Shale Gas Pseudo Two-Dimensional Unsteady Seepage Pressure Simulation Analysis in Capillary Model

Analyse des instabilités d’une simulation pseudo-bidimensionnelle de la pression de filtration de gaz de schiste dans un modèle capillaire

¹ School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083 – China
² China Huadian Engineering Co., Ltd, Beijing 100035 – China
e-mail: laifengpeng@cugb.edu.cn

^* Corresponding author

Abstract

Shale gas is rapidly growing as a source of natural gas in China. Compared with the conventional gas reservoir, the shale gas reservoir is characterized by low porosity, low permeability, and adsorbed gas, making the flow mechanism of shale gas reservoir more complex. In this study, we investigated six factors influencing the gas flow: the Darcy flow, the slippage effect, the Knudsen diffusion effect, the desorption of gas on pore walls, the diffusion effect of gas in organic matter, and the matrix deformation effect. We simplified gas flow in the development process to only include gas flow in the capillaries and then considered the six influence factors. This study establishes a shale gas pseudo two-dimensional unsteady capillary seepage mathematical model based on the continuity equation, using the implicit difference method to solve the mathematical model. Certain capillary parameters were added to the calculation, and the study analyzed the effect of the different factors on both the pressure distribution and the cumulative gas production. Results show that the Knudsen diffusion effect and the desorption of gas from pore walls have lower impact on the pressure than the others factors. The diffusion effect of gas in organic matter, the slippage effect, and the matrix deformation effect have a stronger impact on the pressure. The gas in organic matter continuously diffuses into the capillary with the increasing of the production time, and the pressure drop becomes slow because of the gas diffusion.

Résumé

Le gaz de schiste connaît une croissance rapide en tant que source de gaz naturel en Chine. En comparaison du réservoir de gaz conventionnel, le réservoir de gaz de schiste se caractérise par une faible porosité, une faible perméabilité, et par le gaz adsorbé qui rend le mécanisme d’écoulement du réservoir de gaz de schiste plus complexe. Dans cette étude, nous avons étudié six facteurs qui influencent le débit de gaz : l’écoulement selon le modèle de Darcy, l’effet de glissement, l’effet de diffusion Knudsen, la désorption du gaz sur les parois poreuses, l’effet de diffusion du gaz dans la matière organique et l’effet de déformation de la matrice. Nous avons simplifié le débit de gaz dans un modèle pour inclure uniquement le débit de gaz dans les capillaires et ensuite étudier les six facteurs d’influence. Cette étude développe un modèle mathématique de pénétration capillaire instable et pseudo-bidimensionnelle du gaz de schiste en se fondant sur l’équation de continuité et en utilisant la méthode de différence implicite pour résoudre le modèle mathématique. Certains paramètres des capillaires ont été ajoutés au calcul et l’étude a analysé l’effet des différents facteurs sur la distribution de pression et sur la production cumulée de gaz. Les résultats montrent que l’effet Knudsen et la désorption du gaz à partir de parois poreuses ont un impact moins important sur la pression que les autres facteurs. L’effet de diffusion du gaz dans une matière organique, l’effet de glissement et la déformation de la matrice ont une plus grande influence sur la pression. Le gaz dans la matière organique diffuse en continu dans le capillaire au fur et à mesure de la production, et la baisse de pression est ralentie à cause de la diffusion du gaz.