《頁岩氣開發過程微納多孔裂隙結構中流體輸運機理研究》是依託清華大學，由胥蕊娜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：頁岩氣開發過程微納多孔裂隙結構中流體輸運機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：胥蕊娜
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為實現頁岩氣的高效、安全和清潔開發，需要解決困擾頁岩氣藏工業化開採的一些關於氣體和液體在微/納米級孔隙、微裂隙中流動與熱質傳遞等重大基礎科學問題，頁岩氣儲層中流體輸運規律研究就是其中之一。已有納米孔隙熱物性研究的理論框架能否用於頁岩氣開發中流體物性描述值得進行進一步檢驗，針對頁岩氣特點的滲流問題，如頁岩氣微/納孔隙-微米裂隙介質流動規律、多重介質氣-水兩相流動滲流理論和數值模擬方法等方面研究尚需充實。本項目擬以類似於頁岩的微/納孔隙和微裂隙結構為研究對象，通過理論分析、實驗研究和數值模擬，研究在上述結構中流體的物性變化規律、單相解吸和滲流機理、氣-水兩相流動和換熱機理。以深入了解納米孔隙中富集相的物性變化規律，揭示微/納米級孔隙與微裂隙中的解吸和滲流的影響因素和基本規律，闡明微裂隙中氣-水兩相流體換熱規律，揭示頁岩氣多場耦合下輸運規律，大幅提高我國頁岩氣田開發的科技水平。
結題摘要
我國頁岩氣勘探開發潛力巨大，對國民經濟發展具有重大戰略意義。甲烷氣體賦存在頁岩的原生納米孔中，在開採過程中依次經歷在乾酪根有機質納米孔隙中的脫附、孔隙網路中的擴散、天然或壓裂裂縫中的滲流。頁岩的流動空間尺度分布寬廣，氣體的可壓縮性、孔隙表面的吸附效應和在納米尺度流道內流動的稀薄效應相互耦合，氣體運移規律異常複雜。認識和掌握氣體在頁岩岩心納米孔隙中的氣體吸附和運移機理，對正確開展岩心分析實驗、正確解釋測量數據、有效提高儲層評價準確度、降低頁岩氣勘探開發的風險具有重要意義。本項目以納米孔隙和微裂隙結構為研究對象，通過理論分析、實驗研究和數值模擬，開展了以下三方面研究內容：頁岩納米孔隙中氣體吸附機理和吸附特性研究、低滲多孔介質中滑移流動規律的理論分析與滲透率研究、水-氣兩相流在微觀多孔結構中可視化實驗研究與數值模擬。建立了基於刀具原子群方法的表征納米孔隙壁面物質結構的孔隙構造方法，在化學反應性的分子動力學力場中得到了納米孔隙中吸附特性並識別納米孔隙中吸附層厚度，從而確定了實際有機質表面吸附態流體的密度；發展了高壓線上核磁共振定量測量技術，準確測量出7納米孔中吸附量，闡明了頁岩中甲烷的橫向弛豫特徵。通過對流固界面含速度滑移的動量傳遞過程理論分析，揭示出變截面通道與直通道中微尺度效應作用機制不同在於孔隙中流體受到曳力作用，建立了考慮速度滑移的多孔介質滲透率理論計算模型，給出了速度滑移對滲透率影響的極限。理論分析闡明了多孔滲透率與壓力的變化規律，建立了基於壓力衰減原理的緻密多孔非穩態快速滲透率測量方法。建立了孔隙和細觀尺度高壓可視化實驗系統，實現了超臨界壓力下（大於7.4MPa）兩相界面的實時追蹤和定量測量，建立了相應的兩相流動毛細力曲線和相對滲透率模型。發表SCI檢索論文9篇，項目負責人獲得國家自然科學基金優秀青年基金項目。研究成果成功套用於中石油和中石化頁岩氣的勘探和開發。
