頁巖氣滲流理論模型研究現狀與展望

石朝龍，姜 旭，寇園園，張 喆

（1.西安石油大學石油工程學院，陜西西安 710065；2.西安石油大學陜西省油氣井及儲層滲流與巖石力學重點實驗室，陜西西安 710065）

1 頁巖氣滲流特征

頁巖氣自身分子間的碰撞、頁巖氣氣體分子與孔隙壁面分子的碰撞及其沿孔隙表面的蠕動，被業界普遍歸納為氣體在孔隙內滲流時發生的相互作用的結果。上述三種相互作用因其物理機制不同，表現出滲流規律的不同，分別為黏滯流、Knudsen 擴散和表面擴散。隨著儲層溫度壓力的變化，氣體會發生吸附和解吸附現象（見圖1）[1-3]。此外，大量的實驗研究表明[2，3]，氣體的流動過程中因受到吸附解吸以及氣體滑脫效應的影響，頁巖儲層中的滲流規律差異現象表現更為明顯。

圖1 氣體在多孔介質中流動示意圖

頁巖氣藏自身的成因決定了具有較強吸附能力的有機質被大量分布在其裂縫-孔隙雙重介質系統中。通常情況下，吸附態天然氣含量在總含量比重的20%～85%范圍內浮動，但一般情況下穩定在50%左右。吸附態氣體大量吸附于有機質顆粒、黏土礦物顆粒、干酪根顆粒以及孔隙表面之上[4，5]。

Langmuir 等溫吸附方程被廣泛用于描述頁巖氣的吸附，即：

式中：CL-Langmuir 濃度，t/m3；PL-Langmuir 壓力，MPa-1；P-氣體壓力，MPa-1。

而Freundlich 以Langmuir 方程為基礎，考慮引入指數形式的方程，將吸附劑表面非均質性因素考慮在內[6]；張志英等針對因頁巖黏土礦物含量較高致使Langmuir方程適用性較差的問題，建立了Double Langmuir 模型并獲得較好擬合效果[7]；盛茂等基于頁巖的超臨界吸附機理，建立了DA-Langmuir 等溫吸附模型，并得出甲烷脫附優先發生在中孔和大孔表面，表現出“吸附滯后”現象的結論[8]。……