[論文レビュー] A Numerical Study of Thermal-Hydraulic-Mechanical (THM) Simulation with the Application of Thermal Recovery in Fractured Shale Gas Reservoirs

HanYi Wang|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2017

Hydrocarbon exploration and reservoir analysis参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ガス吸着、実効ガス行動、ナノスケールフロー、地質力学を統合した、完全に結合された熱-水理-機械的（THM）数値モデルを、破壊的頁岩ガス貯留層に提案する。結果は、温度上昇が吸着特性を変化させることにより、ガス脱着およびフロー容量を顕著に向上させることを示しており、低透水性頁岩形成における実用的な熱的回収経路を提供する。

ABSTRACT

We presented a general multi-physics model for shale gas flow in fractured systems, first the first time, with fully coupled thermal-hydraulic-mechanical (THM) properties. The impact of gas adsorption, real gas properties, gas flow in nano-scale pore space and geomechanics effects on total gas flow capacity are investigated. We also showed that by elevating shale rock temperature, the characteristic of gas adsorption behavior can be substantially altered.

研究の動機と目的

• 破壊的頁岩ガス貯留層における熱的、水理的、機械的効果を統合した包括的なマルチフィジックスモデルの開発を目的とする。
• ガス吸着、実効ガス性質、ナノスケールフローが総ガス生産容量に与える影響を調査することを目的とする。
• 温度上昇が頁岩ガス脱着行動および貯留層性能に与える影響を評価することを目的とする。
• 低透水性頁岩形成における熱的回収が強化抽出法として実現可能かどうかを評価することを目的とする。

提案手法

• 破壊的頁岩系における熱伝達、流体フロー、岩石変形をシミュレートする完全に結合されたTHMモデルを構築する。
• 圧力依存性ガス粘性係数および圧縮率を反映するため、実効ガス則をモデルに組み込む。
• 温度依存性Langmuirパラメータを用いて、Langmuir等温線を用いて吸着をモデル化し、熱的効果を反映する。
• 頁岩マトリックス内のナノスケールフローは、遷移領域におけるスリップフロー補正を含むKnudsen拡散を用いてシミュレートする。
• 応力依存性透水率およびマトリックス変形を考慮して、地質力学的効果を組み込む。
• 熱的、水理的、機械的サブ問題の反復的結合を用いて、有限要素法によりモデルを数値的に解く。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 温度上昇は頁岩ガス貯留層におけるガス脱着容量にどのように影響するか？
• RQ2 ナノスケールフロー機構および実効ガス行動は、破壊的頁岩における総ガス生産にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 結合された熱的、水理的、機械的プロセスは、貯留層透水率およびフロー容量をどのように変化させるか？
• RQ4 熱的刺激は、低透水性破壊的頁岩貯留層におけるガス回収を顕著に向上させることができるか？

主な発見

• 頁岩鉱物の温度上昇はガス吸着行動を顕著に変化させ、脱着を促進し、フローに利用可能なガスを増加させる。
• 実効ガス効果およびナノスケールフロー機構を組み込むことで、理想化モデルに比べて予測されるガス生産率が上昇する。
• 加熱による熱的膨張および応力変化は、亀裂幅およびマトリックス透水率を変化させ、流体輸送に影響を与える。
• THMの結合効果はガスフロー容量に非線形応答を引き起こし、中程度の温度上昇で最大の強化効果が観察される。
• 本モデルは、マス移動制限を克服するために、熱的回収がタイトで破壊的頁岩系においてガス生産を顕著に向上させられることを示している。
• 温度依存性吸着等温線はガス吸着容量に顕著なシフトを示し、熱的刺激が実用的な回収戦略であることを裏付けている。