页岩储层裂隙渗透率模型和试验_张宏学论述.pdfVIP

第 36 卷第 3 期 岩土力学 Vol.36 No. 3 2015 年 3 月 Rock and Soil Mechanics Mar. 2015 DOI：10.16285/j.rsm.2015.03.016 页岩储层裂隙渗透率模型和试验研究 张宏学 1, 2，刘卫群 1，朱 立 1 (1. 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点试验室，江苏 徐州 221116；2. 安徽理工大学 理学院，安徽 淮南 232001) 摘要：页岩储层的裂隙渗透率是评价页岩气开采的重要参数，基于裂隙法向刚度的概念，考虑页岩储层变形过程中裂隙系 统和基质系统之间的相互作用以及页岩气解吸引起的体应变，提出了与有效应力相关的页岩储层的渗透率模型。然后分别分 析了页岩气藏在单轴应变和常体积条件下的渗透率模型，分析表明，单轴应变和常体积条件下（3 个方向的总应变都为 0） 的裂隙渗透率模型完全一致。采用脉冲衰减渗透率仪测试了煤系页岩的裂隙渗透率，当有效应力从 0.7 MPa 增加到 14.5 MPa 时，渗透率从 41.81×10-17 m2 降到 5.43×10-17 m2。为了阐述渗透率模型的有效性，利用煤系页岩的渗透率数据对有效应力-渗 透率模型进行拟合。结果表明，当裂隙的法向刚度、张开度和煤系页岩的初始渗透率分别为 57 922.5 MPa/m、0.000 17 m 和 50.15×10-17 m2 时，有效应力-渗透率模型和煤系页岩的渗透率拟合程度较好。然后利用现场渗透率数据对该模型进行拟合， 结果表明，当裂隙的法向刚度和张开度的关系符合反比例函数时，拟合程度非常好。该渗透率模型适合于单轴应变、常体积 和常围压条件，可用于描述页岩气开采过程中页岩储层裂隙渗透率随孔隙压力的变化规律。同时，该渗透率模型和 PM 模 型以及 SD 模型进行了比较，结果表明，该渗透率模型的拟合结果与 SD 模型基本一致，但与 PM 模型存在一定的差别。 关键词：煤系页岩；基质收缩；双重孔隙介质；裂隙渗透率；裂隙法向刚度 中图分类号：TU411 文献标识码：A 文章编号：1000－7598 (2015) 03－719－11 Fracture permeability model and experiments of shale gas reservoirs ZHANG Hong-xue1, 2，LIU Wei-qun1，ZHU Li1 (1. State Key Laboratory for Geomechanics Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China; 2. College of Sciences, Anhui University of Science Technology, Huainan, Anhui 232001, China) Abstract: The fracture permeability of shale gas reservoirs is an important parameter when estimating the shale gas extraction. On the basis of the fracture normal stiffness concept, the effective stress-dependent permeabilit