[發明專利]一種基于均勻化理論的頁巖基質流固耦合尺度升級方法

有效

• 申請號: 202010429057.9
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111597721B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 嚴俠;姚軍;黃朝琴;劉禮軍;王子杰;孫海
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F111/10
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發明公開了一種基于均勻化理論的頁巖基質流固耦合尺度升級方法，建立了一種頁巖基質流固耦合尺度升級方法，能夠將微尺度上有機質和無機質各自特征有效地表征到宏觀模擬中。首先，將頁巖基質看成是由有機質和無機質組成的非均質多孔彈性介質，考慮真實氣體在這兩種介質中不同的賦存方式和流動機制，建立微尺度流固耦合模型；然后，采用均勻化理論進行尺度升級，推導得到頁巖基質的宏觀等效流固耦合模型，并給出相關等效參數的定義和計算方式；最后，通過數值算例驗證了本發明方法的正確性，并分析了有機質力學性質、含量和分布對頁巖氣藏宏觀流固耦合數值模擬的影響。

技術領域

本發明涉及油藏數值模擬領域，特別是涉及一種基于均勻化理論的頁巖基質流固耦合尺度升級方法

背景技術

頁巖氣資源分布廣、儲量大，但其基質滲透率極低，通常需要經過水力壓裂才能進行商業化開采，壓裂后的頁巖儲層具有多尺度孔縫特征，且處于復雜地應力場和滲流場的共同作用中，流固耦合效應明顯。其中，頁巖基質作為氣體的主要儲集空間，其流固耦合模型的建立是頁巖氣藏宏觀流固耦合數值模擬的基礎。由于頁巖基質通常由微尺度的有機質和無機質組成，而這兩種介質的力學性質差異較大，且氣體在兩者中的賦存方式和流動機制均不相同，要準確刻畫氣體在頁巖基質中的流固耦合過程，需針對兩種介質建立不同的微尺度模型，但由于計算效率問題，微尺度模型無法直接用于宏觀模擬。近年來，國內外學者分別采用流量等效法和均勻化理論，對頁巖基質中有機質分布對氣體宏觀滲流規律的影響進行了研究，但均并未考慮流固耦合作用。因此，有必要建立一種尺度升級方法，將微尺度上有機質和無機質各自特征有效地表征到頁巖氣藏宏觀流固耦合模擬中，來解決上述問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于均勻化理論的頁巖基質流固耦合尺度升級方法，將基于均勻化理論，建立考慮微尺度上有機質和無機質各自特征的頁巖基質流固耦合尺度升級方法，通過數值算例驗證尺度升級方法的正確性，并分析有機質力學性質、含量和分布對頁巖氣藏宏觀流固耦合數值模擬的影響，來解決上述現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供了一種基于均勻化理論的頁巖基質流固耦合尺度升級方法，包括如下步驟：

將頁巖基質看成是由有機質和無機質組成的非均質多孔彈性介質，考慮真實氣體在這兩種介質中不同的賦存方式和流動機制，建立微尺度流固耦合模型；

采用均勻化理論進行尺度升級，得到頁巖基質的宏觀等效流固耦合模型，并給出相關等效參數的定義和計算方式；

驗證基于均勻化理論的頁巖基質流固耦合尺度升級方法的準確性，并分析了有機質力學性質、含量和分布對頁巖氣藏宏觀流固耦合數值模擬的影響。

優選地，構建微尺度流固耦合模型的過程如下：

式中，σ和σ_s分別表示總應力張量和有效應力張量；p為孔隙壓力；α為Biot系數；I為單位張量；C為彈性張量；u_s為骨架位移；β表示綜合壓縮系數；t表示時間；δ為克羅內克符號；φ為孔隙度；m_g表示吸附/解吸項；ρ_g為氣體密度；v為氣體流速；k_a為氣體的視滲透率；μ為氣體粘度；

根據小變形假設，應變張量e(u_s)定義如下：

綜合壓縮系數β和真實氣體密度ρ_g的表達式如下：

式中，K_s為基質骨架體積模量；M_g為氣體摩爾質量；Z表示氣體壓縮因子；R為通用氣體常數；T表示儲層溫度；