页岩储层气体扩散机理
气体在页岩储层中的流动机理
气体在页岩储层中的渗流机理气体在页岩储层中的流动主要经历 ３ 个过程：（1） 吸附在页岩储层基质表面的天然气解吸附后形成自由气存储在基质孔隙中；（2） 基质孔隙中的自由气（包括游离态 、溶解态气体和解吸附后形成的气体）向低压区（裂缝网络系统）扩散 ；（3） 天然裂缝和压裂诱导裂缝中的自由气以渗流的方式流向井底 。
1． 解吸附作用页岩气藏与常规天然气藏最主要的区别是部分天然气以吸附状态存储于页岩基质中 。
气体在页岩储层基质颗粒表面上的吸附主要受温度 、压力 、吸附物（气体类型和性质）、吸附体（储层类型 、比表面积 、固体吸附能力）等的影响。
对于给定的页岩气藏 ，吸附体和吸附物性质保持不变 ，气藏内温度变化范围较小 ，气体吸附量是压力的函数 。
在钻井 、完井和开采过程中 ，孔隙压力下降 ，吸附在基质颗粒表面的气体开始解吸附 。
在平衡状态和特定温度条件下描述岩石表面气体吸附量的函数形式主要有 ３ 种 ：Henry 线性等温吸附定律 、Freundlich 指数等温吸附定律和Langmuir 等温吸附定律 。
Henry 等温吸附定律 ：E H V V p =Freundlich 等温吸附定律 ：n E FV V p =Langmuir 等温吸附定律 2 扩散页岩储层中的扩散作用是指在浓度差的作用下 ，游离相天然气从高浓度区域向低浓度区域运动 ，即天然气由基质向裂缝系统进行扩散 ，当区域浓度平衡时 ，扩散现象停止 。
依据扩散过程可以分为拟稳态扩散和非稳态扩散。
式（５）给出了拟稳态扩散方程（Fick 第一定律） ，即单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（扩散通量）与该面积处的浓度梯度成正比 。
式（６）给出了非稳态扩散方程（Fick 第二定律） ，即扩散过程中扩散物质的浓度随时间变化 。
拟稳非稳页岩气藏开发过程中 ，基质内的天然气浓度随时间变化 ，非稳态扩散方程能够更准确地描述页岩气的扩散过程 。
页岩气成藏机理
页岩气成藏机理1 前言页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。
它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中，气流的阻力比常规天然气大，很大程度上增加了页岩气的开采难度，因此被业界归为非常规油气资源。
在页岩气藏中,天然气不仅存在于泥页岩,也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和砂岩地层中。
页岩气藏烃源岩多为沥青质或富含有机质的暗色泥页岩和高碳泥页岩,有机质含量一般为4% ~30%,是普通烃源岩的10~20倍。
天然气的生成来源于生物作用、热成熟作用或两者的结合。
页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。
通常孔隙度最高仅为4% ~5%,渗透率小于1×10-3μm。
2 页岩气的成藏机理天然气以多种状态存在于页岩中。
少数为溶解状态天然气,大部分为吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面,或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中。
吸附状天然气的赋存与有机质含量密切,它与游离状天然气含量之间呈彼消长关系,其中吸附状态天然气的含量变化于20% ~85%之间。
2.1 页岩气第一阶段－吸附状态（吸附与扩散）天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离(图1①),具有与煤层气成藏大致相同的机理过程。
在天然气的最初生成阶段,主要由生物作用所产生的天然气首先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要,当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时,富裕的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散,条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。
此时所形成的页岩气藏分布限于页岩内部且以吸附状态为主要赋存方式,总体含气量有限。
2.2 页岩气第二阶段－游离状态（溶解与析出）在热裂解气大量生成过程中,由于天然气的生成作用主要来自于热化学能的转化,它将较高密度的有机母质转换成较低密度的天然气。
页岩气成藏机理及气藏特征
页岩气成藏机理及气藏特征页岩气是泛指赋存于富含有机质的暗色页岩或高碳泥页岩中，主要以吸附或游离状态存在的非常规天然气资源。
在埋藏温度升高或有细菌侵入时，暗色泥页岩中的有机质，甚至包括已生成的液态烃，裂解或降解成气态烃，游离于基质孔隙和裂缝中，或吸附于有机质和矿物表面，在一定地质条件下就近聚集，形成页岩气藏。
从全球范围来看，页岩气拥有巨大的资源量。
据统计，全世界的页岩气资源量约为456.24xl0i2m3，相当于致密砂岩气和煤层气资源量的总和，具有很大的开发潜力，是一种非常重要的非常规资源［1-6］。
页岩气资源量占3种非常规天然气（煤层气、致密砂岩气、页岩气）总资源量的50%左右，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区，与常规天然气相当。
页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。
1.1 页岩气成藏机理1.1.1成藏气源页岩气藏的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成，页岩既是烃源岩、储层，也是盖层。
研究表明，烃源岩中生成的烃类能否排出，关键在于生烃量必须大于岩石和有机体对烃类的吸附量，同时必须克服页岩微孔隙强大的毛细管吸附等因素。
因此，烃源岩所生成的烃类只有部分被排出，仍有大量烃类滞留于烃源岩中。
北美地区目前发现的页岩气藏存在3种气源，即生物成因、热成因以及两者的混合成因。
其中以热成因为主，生物成因及混合成因仅存在于美国东部的个别盆地中，如Michigan盆地Antrim生物成因页岩气藏及Illinois盆地NewAlbany混合成因页岩气藏［2l］。
1.1.2成藏特点页岩气藏中气体的赋存形式多种多样，其中绝大部分是以吸附气的形式赋存于页岩内有机质和黏土颗粒的表面，这与煤层气相似。
游离气则聚集在页岩基质孔隙或裂缝中，这与常规气藏中的天然气相似。
因此，页岩气的形成机理兼具煤层吸附气和常规天然气两者特征，为不间断充注、连续聚集成藏（图l-l）。
有机质和黏土颗粒气体流入气体进入最终形成表面吸附与解吸页岩基质孔隙天然裂缝网络页岩气藏图1-1页岩气赋存方式与成藏过程示意图在页岩气成藏过程中，随天然气富集量增加，其赋存方式发生改变，完整的页岩气藏充注与成藏过程可分为4个阶段。
一页岩气成藏机理及控制因素
一页岩气成藏机理及控制因素第一章页岩气成藏机理及控制因素页岩气（Shale gas），是一种重要的非常规天然气类型，与常规天然气相比，其生成、运移、赋存、聚集、保存等过程及成藏机理既有许多相似之处，又有一些不同点。
页岩气成藏的生烃条件及过程与常规天然气藏相同，泥页岩的有机质丰度、有机质类型和热演化特征决定了其生烃能力和时间；在烃类气体的运移方面，页岩气成藏体现出无运移或短距离运移的特征，泥页岩中的裂缝和微孔隙成了主要的运移通道，而常规天然气成藏除了烃类气体在泥页岩中的初次运移以外，还需在储集层中通过断裂、孔隙等输导系统进行二次运移；在赋存方式上，二者差别较大，首先，储集层和储集空间不同（常规天然气储集于碎屑岩或碳酸盐岩的孔隙、裂缝、溶孔、溶洞中，页岩气储集于泥页岩粘土矿物和有机质表面、微孔隙中。
），其次，常规天然气以游离赋存为主，页岩气以吸附和游离赋存方式为主；在盖层条件方面，鉴于页岩气的赋存方式，其对上覆盖层条件的要求比常规天然气要低，地层压力的降低可以造成页岩气解吸和散失。
页岩气的成藏过程和成藏机理与煤层气极其相似，吸附气成藏机理、活塞式气水排驱成藏机理和置换式运聚成藏机理在页岩气的成藏过程中均有体现，进行页岩气的勘探开发研究，可以在基础地质条件研究的基础上，借助煤层气的研究手段，解释页岩气成藏的特点及规律。
第一节页岩气及其特征页岩（Shale），主要由固结的粘土级颗粒组成，是地球上最普遍的沉积岩石。
页岩看起来像是黑板一样的板岩，具有超低的渗透率。
在许多含油气盆地中，页岩作为烃源岩生成油气，或是作为地质盖层使油气保存在生产储层中，防止烃类有机质逸出到地表。
然而在一些盆地中，具有几十－几百米厚、分布几千－几万平方公里的富含有机质页岩层可以同时作为天然气的源岩和储层，形成并储集大量的天然气（页岩气）。
页岩既是源岩又是储集层，因此页岩气是典型的“自生自储”成藏模式。
这种气藏是在天然气生成之后在源岩内部或附近就近聚集的结果，也由于储集条件特殊，天然气在其中以多种相态存在。
页岩气藏流动机理
分气体等温吸附方程 ，当混合气体组分中不同气体对
应的 Ｌａｎｇｍｕｉｒ 体积常数差别较大时 ，多组分 Ｌａｎｇｍｕｉｒ
等温吸附公式的计算结果和实际存在一定的偏差 。
ＶＥｉ ＝
Ｖ ＬｉＢｉ ｐｙ ｉ ｎ
（４ ）
∑ １ ＋ Ｂｊ ｐ ｙ ｊ ｊ＝１
式（１ ） ～ （４ ）中 Ｖ Ｅ 表示吸附 气含量 ，ｍ３ ／ｔ ；Ｖ Ｈ 表 示
力下降 ，吸附在基质颗粒表面的气体开始解吸附 。 在平
衡状态和特定温度条件下描述岩石表面气体吸附量的
函数形式主要有 ３ 种 ：Ｈｅｎｒｙ 线性等温吸附定律 、Ｆｒｅｕｎ‐
ｄｌｉｃｈ 指数等温吸附定律和 Ｌａｎｇｍｕｉｒ 等温吸附定律 。
Ｈｅｎｒｙ 等温吸附定律 ：
ＶＥ ＝ ＶＨ ｐ
（１ ）
式（１ ）给出了 Ｈｅｎｒｙ 线性等温吸附方程［９］ ，在指
定温度下固体颗粒表面的气体吸附量是压力的线性函
数 ，随压力增加 ，气体吸附量增加 。 Ｈｅｎｒｙ 线性等温吸
附函数的假设条件是吸附气体为理想气体 ，因此 ，该方
程仅在低压小范围条件下适用 。
基金项目 ：国家科技重大专项“页岩气勘探开发关键技术研究项目”（编号 ：２０１１ＺＸ０５０１８‐００５） 。 作者简介 ：于荣泽 ，１９８３ 年生 ，工程师 ，博士 ；２０１１ 年毕业于中国科学院渗流流体力学研究所 ；主要从事页岩气开发方面的研究 工作 。 地址 ：（０６５００７）河北省廊坊市 ４４ 号信箱新能源研究所 。 电话 ：（０１０）６９２１３３４９ 。 Ｅ‐ｍａｉｌ ：ｙｕｒｏｎｇｚｅ２０１１＠ １６３ ．ｃｏｍ
·３·
透率［１５］ 。
Ｖ ＝ － Ｋ∞ μ
１＋
ｂ ｐ
楚ｐ
页岩气的产气机理
页岩气产出机理当页岩层压力降到一定程度时，页岩中被吸附的气体开始从裂隙表面分离下来，成为页岩气的解析。
由于节理中的压力降低，解析出的气体和游离态、溶解态天然气混合通过基质孔隙和裂隙扩散进入裂隙网络中，再经裂缝网络等输导系统流向井筒。
页岩气的产出可以分为三个阶段。
第一阶段：随着井筒附近中压力微幅度的降低，首先产水，井筒附近只有单相流动。
第二阶段：当储层压力继续降低时，开始有一部分甲烷从页岩孔隙和裂隙中解析出来，并和游离态的天然气混合，开始形成气泡，阻碍着水的流动，水的相对渗透率下降，但气体不能流动，无论在基质还是在节理中，气泡都是孤立的，并不相互连接为非饱和单相流。
第三阶段：当储层压力进一步降低时，有更多的气体解析出来，水中含气达到饱和，气泡相互连接成线状，气的相对渗透率大于增大，随着压力下降，饱和度降低，气产量不断上升，呈现两相流状态。
上述三个阶段是连续的过程，随时间的推进，从井孔向周围的地层逐渐蔓延。
这是一个循序渐进的过程，脱水降压时间较短，波及的范围较大，吸附气的解析范围越来越大。
从美国主要的五个页岩气系统的产水量和产气量分析得出，页岩气产量常呈现出来负的下降曲线(图Array 1－5)。
开始水产量较高，随着排水采气作业的持续进行，水产量逐渐降低，而单井产气量逐渐上升，一般在开采的两年后达到高峰，此后缓慢降低。
与常规天然气的单井生产相比，页岩气单井日产量较小（一般小于1000m3/D）,但是，日产量稳定（产量下降较慢）、生产周期较长。
图1－5 页岩气生产曲线示意图页岩储气层和常规砂岩储气对比表。
页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型
页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型一、引言页岩气是一种重要的能源资源，在开发页岩气过程中，页岩纳米孔的吸附作用是一个重要的因素。
本文从表面扩散角度出发，分析了页岩纳米孔吸附气表面扩散的机理，并建立了相应的数学模型，为页岩气的开发提供理论基础和方案支持。
二、页岩纳米孔表面扩散机理1. 热力学和动力学因素页岩纳米孔的吸附作用主要受热力学和动力学因素的影响。
热力学因素主要包括温度、压力、物质间作用力等，动力学因素主要包括物质的质量和动能，以及物质的扩散速度等。
2. 扩散速率公式根据Fick扩散定律，物质的扩散速率与物质的浓度梯度成正比，与扩散系数成反比。
因此，页岩纳米孔吸附气的表面扩散速率公式为：J=k （C1-C2）/d，其中J为扩散速率，k为扩散系数，C1和C2分别为扩散前后物质的浓度，d为孔径。
3. 界面扩散模型基于达西定律和Fick扩散定律，建立了页岩纳米孔表面扩散模型。
该模型考虑了吸附气在孔壁和孔内的扩散速率，表明了不同孔径下的吸附气分布和扩散速率。
三、数学模型1. 基本方程设孔内的吸附气浓度为C(x)，孔壁与孔内气体的浓度之比为，扩散系数为k，则有以下基本方程：dC/dt=k(d2C/dx2)-vC/η，其中v为孔壁表面积，η为气体黏滞性系数。
2. 边值条件孔壁吸附层和孔内气体之间的界面为初值界面，初始时刻吸附气体与孔内气体浓度相等，即C(x,0)=C0，C1=Cs。
孔壁表面C(x,t)=Cp。
3. 数值解法采用有限差分法求解，将空间和时间离散化，得到离散方程组，进而求解出数值解。
数学模型能够较好地描述页岩纳米孔吸附气表面扩散过程，为页岩气的开发提供了理论基础和方案支持。
四、结论本文从表面扩散角度出发，分析了页岩纳米孔吸附气表面扩散机理，并建立了相应的数学模型。
该模型能够描述吸附气分布和扩散速率之间的关系，为页岩气的开发提供理论基础和方案支持。
由于模型的精度及计算量较大，因此后续还需进行更进一步的优化改进。
页岩气藏渗流机理及压裂井产能评价
页岩气的吸附与解吸机理
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
总结
1.页岩气藏是自生自储型低渗气藏，气藏中的气体主要以吸附态储存在页岩基 质颗粒表面或游离态储存于孔隙和裂缝中； 2.页岩气渗流机理为由基层表面解析，向裂缝中扩散，最后流向井底； 3.考虑页岩气吸附特性，建立页岩气在裂缝中流动的渗流模型； 4.通过对渗流模型的分析，得出产能的影响因素； 5.进行产能评价，包括页岩的解吸特性，使得气井产量递减更慢且生产时间更 长；Langmuir体积越大，压力传播越慢，产量递减越慢；Langmuir压力越小，
压力传播越慢，产量递减越慢等。
页岩气的吸附与解吸机理
页岩气的吸附与解吸机理
页岩气的开采通常采用人为的排水-降压的方式，打破能量平衡而形成甲烷气 被动解吸的过程。参考煤层气解吸率一般在40%左右，多小于70%，页岩气解 析率应该略大于煤层气。解析率主要与层位含气量和储层压力等因素有关；通 常认为,页岩孔隙孔容和比表面积的增大,会降低解吸率。当页岩气藏投入开发， 初期产量来自页岩的裂缝和基质孔隙，随着地层压力降低，页岩中的吸附气逐 渐解吸，进入储层基质中成为游离气，经天然和诱导裂缝系统流入井底，吸附 气的解吸是页岩气开采的重要机制之一。页岩气的解吸与页岩中泥质含量，页 理发育程度有关，泥质含量越高，页理越发育，解吸率也就越高。
页岩气渗流模型
页岩气渗流模型
页岩气渗流模型
页岩气渗流模型
页岩气渗流件
页岩气渗流模型
页岩气的吸附与解吸机理
页岩气井的生产寿命通常比较长，部分甚至高达30年，产量年递减率一般 小于5%（多数为2%～3%）认为页岩气井稳产期较长的原因与储层吸附气含 量密切相关，页岩气后一阶段生产的天然气主要来自基质中的吸附气。页 岩气的解吸机制也是决定页岩气资源量至关重要的因素。页岩气的解吸机 理在某种程度上来说，与煤层气的解吸机理是相同的。在页岩层中，页岩 气在页岩中大部分以物理吸附状态赋存，页岩表面分子与甲烷分子间作用 力为范德华力。页岩气的解吸是吸附的逆过程，处于运动状态的气体分子 因温度、压力等条件的变化，导致动能增加而克服引力场，从页岩中脱离 成为游离相，发生解吸。
页岩气及其成藏机理
页岩气及其成藏机理页岩气及其成藏机理摘要：本文介绍了页岩气的特征、形成条件和富集机理等，认为不同阶段、不同成因类型的天然气都可能会在泥页岩中滞留形成页岩气；页岩气生气量的主要因素是有机质的成熟度、干酪根的类型和有机碳含量；吸附态的赋存状态是页岩气聚集的重要特征。
我国页岩地质结构特殊复杂，需要根据我国具体的地质环境进行分析以便更加合理的进行开采。
关键词：页岩气富集资源天然气作为一种高效、优质的清洁能源和化工原料，已成为实现低碳消费的最佳选择。
全球非常规天然气资源量非常巨大，是常规油气资源的1.65倍。
其中页岩气占非常规天然气量的49%约4561012m3，巨大的储量和其优质、高效、清洁的特点，使得页岩气这一非常规油气资源成为世界能源研究的热点之一。
我国页岩气可采储量丰富，约31 1012m3，与美国页岩气技术可采储量相当。
通过对页岩气资源的勘探和试采开发，发现其储集机理、生产机制与常规气藏有较大的差别。
一、页岩气及其特征页岩是一种具有纹层与页理构造由粒径小于0.004mm的细粒碎屑、黏土矿物、有机质等组成。
黑色页岩及含有机质高的碳质页岩是形成页岩气的主要岩石类型。
页岩气是从黑色页岩或者碳质泥岩地层中开采出来的天然气。
页岩气藏的形成是天然气在烃原岩中大规模滞留的结果，由于特殊的储集条件，天然气以多种相态存在，除了少数溶解状态的天然气以外，大部分在有机质和黏土颗粒表面上吸附存在和在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在。
吸附状态的天然气的赋存与有机质含量有关，从美国的开发情况来看，吸附气在85～20%之间，范围很宽，对应的游离气在15～80%，其中部分页岩气含少量溶解气。
页岩气主体上是以吸附态和游离态同时赋存与泥页岩地层且以自生自储为成藏特征的天然气聚集。
复杂的生成机理、聚集机理、赋存状态及富集条件等，使得页岩气具有明显的地质特殊性，具有低产量、产气时间长的特点（一般可稳产30～50年，递减率<5%）。
气体渗流机理
页岩气渗流机理页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。
它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中，气流的阻力比常规天然气大，很大程度上增加了页岩气的开采难度，因此被业界归为非常规油气资源。
页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。
通常孔隙度最高仅为4% ~5%,渗透率小于1×10-3μm 。
页岩气藏有特殊的产气机制。
与常规低渗气藏不同，天然气在页岩中的流动主要有4种机理，这4种机理覆盖了从分子尺度到宏观尺度的流动。
主要表现为游离气渗流、解吸附、扩散和自吸。
第一 ，由于气体滑脱效应的存在 ，游离气在有机质和无机质基岩中的流动属非达西渗流，但在天然或水力裂缝中的流动为达西渗流。
第二，有机质上的吸附气对渗透率有不利的影响，这是由于有机质的天然气吸附层对天然气分子的引力增大所致，但是，如果有机质不属于多孔介质，仅作为连接基质孔隙或为裂缝之用，那么，在生产时，远离孔隙和裂缝的吸附气只能沿有机质表面易扩散的方式进行运移。
如果有机质属于多孔介质，部分吸附气能够直接释放进入有机质孔隙，并且，这样会使扩散的重要性被减弱 。
第三，自吸作用是当压裂水在致密气藏流动时发生的一种现象，在页岩储层压裂时，由于自吸作用和重力分异作用，导致压裂水的返排率不足50% 。
因此，气水两相在裂缝中共同流动时，往往气在裂缝的上部流动，此时，在裂缝的下部留有大量的水。
在钻井液和增产措施作业水的冷却作用下，储层接触面附近会聚集更多的束缚水，因而也会恶化自吸现象的影响。
1 Langmuir 单分子层吸附状态方程假定固体表面是均匀的,对气体分子只做单分子层吸附.设气体的压力为p,未被气体分子吸附的表面积百分数为θ.气体分子吸附的速度与气体的压力成正比,也与未被气体分子吸附的表面积成正比,则吸附速度a R cp θ=式中,c 为比例系数.气体脱附的速度与吸附气体分子所覆盖的表面积的百分数成正比,也与被吸附的气体分子中那些具备脱离表面逸向空间所需能量的分子所占的比例成正比.设吸附气体分子所覆盖的表面积的百分数为θ,设εa 为脱离表面逸向空间所需的最低能量,即吸附热εa,被吸附在表面的总分子数为Na,其中能量超过εa 的分子数为N*a,则有/*/a k Taa NN feε=式中,f 为比例系数;k 为玻尔兹曼常数.则脱附速度/a k Td R de εθ=式中,d 为比例系数达到吸附平衡时,吸附速度应等于脱附速度,即Ra= Rd,所以/0a kTcp d eεθθ=未被气体分子吸附的表面积百分数θ0与吸附气体分子所覆盖的表面积的百分数θ之和应等于1,即01θθ+=. 可得单分子层吸附方程1bpbp θ=+ 式中，/a kTc bd eεθ=如果以Q 表示单位固体表面上吸附的气体的量,a 表示单位固体表面上饱和吸附气体的量,则Langmuir 方程转化为常用的形式:1abpQ bp =+在压力很低时,上式分母中的bp 相对于1可以忽略不计,吸附气体量Q 与压力p 成正比;在压力很高时, 上式分母中的1相对于bp 可忽略不计,吸附气体量Q 达到饱和,即发生饱和吸附。
页岩气藏气体流动机理及数值模拟研究
页岩气藏气体流动机理及数值模拟研究页岩气是一种以页岩为主要储层的天然气资源，由于其在储层中的特殊性质，其流动机理和数值模拟研究对于有效开发和利用页岩气具有重要意义。
在页岩气藏中，气体流动的机理主要包括渗流机理和吸附机理。
渗流机理是指气体在页岩储层中的渗流过程，主要受到渗透率、孔隙度和渗透率分布等因素的影响。
吸附机理是指气体在页岩储层中与页岩表面发生吸附作用，主要受到吸附等温线和吸附解吸速率等因素的影响。
为了研究页岩气藏中气体的流动机理，数值模拟成为一种重要的研究手段。
数值模拟可以通过建立数学模型和计算方法，模拟气体在页岩储层中的流动过程，对气体的渗流和吸附行为进行定量描述。
数值模拟可以通过改变渗透率、孔隙度和吸附等温线等参数，研究它们对气体流动的影响，从而为页岩气藏的开发和利用提供科学依据。
在数值模拟研究中，常用的方法包括有限差分法、有限元法和边界元法等。
这些方法可以通过离散化储层模型，将连续的流动方程转化为离散的代数方程，然后通过迭代求解，得到气体在储层中的流动状态。
数值模拟可以通过改变模型的边界条件和参数，模拟不同的开发方案和条件，评估其对气体产量和开发效果的影响。
然而，数值模拟研究也存在一些挑战和限制。
首先，页岩气藏储层复杂多变，储层参数的确定和模型的建立存在一定的不确定性。
其次，数值模拟需要大量的计算资源和时间，对计算机性能和算法效率提出了较高的要求。
此外，数值模拟结果的可靠性和准确性也需要通过与实际生产数据和实验结果进行验证。
尽管存在一些挑战，但数值模拟研究对于页岩气藏的开发和利用具有重要意义。
通过数值模拟，可以评估不同的开发方案和条件对气体产量和开发效果的影响，优化开发策略，降低开发成本。
此外，数值模拟还可以预测页岩气藏的产量潜力和剩余资源，为储量评价和资源管理提供科学依据。
页岩气藏气体流动机理和数值模拟研究对于有效开发和利用页岩气具有重要意义。
通过研究气体在页岩储层中的渗流和吸附行为，可以揭示气体流动的机理，为开发策略的制定和优化提供依据。
页岩气成藏机理研究新进展
页岩(shale)是由粒径小于0. 0039 mm的细粒碎屑、粘土、有机质等组成，具页状或薄片状层理、易碎裂的一类沉积岩，亦即美国所称的粒径小于0. 0039 mm的细粒沉积岩。
美国一般将粒径<0. 0039mm的细粒沉积岩统称为页岩富有机质页岩是形成页岩气的主要岩石类型，富有机质页岩主要包括黑色页岩与炭质页岩页岩气(shale gas或gas shale)是从富有机质页岩地层系统中开采的天然气{John, 2002; US Department of }:nergy, et al.，2009 ; Boyer et al,，2006)。
按成因机制，页岩气是以吸附或游离状态赋存于暗色富有机质、极低渗透率的页岩、泥质粉砂岩和砂岩夹层系统中，自生自储、连续聚集的天然气藏。
在页岩气藏中，富烃页岩一般既是天然气的储集层，又是天然气的源岩。
富有机质页岩烃源岩可大量(可高达总生烃量的50%左右)滞留油气。
形成可供商业开采的页岩气。
2.富有机质页岩沉积环境页岩可形成于陆相、海相及海陆过渡相沉积环境中。
富有机质黑色页岩形成，需要具备两个重要条件：一是表层水中浮游生物发育，生产力高；二是具备有利于沉积有机质保存、聚集与转化的条件。
水循环受限的滞留海（湖）盆、陆棚区台地间的局限盆地、边缘海斜坡与边缘海盆地中，由于水深且盆地隔绝性强，水体循环性差，容易形成贫氧或缺氧条件，是发育黑色页岩的有利环境。
综合研究认为，黑色富有机质页岩主要形成于缺氧、富H2S的闭塞海湾、潟湖、湖泊深水区、欠补偿盆地及深水陆棚等沉积环境中(姜在兴，2003;张爱云等，1987)。
摘要:在调研了国内外页岩气研究成果的基础上，系统地研究了页岩气藏基本特征，分析了页岩气藏的成藏机理及成藏控制因素，并针对页岩气藏特殊的成藏特征，探讨了相应的识别方法和资源评价方法。
研究表明，页岩气藏通常具有自生自储、储层粒度细、低孔低渗、裂缝发育、储层而积大、连续分布、形成温度及埋深范围广，赋存方式主要为吸附态、压力异常、产能低、采收率低和生产周期长等特征;页岩气成藏具有过渡特点，兼具了根缘气及常规天然气的成藏机理;有机质类型及含量、成熟度、裂缝、孔隙度和渗透率、矿物组成、厚度、湿度、埋深、温度与压力对页岩气藏的形成具有一定的控制作用;利用岩心分析法、地球物理法及ELS测井、成像测井等测井新技术可定性或定量识2页岩气成藏机理页岩气成藏可能形成于油气生成的各个阶段，具有典型的“混合型”特征}1}}。
页岩气扩散系数和视渗透率的计算与分析
・
地 球科学 与环境 科学 ・
页岩 气 扩 散 系数 和 视 渗 透 率 的计 算 与 分 析
王 瑞 ， 张 宁 生 ， 刘 晓娟 ， 吴新 民 ， 闰 健
（ １ ． 中国石 油大学（ 北京 ）石 油工程学院 ， 北京 １ ０ ２ ２ ４ ９ ； ２ ． 西安 石油大学 石油工程学 院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｍａ ｓ ｓ ｌ ｆ ｕ ｘ ．Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ Ｔ ｈ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｋｎ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ — ｌ ｙ ，ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，ｔ ｈ ｅ ｎ ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｔ ｉ ｎ ｔ ｏ
与 达 西渗 透 率的 比值 以及扩 散 质量 通量 占总质量 通 量 百分 比都 随孔 隙半 径 的 减 小 而增 加 ； 甲烷 的
扩散能力强于 乙 烷 。结论 页岩扩散 系数的计算 ， 如果只用 Ｋ ｎ ｕ ｄ ｓ ｅ ｎ扩散 系数模型会使计算结果 偏大； 考虑了扩散和滑脱效应后 ， 在储层一般的温压条件 下， 甲烷在 页岩 纳米级孔隙 中的视渗透率
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｉ ｍ Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｚ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｌｏ ｆ ｗ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｌｏ ｆ ｗ ｉ ｎ ｐ ｏ ｒ ｅ ｏ ｆ ｓ ｈ ａ ｌ ｅ ａ ｓ ｌ ｏ ｗ ａ ｓ ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ，ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ —
页岩气研究综述成藏机理储层性质渗流机理吸附机理含气性分析及主要开发技术
4
储层性质及页岩气渗流
5
页岩气开发主要技术研究
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五、页岩气开发主要技术研究
主要技术
页岩气开采技术，主要有水平井+多段压裂技术、清水压裂技术、 重复压裂和近期出现的最新压裂技术——同步压裂技术，这些 先进技术不断提高页岩气井产量。虽然有吸附与游离相天然气 的同时存在，但页岩气的开发并不需要排水降压。页岩中游离 相天然气的采出，能够自然达到降压目的，并导致吸附相及少 量溶解相天然气游离化，进一步提高了天然气的产能，实现长 期稳产目的。由于孔隙度和渗透率较低，页岩天然气的生产率 和采收率亦低，页岩气的最终采收率依赖有效的压裂措施。因 此，压裂技术和开采工艺直接影响页岩气井的经济效益。
该井6月3日开钻，7月15日钻至1777.77米完钻。垂深 613.58米，水平段长1022.52米，水平段气显示良好， 3次点火成功，展示了建南浅层页岩气勘探的良好前 景。
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二、国内外页岩气开发和研究现状
研究现状
目前有关页岩气的研究,绝大多数集中在页岩气的地质理论上, 包括成藏、储层特征等方面。
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多级压裂特点就是多段压裂和分段压裂，它可 以在同一口井对不同的产层进行单独压裂
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2 水力压裂关键因素
页岩气开发水力压裂原理就是利用储层的天然或诱导裂缝系统，使用含有各种添加剂的压裂 液在高压下注入地层，是储层裂缝网络扩大，并依靠支撑剂支撑裂缝，从而改善储层裂缝网 络系统，达到增产目的。
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五、页岩气开发主要技术研究
重复压裂技术
所谓重复压裂技术是指同层第二次的或更多次的压裂，即第一次 对某层段进行压裂后，对该层段再进行压裂，甚至更多次的压 裂。要使重复压裂处理获得成功，必须在压裂后，能够产生更 长或者导流能力更好的支撑剂裂缝，或者使作业井能够比重复 压裂前更好的连通净产层。实现这些目标需要掌握更多关于储 层和生产井状况资料，以便了解重复增产处理获得成功的原因， 并以此为基础改进以后的处理。评估重复压裂前、后的平均储 层压力、渗透率厚度成绩和有效裂缝长度与倒流的能力，能够 使工程师们确定重新压裂前生产井产能不好的原因，以及重复 压裂成功或失败的因素。
页岩储层基质气体扩散能力评价新方法
第３ ７卷 第１期 １ ６年１月 ２ ０
石
油
学
报
Ａ Ｃ ＴＡ Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ Ｏ Ｌ Ｅ Ｉ Ｓ Ｉ Ｎ Ｉ Ｃ Ａ
Ｊ ａ ｎ ．
． ３ ７ Ｎ ｏ ． １ Ｖ ｏ ｌ ６ ２ ０ １
（ ） ： ／ 文章编号 ： ０ ２ ５ ３ ７ ２ ０ １ ６ ０ １ ８ Ｉ １ ０ ． ７ ６ ２ ３ ｓ ｘ ｂ ２ ０ １ ６ ０ １ ０ ０ ８ － ２ ６ ９ － ０ ０ ８ － ０ ９ Ｄ Ｏ ｙ
ａ ｓ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｖ ｉ ｔ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｍ ａ ｔ ｒ ｉ ｘ ｒ ｏ ｃ ｋ ｓ ｏ ｆ ｓ ｈ ａ ｌ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ Ａ ｎ ｅ ｗ ｍ ｇ ｙ
气体在页岩基质岩块中的扩散能力评价技术是页 岩气开发动态特有的分析技术 。 近 １ 国内外在 ０ 年来 ， 页岩气成藏机理 、 资源潜力 、 地质参数评价等方面进行
１ ４］ － 。 但在页岩基质 了大量的研究 ， 取得了巨大的进步 ［
的解吸 －扩散作用是页岩气产出的根本机理 ， 在生 产 过 程中通过排出页岩 中 的 游 离 气 来 降 低 地 层 原 始 压 力 ，
９］ ６ － 。解吸的气体通过扩散作 促使气体解 吸 过 程 发 生 ［
用进入裂缝系统 ， 然后在地层压差的驱动下 ， 经裂缝网
１ ３］ １ ０ － 。 页岩基质中气体扩散作用是非常重 络流向井筒 ［
ａ ｎ ｎ ｃ ｈ， ｒ ｏ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ，Ｈ ｅ ｉ ａ ｎ ｎ ａ） Ｌ ａ ｎ Ｂ ｒ ａ Ｐ ｅ ｔ Ｒ ｅ ｓ Ｉ ｎ ｓ ｏ Ｐ ｅ ｔ Ｅ ｘ ｌ ｏ ＆Ｄ ｅ ｅ ｂ Ｌ ａ ｎ Ｃ ｈ ｉ ２． ０ ０ ７， ６ ５ ｆ ｇ ｐ ｆ ｇ０ ｇ ｆ ｐ ｇ
页岩气微观流动机理
页岩气微观流动机理
页岩气的微观流动机理主要涉及气体分子在页岩孔隙中的运动和相互作用。
以下是页岩气微观流动机理的一些重要因素：
1. 孔隙结构：页岩孔隙结构非常复杂，包括纳米孔隙、微孔隙和介孔隙等。
这些孔隙的尺寸和形状会影响气体分子在孔隙中的运动方式和速度。
2. 作用力：气体分子在页岩孔隙中受到的作用力主要有几种，包括表面张力、吸附力和毛细力等。
这些作用力会影响气体分子在孔隙中的位置和移动方向。
3. 平均自由程：气体分子在孔隙中运动时，会与孔壁和其他分子发生碰撞。
平均自由程是指两次碰撞之间平均的自由路径长度，它会影响气体分子的扩散速度和输运能力。
4. 孔隙填充程度：页岩孔隙中的气体分子填充程度越高，气体分子之间的碰撞频率就越高，扩散速度也越慢。
因此，孔隙填充程度也是影响页岩气微观流动的重要因素之一。
总体来说，页岩气微观流动机理是一个非常复杂的过程，涉及到多种因素的综合作用。
对这些机理的深入理解可以帮助我们更好地开发和利用页岩气资源。
页岩气储层压裂机理
页岩气储层压裂机理
页岩气之所以能在页岩气中存留，缘于页岩极为致密的孔隙结构和极低的渗透率。
页岩气储层中天然气基本无法运移到井筒，其主要原因在于2个方面：1.天然气分子直径在页岩气纳米级孔隙中运移难度大。
甲烷的分子直径大小是：0.40nm，乙烷的分子直径大小是0.44nm，而页岩的孔隙大小是0.5~100nm，远远小于砂岩的孔隙（大于1μm）。
对于孔隙直径较小的页岩，天然气基本是无法运移的。
即使孔隙直径在100nm的页岩，天然气的运移难度也较大。
2.天然气在致密孔隙结构中运移时间较长。
理论研究表明，基质渗透率在0.000001mD时，流体穿透100m基质流入井筒需要的时间将超过1Ma。
因此，页岩气得以开采利用，必须通过水力压裂在页岩储层里形成具有相当大体积、形态分布复杂、具有一定渗透能力的裂缝网络体系，使页岩气通过这个裂缝网络体系流入到井筒。
页岩气压裂与常规压裂形成的双翼对称的平面张开缝不同，页岩气压裂（或称之为“体积改造”）旨在形成相互交错的复杂的“网络”裂缝体（含张开缝和剪切缝），增加平面与纵向上的储层改造体积SRV（stimulated reservoir volume），达到与页岩最大裂缝接触面积，提高初始产量和最终采收率。
因此，页岩气开采工程技术实质是通过水力压裂把储层“压碎”。
页岩气扩散机理研究
页岩气扩散机理研究（理论部分）页岩气是以吸附、游离或溶解状态赋存于泥页岩中的非常规天然气，其储层物性表现为孔隙度小（一般为2%-15%），渗透率极低（基质渗透率通常小于10-3mD ），而且页岩气储层的孔隙介质比较多样和复杂，孔隙结构由无机质，有机质，天然裂缝和和水力压裂裂缝四种孔隙介质组成[3-1]，其中基质孔隙（无机物和有机物孔隙）尺寸一般在几个至几十个纳米之间。
与常规天然气藏最显著的区别在于它是一个自生自储系统。
天然气在页岩中有其特殊的赋存运移机理，与常规气藏最主要的区别在于页岩气以吸附状态赋存于页岩的基质孔隙中，其流入生产井筒需要经历三个过程[3-2]：①在钻井、完井降压的作用下，吸附在页岩表面气体在其内表面脱离，页岩气由基质系统向裂缝内表面进行解吸，解吸出来的气体进入裂缝孔隙中成为游离气；②在浓度差的作用下，游离相页岩气从高浓度区向低浓度区运动，即页岩气由基质系统向裂缝系统进行扩散，当浓度趋于平衡时，扩散现象停止； ③在流动势的作用下，页岩气通过裂缝孔隙系统向生产井筒进行渗流。
如图3-1所示，第一个过程，页岩气扩散的动力为压差（即地层中存在压力梯度）；而第二个过程的扩散则是由浓度梯度引起的；第三个过程是在压差作用下的达西渗流。
因此，从压力梯度和浓度梯度的角度加以研究是理解页岩气的扩散机理的一把钥匙。
图3-1页岩气渗流扩散机理示意图 3.1页岩气扩散页岩的孔隙直径大小以纳米数量级为主，许多学者研究指出在微观上的流动以非达西流动为主。
1996年Hassan 和Tzoulaki 等人[3-3,3-4]对纳米材料进行了广泛的研究，并指出页岩气体微观运移机理可能包括：克努森扩散，分子扩散，表面扩散等。
其分类是以克努森值（kn ）为标准。
计算公式为：Kn==dλ (3-1) 式中 kn ——克努森数 ；λ——气体分子平均自由程，nm ；d ——孔隙直径，nm 。
3.1.1克努森扩散当分子平均自由程与孔隙介质的孔隙大小大或者接近时为克努森扩散(Kn >10)。
扩散不是页岩气的开采机理
扩散不是页岩气的开采机理李传亮;朱苏阳【摘要】扩散是浓度差导致的传质现象,流动是压力差导致的传质现象.浓度是对溶液而言的,纯净物不存在浓度的概念,也不存在扩散现象.若把页岩气视为纯净物,则没有浓度的概念,即不会出现扩散现象.若把页岩气视为混合物,开采过程并不会改变气体的组成,因此也不会出现扩散现象.扩散是针对组分而言的,不是针对整个溶液的,因此“页岩气的扩散”这个概念并不正确.页岩气的开采是压力差导致的流动.开采过程监测地层压力,而不监测浓度,因此,研究页岩气的扩散没有任何实际意义.【期刊名称】《新疆石油地质》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】5页(P719-723)【关键词】页岩气;浓度;扩散;流动;压力;开采;密度【作者】李传亮;朱苏阳【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院,成都610599;西南石油大学石油与天然气工程学院,成都610599【正文语种】中文【中图分类】TE122.2;TE37常规天然气的开发没有考虑扩散问题［1］，扩散也不是常规天然气的开采机理。
近年来，非常规天然气尤其是页岩气的成功开发，却让人们想到了扩散，把扩散视为页岩气的开采机理之一［2-9］，这使得渗流机理变得异常复杂，渗流数学模型及其求解也变得异常复杂。
页岩气与常规天然气没有本质的区别，都是以甲烷为主的气体［10］。
页岩气储层与常规天然气储层也没有本质的区别，都是多孔介质，只是页岩气储层的孔隙稍小，储层结构稍复杂一些而已［11-13］。
相同的气体，相似的储层介质，当然不会有不同的开采机理。
实际上，扩散并不是页岩气的开采机理，因为扩散是浓度（指物质的量浓度、质量浓度、物质的量分数和质量分数其中的一个，下文同）差作用的结果，而页岩气的开采过程并不存在浓度的差异，只存在压力的差异。
压力差不会导致扩散，只会导致流动。
1.1 浓度由两种或两种以上的物质以分子或离子的形式混合形成的物系，即为溶液［14］。
页岩气渗流中扩散影响机理分析
页岩气渗流中扩散影响机理分析刘禹;王常斌;宋付权;龙运前【期刊名称】《渗流力学进展》【年(卷),期】2014(004)001【摘要】基于页岩气藏复杂孔隙结构以及由基质系统向裂缝系统扩散现象,基于物理学理论,通过建立天然气单相流动模型,更加详细分析了页岩气从基质到裂缝的流动机理及扩散对页岩气流动的影响规律。
分析表明:达西流动产生气体流量与压力梯度和渗透率成正比;高压条件下,渗流以达西流为主。
在低压条件下,扩散产生气体流量所占比例较大;随着地层压力的增大,扩散作用明显减弱。
扩散产生体积流量与渗透率大小无关。
Considering the complex pore structure and the diffusion from the matrix system to the fracture system, the single phase flow model of natural gas is established, and one new diffusion coefficient formula is given in the paper. Finally the flow mechanism from the matrix to the fracture and the shale gas flow characteristics affected by the diffusion are analyzed. The results show that: the Darcy flow rate is proportional to the pressure gradient and permeability; and the Darcy flow mainly influences the flow in high pressure, but the diffusion obviously influences the gas flow in low pressure, the proportion of the diffusion flow rate is larger. With the increase of formation pressure, the diffusion flow rate decreases significantly. The diffusion flow rate has nothing to do with the permeability.【总页数】9页(P10-18)【作者】刘禹;王常斌;宋付权;龙运前【作者单位】[1]东北石油大学石油工程学,大庆;;[1]东北石油大学石油工程学,大庆;;[2]浙江海洋学院石化与能源工程学院,舟山;;[2]浙江海洋学院石化与能源工程学院,舟山【正文语种】中文【中图分类】O1【相关文献】1.页岩气渗流机理对气藏开采的影响 [J], 关富佳;吴恩江;邱争科;常铁龙2.页岩气分段压裂水平井渗流机理及试井分析 [J], 刘晓旭;杨学锋;陈远林;吴建发;冯曦3.气藏开采中页岩气渗流机理的影响作用 [J], 袁航;许祖伟;岑涛;蒋晨4.页岩气渗流机制数学表征及Knudsen扩散影响分析 [J], 刘骞5.页岩气藏渗流机理及压力动态分析 [J], 杜殿发;王妍妍;付金刚;孙召勃;乔妮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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根 中溶解气扩散模型 ，给出了纳米孔 隙中 ３种扩散机 理扩散 系数的计算 方法 。分析 了压缩性对气 体平均 自由程
计算 的影响 ，重点讨论了温度 、压力 、孑 Ｌ 隙直径 以及气 体压 缩性 等对 纳米孔 隙 中扩散 机理选 择 的影响 。得 出 ： 不 同扩散机理 的选择对扩散能力的影响不可 忽略 ，实 际计 算 中必 须根据 Ｋ ｎ ｕ ｄ ｓ ｅ ｎ数 ，选取相 应扩散机 理对应 的 扩散 系数 。 关 键 词： 纳米孔隙 ；干酪根 ；Ｋ ｎ ｕ ｄ ｓ ｅ ｎ扩散 ；Ｆ ｉ ｃ ｋ 扩 散 ；过渡扩散
ｖ ｉ ｄｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ：Ｋｎ ｕ ｄ ｓ ｅ ｎ。Ｆ ｉ ｃ ｋ ｄｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ Ｆｉ ｃ ｋ Ｓ ｌ ａ ｗ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｇ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ；ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈｅ ｒ ｍｏ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｄ ｉ ｆ ｔ ｈｅ ａ ｆ ｏ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｓ ｍｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ．Ｔ ｈｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ａ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｍｅ ａ ｎ ｆ ｒ ｅ ｅ ｐ ａ ｔ ｈ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ． Ａｎｄ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｒ ｒ ｅ ｔ ｈｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ，ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ，ｐ ｏ ｒ ｅ ｄｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ，ｇ ａ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ Ｏ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍｓ ａ ｒ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｆ ｏ ｃ ｕｓ ｅ ｄ．Ａｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｈ。ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｏ ｉ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍｓ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｔ ｂ ｅ ｎ ｅ ｇ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ，ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ｌ ａ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍｓ ｍｕ ｓ ｔ ｂｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ Ｋｎ ｕ ｄ ｓ ｅ ｎ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： Ｎａ ｎ ｏ — ｐｏ ｒ ｅ；ｋ ｅ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ；Ｋｎ ｕｄ ｓ ｅ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ；Ｆ ｉ ｃ ｋ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ；ｅ ｘ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ
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第３ ３卷第 １期
ＤＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ ． １ ０ ０ ０ — ３ ７ ５ ４ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ ３ ０
页 岩 储 层 气 体 扩 散 机 理
糜利栋 姜汉桥 李俊键 李 涛
１ ０ ２ ２ ４ ９ ）
（ 中国石油大学石油工程教育部重点实验室 ，北京
中图分类号：Ｔ Ｅ ３ １ ２
文献标识码：Ａ
文章编号：１ ０ ０ ０ — ３ ７ ５ ４（ ２ ０ １ ４ ）０ １ — ０ １ ５ ４ — ０ ６
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ Ｓ Ｍ ｏＦ ＴＨＥ ＧＡＳ ＤＩ Ｆ Ｆ ＵＳ Ｉ ＯＮ Ｉ Ｎ Ｓ ＨＡＬＥ ＲＥＳ ＥＲＶＯＩ ＲＳ
２ ０ １ ４年 ２月
大庆石 油地 质与 开发
Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｇｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｏｉ ｌ ｉｅ ｆ ｌ ｄ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍｅ ｎｔ ｉ ｎ Ｄａ ｑ ｉ ｎ ｇ
Ｆ ｅ ｂ ．．２ ０ １ ４ Ｖｏ Ｌ ３ ３ Ｎｏ ． １
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摘要 ：根据多孔介 质中气体分子 的扩散形式 ，结合 页岩气储层 多尺度分 布的结构特 点 ，分析 了页 岩储集空 间 中 页岩气的扩散机理 ，包括 ：有机干酪根 中溶解气的扩散 和纳米孔 隙 中游 离气 的扩散 。其 中纳米孔 隙中游离气 的 扩散又根据克努森 （ ）数的不同分为 Ｋ ｎ ｕ ｄ ｓ ｅ ｎ扩散 、Ｆ ｉ ｃ ｋ 扩散和过渡扩散 。根 据 Ｆ ｉ ｃ ｋ第二 定律 ，建立 了干酪