Диссертация (1173029), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Содержание углекислогогаза и азота низкое, в среднем составляет 1,5%~2,5% [26].Экспериментально установлено, что на замеренные величины пористостии проницаемости низкопроницаемых коллекторов влияет поровое давление [2730]. Падение порового давления приводит к снижению величин пористости ипроницаемости в связи с тем, что с падением порового давления объем поровогопространства породы уменьшается из-за упругого расширения зерен породы иувеличения сжимающих усилий, передающихся на скелет породы от массывышележащих пород [27].
Принято считать, что пористость и проницаемостьпород-коллекторов с учетом эффекта сужения пор являются функциейэффективного давления, которое равняется разнице между горным давлением ипоровым давлением, умноженным на коэффициент эффективного давления.19Установлено,чтодляпесчаниковсодержащихглинукоэффициентэффективного давления составляет 0,75~7,1, когда содержание глиныколеблется от 0 до 20% [31].
Также в настоящее время предлагается степеннаязависимость пористости от эффективного давления [32], и экспоненциальнаязависимость [ 33 ]. Также предложены экспоненциальная [ 34 ] и степеннаяфункции [ 35 , 36 ] чтобы описать зависимость между проницаемостью иэффективным давлением.201.2 Сланцевые газоносные толщиМировые ресурсы сланцевого газа оцениваются до 456 трлн.м 3, что почтив 2,5 раза превышает доказанные запасы традиционных газовых месторождений,которые составляют 185 трлн.м3 [4]. На рисунке 1.2 представлено распределениересурсов сланцевого газа в мире.Рисунок 1.2-Распределение ресурсов сланцевого газа в мире [37]Первой страной в мире, приступившей к добыче сланцевого газа являетсяСША.
Еще в 20-е годы 20 века США начали промышленную добычу сланцевогогаза. С 2000 года США вступили в период сланцевой революции, когда добычасланцевого газа возрастала быстрыми темпами. По статистике EIA в период с2008-2014 гг. годовой объем добычи сланцевого газа в США увеличился болеечем в 6 раз и в 2014 году объем добычи сланцевого газа превысил 380 млрд. м 3,составив 42,9% общего объема добычи сухого природного газа [5]. Нанастоящий момент в США добыча сланцевого газа в основном ведется вформациях Антрим, Охио, Нью Албани, Барнетт и Левис. Наблюдая за успехамисланцевой революции в США, на добычу сланцевого газа обращают вниманиевсе больше стран, в том числе, Китай, Канада, Польша, Аргентина, Германия ит.д. В частности, Канада стала второй после США страной, которая началапромышленную добычу сланцевого газа. В Канаде уже ведутся активные работына газосланцевом месторождении Мусква с прогнозируемыми запасами 179млрд.
м3, а также открыто несколько газосланцевых месторождений. В частности21месторождение Ютика в Квебеке является основным перспективным, егопрогнозируемые запасы оценивались до 113 млрд.м3 [38]. В 2015 году объемдобычи сланцевого газа в Канаде составлял 20,7 млрд. м3 или 13,27% общегообъема добычи газа [6]. Прогнозируется, что к 2035 году объем добычисланцевого газа в Канаде будет составлять 28% от общего объема добычи газа[ 39 ]. В Китае имеются крупнейшие в мире технически извлекаемые запасысланцевого газа, которые по оценкам EIA составляют 31,57 трлн. м3 [7].
Впоследнее десятилетие в Китае активно ведутся исследования, разведка и ужеразработка сланцевого газа, были достигнуты первые успехи. По статистике в2016 году объем добычи сланцевого газа в Китае достиг 7,9 млрд. м3 [8]. Пооценкам BP к 2035 году объем добычи сланцевого газа в мире будет составлять1/4 общего объема добычи газа [9].Как указано выше, наибольших успехов в освоении сланцевого газадобились США. Опыт разработки газосланцевых месторождений в СШАпоказывает, что применение многостадийного гидроразрыва пласта нагоризонтальной скважине позволяет получить промышленный дебит измалопродуктивной скважины [40]. По статистике, на настоящий момент 85%добывающих скважин на газосланцевых месторождениях в США являютсягоризонтальными скважинами с многостадийным ГРП [41].В связи с большими запасами и малой степени разработки газосланцевыхместорождений в мире, принято считать, что сланцевый газ является наиболееперспективнымэнергоресурсомвдолгосрочнойперспективе.Однако,аналогично с газом низкопроницаемых коллекторов, добыча сланцевого газатакжетребуетмоделированиепрогнозированияместорождениявысокихэксплуатационныхразработкидебитаявляетсягазосланцевогоскважинынаиболееприважнымзатратисоответственно,месторожденияпроектированиизвеномдлясцельюразработкиобеспеченияэкономической эффективности проекта.
В связи с этим актуальной являетсяразработка модели притока газа к горизонтальной скважине с многостадийнымГРП в сланцевых толщах.221.2.1 Общая характеристика сланцевых газоносных толщГазоносные сланцы представляют собой тонкозернистые породы,состоящие из глинистых и неглинистых минералов [4]. Как правило, кглинистым относятся иллит, смектит, каолинит и к неглинистым относятсякварц, полевой шпат, слюда, кальцит, доломит, пирит, апатит и др. [ 42 ] Вчастности, как установлено разными учеными [43,44], кварц, доломит, полевойшпат, слюда и пирит относятся к хрупким минералам. Для газоносных сланцевсодержание хрупких минералов обусловливает их хрупкость.
С увеличениемсодержания хрупких минералов в сланцах хрупкость сланцев повышается исоответственно, с увеличением содержания глинистых минералов в сланцаххрупкость сланцев снижается. Установлено, что высокая хрупкость сланцевспособствует образованию природных трещин в них и приводит к относительновысокому соотношению объема свободного газа к общему объему газа всланцевой толще [45]. Одновременно, в работе [42] установлено, что содержаниегаза в сланцевой толще в немалой степени зависит от содержания глинистыхминералов (в основном иллита) и с увеличением содержания глинистыхминералов содержание газа увеличивается, а разбухающие минералы (к примеру,смектит) препятствуют созданию сети трещин при проведении ГРП.
В практикерезультаты микросейсмического мониторинга и трассировки трещин ГРП такжеподтверждают, что технологическая эффективность проведения ГРП всланцевой толще зависит от хрупкости пласта: чем выше хрупкость пласта темлегче образуется сложная сеть трещин в результате ГРП, а в сланцевой толще снизкой хрупкостью в результате ГРП образуется только трещина, имеющаяформу птичьих крыльев в плоскости [ 46 ]. В отличие от традиционныхнефтегазоносных объектов, газоносные сланцы являются одновременноисточником генерации газа и коллектором для его накопления [47].
Сланцевыетолщи занимают значительные (десятки и сотни тысяч квадратных километров)площади залегают на глубинах от 1000 до более 4000м, в США это в среднем1500~2500м[4].Порода-коллекторсланцевогогазахарактеризуетсяэкстремально низкой пористостью и проницаемостью.
Для основных формаций23сланцевого газа в США, пористость коллекторов, определенная путемпроведения лабораторного анализа керна, колеблется от 2,0% до 14,0%, всреднем составляет 4,22%~6,51%, пористость, определенная путем проведениягеофизических исследований скважин, колеблется от 4,0% до 12,00%, в среднемсоставляет 5,2% [42], радиус поровых каналов колеблется от 0,002 до 0,015 мкм[48,49], средняя величина меньше 0,005 мкм [50], и радиус пор колеблется от0,005мкм до 0,15мкм [49]. Как правило, при пластовых условиях проницаемостьсланцевой матрицы не превышает 1µД [51]. В породе-коллекторе сланцевогогаза нередко образованы микротрещины, которые часто встречаются внутризерен и на краях зерен [52].
Как правило, микротрещины в зернах ровные ипрямые, и редко заполнены цементом, однако также существуют случаи, когдамикротрещины почти полностью заполнены цементом [52]. Длина трещинысоставляет 5,5~12мкм и расстояние между двумя трещинами составляет до0,05мкм [52]. Несмотря на то, что наличие микротрещин улучшаетфильтрационные свойства пласта, чрезмерное обилие природных трещинприводит к снижению содержания газа в коллекторе в связи с утечкой газа черезтрещины [52]. В таблице1.2 обобщены характеристики основных формацийсланцевого газа в США [53].Таблица 1.2-Характеристики основных формаций сланцевого газа в СШАФормацияАнтримОхиоНью АлбаниБарнеттЛевисГлубина (м)183~731610~183~14931981~914~259118291524Толщина (м)4991~30530~12261~91152~579Эффект.
толщ. (м)21~369~3015~3015~6161~91Температура на297,0310,9299,8~313,7366,5327,6~забое (К)Общая пористость(%)349,894,710~144~53~5,524Проводимость, kh3,3~0,49~(мД.м)16404164Пластовое2,763,45~давление (МПа)Дебит воды0,03~6,619,7~13122,07~4,1420,7~27,66,9~10,313,80,8~80500,8~8000(куб.м./cут.)Сланцевый газ состоит преимущественно из метана (до 90%) и изредкаможет содержать небольшие примеси сероводорода, углекислого газа, азота,водорода, гелия и этана [54].Аналогично низкопроницаемым коллекторам, в сланцах также отмечаетсявлияние сужения пор в породах-коллекторах на пористость и проницаемость [31,32, 55 - 59 ].
Установлено, что для пород-коллекторов сланцевого газакоэффициентэффективногодавлениясоставляет0,99(±0,06)[31].Экспериментально установлено, что для пород-коллекторов сланцевого газазависимость между пористостью и эффективным давлением и зависимостьмежду проницаемостью и эффективным давлением могут описыватьсястепенной функцией [32]. Одновременно, также установлено, что пористость ипроницаемость пород-коллекторов сланцевого газа зависят от эффективногодавления по экспоненциальной зависимости [57,59].Следует отметить, что в связи с тем, что изменение пористости ипроницаемости пород-коллекторов при условии изменения порового давлениявызывается упругой деформацией пород-коллекторов, степень влияния суженияпор в породах-коллекторах с падением пластового давления на пористость ипроницаемость пород-коллекторов зависит от способности пород-коллекторовупруго деформироваться при приложении к ним силы, которая частохарактеризуетсямодулемупругости,кпримеру,модулемЮнга.Экспериментальными данными подтверждается, что по сравнению с породамиколлекторами сланцевого газа с высоким модулем Юнга, влияние эффектасужения пор на проницаемость для пород-коллекторов сланцевого газа с низкиммодулем Юнга является более значимым [60].251.2.2 Особенности состава и свойств сланцевых газоносных толщКроме минералов, в газоносных сланцах также содержится органическоевещество.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
