[發明專利]用于計算頁巖微裂縫縫寬變化下氣體質量傳輸參數的方法

有效

• 申請號: 201810165641.0
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108343433B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 曾凡輝;彭凡;曾波;郭建春;向建華
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 吳家偉

1.一種用于計算頁巖微裂縫縫寬變化下氣體質量傳輸參數的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、收集儲層壓力、微裂縫初始尺寸、巖石力學參數、儲層氣體相關參數基礎數據；

步驟2、根據微裂縫壓縮性、基質壓縮性以及氣體解吸附性對微裂縫寬度的影響，建立應力敏感下縫寬變化方程；

步驟3、針對不同的傳輸機理，建立考慮頁巖縫寬動態變化下描述連續流動、滑脫流動、克努森流動、表面擴散作用相對應的流態的質量運移方程；

步驟4、建立考慮頁巖縫寬動態變化下描述不同傳輸機理質量運移的統一方程；

所述步驟1中的收集儲層壓力、微裂縫初始尺寸、巖石力學參數、儲層氣體相關參數基礎數據具體為：收集初始裂縫寬度、初始裂縫高度、初始裂縫壓縮系數、裂縫壓縮系數變化速率、巖石泊松比、巖石楊氏模量、朗格繆爾壓力、朗格繆爾應變、初始地層壓力、當前地層壓力、地層溫度、氣體摩爾質量、氣體分子密度、氣體黏度、表面吸附氣最大濃度、表面擴散系數、微裂縫孔隙度、微裂縫迂曲度基本參數；

所述步驟2中的根據微裂縫壓縮性、基質壓縮性以及氣體解吸附性對微裂縫寬度的影響，建立應力敏感下縫寬變化方程，具體包括以下步驟：

步驟2.1、微裂縫壓縮性的影響：

為了研究壓力變化引起的應力敏感對微裂縫寬度和基質壓縮方面的影響，將頁巖儲層網格化處理，得到若干個基質裂縫網格；在立方網格中，基質單元是長度為a的正方體，基質之間是寬度為b的裂縫，最終形成理想化的立方網格模型；考慮基質中孔隙極小，儲層孔隙全由微裂縫提供，這里重點針對基質之間的裂縫進行研究；該模型中，微裂縫孔隙度φ和微裂縫高度a和微裂縫寬度b滿足以下關系：

式中，a為微裂縫高度，m；b為微裂縫寬度，m；φ為微裂縫孔隙度，無量綱；

根據定義，凈壓力由下式表示

σ＝p_ob-p_p (2)

式中，σ為凈壓力，MPa；p_ob為上覆巖石壓力，MPa；p_p為孔隙壓力，Mpa；

當上覆巖石壓力和孔隙壓力變化時，

Δσ＝(p_ob-p_ob0)-(p_p-p_p0) (3)

式中，Δσ為凈壓力改變量，MPa；p_ob0為初始上覆巖石壓力，MPa；p_p0為初始孔隙壓力，MPa；

裂縫壓縮系數表達為下式

式中，c_f為裂縫壓縮系數，MPa^-1；Δφ為微裂縫孔隙度變化量，無量綱；φ₀為初始微裂縫孔隙度，無量綱；

在上覆巖石壓力不變的情況下，裂縫壓縮系數表達為下式

式中，c₀為初始裂縫壓縮系數，Pa^-1；δ為裂縫壓縮系數變化速率，Pa^-1；

結合式(1)、式(3)、式(4)，則由微裂縫的壓縮性引起的裂縫寬度變化為

Δb_f＝-b₀c_f[(p_ob-p_ob0)-(p_p-p_p0)] (6)

式中，Δb_f為微裂縫的壓縮性引起的裂縫寬度變化，m；b₀為初始裂縫寬度，m；

步驟2.2、基質壓縮性的影響：

巖石體積模量由下式表示

式中，K為巖石體積模量，MPa；Δp_hydrostatic為靜水壓力，MPa；ΔV為巖石體積改變量，m³；V₀為巖石初始體積，m³；

由于地層巖石主要與周圍孔隙流體接觸，與其它基質僅有少量點接觸，所以孔隙壓力變化對基質壓縮的影響遠大于上覆巖石壓力的影響；由此，式(7)表達為下式：

體積機械應變由式(8)表示：

式中，-ε_vm為體積機械應變，無量綱；V為巖石體積，m³；

體積模量由楊氏模量和泊松比表示：

式中，E為巖石楊氏模量，MPa；υ為巖石泊松比，無量綱；

由式(9)、式(10)得

線性應變為體積機械應變的三分之一，則線性應變表示為

式中，ε_lm為線性應變，無量綱；

線性應變定義為由基質壓縮性引起的基質長度變化量與基質原始長度的比值

式中，Δa_m為由基質壓縮性引起的基質長度變化量，m；a₀為初始基質長度，m；

基質長度變化量與裂縫寬度變化量相等，但變化趨勢相反：

Δa_m＝-Δb_m (14)

式中，Δb_m為由基質壓縮性引起裂縫寬度變化量，m；

由式(12)、式(13)、式(14)得出在壓力變化下，由基質壓縮性引起的裂縫寬度變化Δb_m表示為

步驟2.3、氣體解吸附性的影響：

由Langmuir方程得下式

式中，ε_ls為解吸附導致的應變，m；S_L為Langmuir應變，m；p_L為Langmuir壓力，Mpa；

從初始孔隙壓力狀態到當前孔隙壓力狀態的線性應變可由下式表示：

解吸附導致的應變定義為解吸附導致基質長度的變化量與基質原始長度的比值：

式中，Δa_s為解吸附導致基質長度的變化量，m；

由式(17)、式(18)得下式

基質長度變化量與裂縫寬度變化量相等，但變化趨勢相反，所以式(19)表達為：

式中，Δb_s為解吸附導致的裂縫寬度變化量，m；

步驟2.4、應力敏感下縫寬總變化方程：

由式(6)、(15)、(20)得由壓力變化引起的裂縫寬度總變化量Δb_t

式中，Δb_t為由壓力變化引起的裂縫寬度總變化量，m。