科研助力页岩油气采收率提高
通过更好地预测难以察觉的断裂力学，新的计算模型可以潜在地提高天然气生产效率和利润。 除此之外，新的计算模型还准确地计算了在开采过程中释放的气体量。该模型由几所大学的多名教授共同推出，美国西北大学的Zdeněk Bažant教授说：“我们的模型比现有的行业模型和软件更加真实，结果也更加准确。这种模式可以帮助油气行业提高效率，降低成本，并提高盈利能力。”尽管油气行业在快速发展，油气产量也在不断增长，但对开发商来说，大部分的压裂过程仍然是神秘的。 由于裂缝在地下深处，研究人员无法观察到页岩中气体释放的断裂机制，这在一定程度上限制了采收率的提高。
美国Los Alamos国家实验室的计算地球科学家Hari Viswanathan表示：“这项工作提供了更好的天然气开采预测能力，可以帮助开发商更好地控制生产，同时通过减少压裂液的使用来减少对环境的影响。该计算模型应该可以优化各种参数，如泵送速率和循环，压裂液性质的变化（如粘度等）。计算结果的提高会帮助开发商从深层页岩地层中提取更多的天然气，而目前天然气采收率仅约为5 ％，很少超过15％，开采效率很低。”
通过考虑近期构造事件引起的早期裂缝封闭，并结合此前从未考虑过的渗水力数据，研究人员开发了一种新的数学和计算模型，显示了压裂过程中分支裂缝是如何形成的，能够提高底层中天然气的释放量。截至目前，该模型是第一个能够预测压裂裂缝分支的模型，同时其计算结果与实际开采中页岩释放的已知气体量一致。
整体来看，新的模型可能会提高油气行业的开采效率。该研究结果已经发表在1月11日的“美国国家科学院院刊”上，题为“页岩中封闭天然裂缝的水力裂缝分支：如何掌握渗透率”。了解页岩裂缝的形成方式也可以改善封存管理，将来自油气开采的废水泵回地下。目前压裂是一种提取页岩中天然气的主要手段，通过在页岩层下钻一个洞（井筒），通常在地表下几公里，然后水平段延伸数英里。当含有添加剂的压裂液在高压下被泵入地层中时，页岩中就会产生纳米尺寸的裂缝，天然气从孔隙中释。
根据经典的断裂力学研究预测，那些从水平孔垂直延伸的裂缝应该没有分支，但这些裂缝本身并不能解释在此过程中释放的气体量。实际上，气体产生率比实验室中提取的页岩岩心测得的渗透率计算高约10000倍，这也证明当前计算模型亟需改进。在此前的研究中，研究人员曾假设水力裂缝与页岩中预先存在的裂缝有关，使页岩渗透性更高。但是Bažant和他的同事发现，这些构造产生的裂缝大约有1亿年的历史，必然会被应力下页岩中的粘性流动所封闭。
在此基础上，Bažant和他的同事在相反方向展开了研究，假设页岩层沿着现存的封闭裂缝具有微弱的微裂纹层，并且这些裂缝分支也会促进主裂缝形成。与以前的研究不同，它们还考虑了水扩散到多孔页岩中时的渗透力。当他们使用这种弱层的新概念开发模拟过程以及所有渗流力计算时，他们发现结果与现实中的结果相匹配。Bažant说：“我们第一次证明，裂缝可以横向分支，如果页岩不是多孔的，这是不可能的”。在确立了这些基本原则之后，研究人员希望能够在更大范围内对这一过程进页岩中分支出高密
集的水力裂缝对有效的油气开采是必不可少的。研究人员认为在压裂中地层会发生这种变化，但现有的数学模型和商业软件无法预测它。研究人员提出了一种预测分支何时发生的方法，以及如何控制它，将为页岩油气的开采提高最大助力。
来源：石油圈
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