预测模型，提出了一套完井参数优化方法，可为页岩气开发产能预测和完井参数优化设计提供理论依据。关键词：页岩气；微观流动；产能预测；完井参数；分形理论-II-ABSTRACTAProductionForecastingModelandOptimization