[發(fā)明專利]一種考慮頁巖基質(zhì)差異的多場耦合滲透率計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810044086.6
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108229048B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹成;張麗霞;趙謙平;姜呈馥;劉剛;高潮;高棟臣;孫建博;尹錦濤;史鵬;王暉;祁攀文
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 西安億諾專利代理有限公司 61220
• 代理人: 賀珊

本發(fā)明涉及頁巖滲透率的計算方法。一種考慮頁巖基質(zhì)差異的多場耦合滲透率計算方法，其特征在于所述的滲透率為，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進一步考慮了吸附氣和自由氣的相互作用對頁巖滲透率的影響，并考慮水膜厚度對頁巖滲透的影響。將吸附氣和自由氣的相互作用的影響，水膜厚度的影響與粘性流、擴散、吸附層氣厚度、基質(zhì)收縮、應(yīng)力敏感的影響全部耦合到頁巖滲透率計算模型中。可以更全面的表征頁巖多種特性對滲透率的影響。基于頁巖有機質(zhì)和無機質(zhì)各自特征分別建立有機質(zhì)和無機質(zhì)滲透率計算模型。可以有效避免基質(zhì)差異所引起的計算誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及頁巖滲透率的計算方法。

背景技術(shù)

頁巖滲透率是指導(dǎo)頁巖氣產(chǎn)能評價、頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵參數(shù)，獲取頁巖滲透率的方法一般有實驗法和計算方法。實驗法可以取得比較準確的結(jié)果，但其成本過高，目前的頁巖滲透率計算方法層出不窮，如糜利棟提出的頁巖基質(zhì)滲透率的計算方法，將滑脫系數(shù)修正，表征了滑脫和自由氣體擴散共同影響的頁巖滲透率計算模型。王瑞表征了吸附層對頁巖孔徑的影響，并建立了考慮吸附、滑脫和擴散影響的頁巖滲透率計算模型。曹成提出了考慮吸附、滑脫和自由分子流動的頁巖滲透率計算模型。張烈輝提出了黏性流、滑脫、克努森擴散、表面擴散影響的頁巖表觀滲透率計算模型。孫仁遠提出了擴散、吸附影響的頁巖滲透率計算模型和應(yīng)力解吸影響的頁巖滲透率計算模型，但未提出如何將擴散、吸附和應(yīng)力解吸綜合影響的頁巖滲透率計算模型。基于滑脫流動和克努森擴散兩種傳輸機理，構(gòu)建分子之間碰撞頻率相關(guān)的權(quán)重系數(shù)耦合這兩種機理，建立了理想氣體和真實氣體的滲透率模型(傳輸模型)。

對于以上所提出的頁巖滲透率計算模型，概況起來基本上討論了黏性流、滑脫、自由氣擴散、表面擴散、吸附氣層、基質(zhì)收縮和應(yīng)力敏感對頁巖滲透率的影響。但如何將以上這些因素全部耦合到頁巖滲透率計算模型中還未見報道。同時，頁巖中有機質(zhì)和無機質(zhì)的差異過大，孔隙度、孔徑、吸附性、潤濕性等都存在差異，如頁巖里的無機質(zhì)吸附能力很小，因此表面擴散、吸附氣層和基質(zhì)收縮的影響就不是必須討論的內(nèi)容；有機質(zhì)一般為氣潤濕，但無機質(zhì)一般為水潤濕，因此有機質(zhì)孔隙表面可能存在水膜，水膜厚度對有機質(zhì)滲透率有一定的影響。基于以上問題，在建立頁巖滲透率計算模型時，有機質(zhì)和無機質(zhì)需分別建立才能達到比較準確的計算效果。

頁巖氣的傳輸既包括頁巖基質(zhì)孔隙中的流體傳輸也包括頁巖裂縫中流體傳輸，但由于二者的尺度存在較大的差異，頁巖中存大中尺度的裂縫、微觀尺度的納米孔、納米尺度的吸附氣解吸和分子尺度的干酪根內(nèi)氣體傳輸(參見圖1)，因此，孔隙和裂縫中的的傳輸規(guī)律也有很大的不同，目前國內(nèi)外大量學(xué)者的研究表明，裂縫中的流體傳輸為達西流，但不同學(xué)者對頁巖基質(zhì)中的流體傳輸存在不同的觀點。

Schepers和Zuber等人認為頁巖氣在基質(zhì)中的主要傳輸方式為達西流Rushing，Dahaghi等人認為頁巖氣在基質(zhì)中的主要傳輸方式為擴散；Javadpour和Ozkan等人認為粘性流和擴散流同時存在于頁巖氣的傳輸過程中。

2003年，Roy S等人通過Knudsen數(shù)劃分頁巖氣的不同傳輸方式，不同傳輸階段適合不同的傳輸模型(參見圖2。)當(dāng)Kn10^-3時，氣體傳輸為連續(xù)流。達西模型可以很好的表征這一過程。當(dāng)10^-3Kn10^-1時，氣體傳輸為滑脫流，滑脫流受連續(xù)流和滑脫效應(yīng)共同影響。當(dāng)10^-1Kn10時，為過渡流傳輸階段，氣體傳輸受努森擴散和滑脫效應(yīng)的綜合作用。當(dāng)Kn10時，氣體傳輸為自由分子流動。

2009年，Javadpour認為頁巖氣孔隙中的質(zhì)量流量的驅(qū)動力是努森擴散和壓力，因此提出了表觀滲透率模型，該模型將粘性流質(zhì)量流量和努森擴散質(zhì)量流量簡單相加，并引用Brown提出的無因次系數(shù)F去修正管流中的滑脫效應(yīng)，在系數(shù)F中考慮切向動量協(xié)調(diào)系數(shù)，并考慮管壁的光華程度和溫度等參數(shù)的影響，最后推導(dǎo)出頁巖氣表觀滲透率模型。此模型將粘性流質(zhì)量流量和努森擴散質(zhì)量流量相加，未判斷流動機制是否達到了努森擴散，夸大了努森擴散對表觀滲透率的影響。