[發(fā)明專利]一種基于格子Boltzmann的頁巖氣多相流動(dòng)模擬方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010453330.1
• 申請(qǐng)日: 2020-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN111428426A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛正林;李曉平;譚曉華;王坤;徐有杰;楊豪;楊雅凌;董凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F119/14
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種基于格子Boltzmann的頁巖氣多相流動(dòng)模擬方法，屬于頁巖氣滲流理論領(lǐng)域；它解決現(xiàn)今頁巖儲(chǔ)層流體流動(dòng)表征難度較大，現(xiàn)有的巖心實(shí)驗(yàn)分析方法很難獲得準(zhǔn)確的滲流特征參數(shù)等問題；其技術(shù)方案是：引入單組分兩相偽勢(shì)模型建立多相流動(dòng)的頁巖氣格子Boltzmann模型，通過模擬兩相分離驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性和多相模擬程序的有效性，再有效表征液相在固相表面的粘附作用并模擬不同固相密度下的接觸角，從微尺度多相滲流中抽離并模擬兩種典型流動(dòng)：非混相流體平面驅(qū)與帶腔管道驅(qū)替，在此基礎(chǔ)上，模擬多孔介質(zhì)兩相流，分析了潤(rùn)濕角和含水率對(duì)多孔介質(zhì)氣液兩相流的影響。本發(fā)明基于格子Boltzmann模擬頁巖氣多相流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)頁巖氣多相流動(dòng)過程可視化，省時(shí)省力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于格子Boltzmann的頁巖氣多相流動(dòng)模擬方法，屬于頁巖氣滲流理論領(lǐng)域。

背景技術(shù)

頁巖氣是從頁巖儲(chǔ)層中開采出來的一種非常規(guī)天然氣，主要賦存于有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中。“十一五”規(guī)劃以來，非常規(guī)能源的勘探與開發(fā)越來越受到重視，特別是頁巖氣等致密性儲(chǔ)層的能源開發(fā)。我國(guó)頁巖氣強(qiáng)大的發(fā)展前景，所以更需要我們加大對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層的研究力度，為頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)奠定必要的理論基礎(chǔ)。

頁巖的一些特殊的性質(zhì)決定了對(duì)頁巖儲(chǔ)層流體流動(dòng)的研究和表征難度較大，例如頁巖儲(chǔ)層復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和分布特征，豐富的有機(jī)質(zhì)和粘土礦物，細(xì)小的礦物顆粒以及低孔特低滲的性質(zhì)，強(qiáng)非均質(zhì)性和各向異性。并且由于現(xiàn)有的巖心實(shí)驗(yàn)分析方法也很難獲得準(zhǔn)確的滲流特征參數(shù)，單純應(yīng)用現(xiàn)存的常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法很難完全適應(yīng)頁巖儲(chǔ)層的研究要求。目前人們還未真正了解頁巖儲(chǔ)層氣－水兩相流動(dòng)復(fù)雜的滲流機(jī)理，還需要一種準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)并符合頁巖儲(chǔ)層特性的方法來研究頁巖儲(chǔ)層氣－水兩相流動(dòng)機(jī)理，格子Boltzmann方法為研究頁巖的微觀滲流機(jī)理奠定了基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了常規(guī)巖心實(shí)驗(yàn)分析的諸多不足。

頁巖氣在納米孔隙中的流動(dòng)不滿足連續(xù)介質(zhì)模型，采用常規(guī)達(dá)西滲流模型不適合模擬此類流動(dòng)。吳克柳等人對(duì)頁巖氣在微納米尺度孔隙中的儲(chǔ)存和傳輸機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，考慮了真實(shí)氣體性質(zhì)和應(yīng)力對(duì)滲透率和孔隙尺寸的影響，對(duì)不同壓力條件下和不同孔隙截面的影響進(jìn)行了分析，得到了不同滲流機(jī)理對(duì)氣體流動(dòng)的影響規(guī)律，這些方法在計(jì)算時(shí)很難處理不規(guī)則的邊界，而且對(duì)多尺度的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬很困難，因此需要采用新的數(shù)值模擬方法。格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method，LBM)是在格子氣自動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上采用分子統(tǒng)計(jì)學(xué)原理發(fā)展而成的，作為一種近年來快速發(fā)展的數(shù)值模擬方法，可以模擬從納米尺度到宏觀尺度的流動(dòng)，并且對(duì)于不同的滲流機(jī)理不需要對(duì)模型進(jìn)行過多的修改，因此該方法受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。但是目前針對(duì)格子Boltzmann的頁巖氣滲流研究主要針對(duì)單相，還沒有針對(duì)多相滲流的模擬和研究。

針對(duì)于這樣的現(xiàn)狀，在現(xiàn)在的研究成果上，建立基于格子Boltzmann的頁巖氣多相流動(dòng)滲流模型，并利用模型進(jìn)行定量分析，從而研究頁巖氣藏微觀孔隙條件下的滲流機(jī)理，建立頁巖巖心滲流參數(shù)的微觀數(shù)值實(shí)驗(yàn)表征方法。本文通過微觀模擬認(rèn)識(shí)頁巖中的微觀滲流機(jī)理，可以為提高頁巖氣的產(chǎn)氣能力提供理論支持。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：為了解決現(xiàn)今頁巖儲(chǔ)層流體流動(dòng)的研究和表征難度較大，現(xiàn)有的巖心實(shí)驗(yàn)分析方法很難獲得準(zhǔn)確的滲流特征參數(shù)等問題，本發(fā)明基于格子Boltzmann建立頁巖氣多相流動(dòng)滲流模型，從而研究頁巖氣藏微觀孔隙條件下的多相流滲流機(jī)理，為提高頁巖氣的產(chǎn)氣能力提供理論支持。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于格子Boltzmann的頁巖氣多相流動(dòng)模擬方法，該方法包括下列步驟：

步驟一，構(gòu)建單組分兩相偽勢(shì)模型用于描述氣液兩相頁巖氣微孔道內(nèi)滲流狀況，在此單組分兩相偽勢(shì)模型中，分布函數(shù)的的演化方程為：

與之對(duì)應(yīng)的平衡態(tài)分布函數(shù)為：