[发明专利]一种考虑应力敏感效应的页岩表观渗透率计算方法

权利要求书

1.一种页岩无机质表观渗透率计算方法，其特征在于，考虑滑脱流动、粘滞流动以及应力敏感效应对单根无机质毛细管中的气体体积流量的影响，具体步骤包括：

(1)计算页岩无机质孔隙中滑脱流动和粘滞流动产生的流量，其表达式为：

其中，q_1g为单根无机质毛细管中气体流量，m³/s；f(Kn)为渗透率滑脱修正因子，无因次，在描述滑脱流动时，f(Kn)＝1+4Kn；τ为分子平均自由程，m；λ_1g为无机质毛细管在相应含水饱和度下的有效直径，m；D_1T为无机质迂曲度分形维数，无因次；Δp为生产压差，MPa；μ_g为气体粘滞系数，Pa.s；L₀为表征长度，m；

(2)计算应力敏感效应对单根无机质毛细管直径的影响程度，其表达式为：

λ＝λ₀(p_e/p₀)^0.5(q-s)

其中，λ为在有效应力作用下的无机质毛细管实际管径，m；λ₀为无机质毛细管初始管径，m；p_e为有效应力，MPa；p₀为大气压，MPa；q和s分别为页岩孔隙度、渗透率系数，无因次；

(3)叠加单根无机质毛细管中的滑脱流动和努森扩散流量，耦合应力敏感效应对单根无机质毛细管直径的影响程度，推导得到页岩无机质表观渗透率计算方法，其表达式为：

其中，K_1g为无机质表观渗透率，10^-3μm²；λ_1gmax为无机质毛细管在相应含水饱和度下的最大有效直径，m；p为任意地层压力，MPa；p₁为围压，MPa；s_w为含水饱和度，％；α为横截面上有机质含量，％；A为分形集横截面积，m²；D_1fg为无机质孔隙分形维数，无因次；R为气体常数，J/(k.mol)；T为温度，K；M为气体分子摩尔质量，kg/mol。

2.一种页岩有机质表观渗透率计算方法，其特征在于，考虑滑脱流动、努森扩散以及应力敏感效应对单根有机质毛细管中的气体体积流量的影响，具体步骤包括：

(1)计算滑脱流动产生的气体流量，其表达式为：

其中，q_2gslip为单根有机质毛细管中气体滑脱流量，m³/s；f(Kn)为渗透率滑脱修正因子，无因次；Kn为克努森常数，无因次；λ_2g为相应的压力下有机质实际毛细管直径，m；μ_g为气体粘滞系数，Pa.s；Δp为生产压差，MPa；L_2g为有机质毛细管实际长度，m；

(2)计算努森扩散产生的气体流量，其表达式为：

其中，q_2gKn为单根有机质毛细管中气体努森扩散流量，m³/s；λ_2g为相应的压力下有机质实际毛细管直径，m；p_m为平均压力，MPa；Δp为生产压差，MPa；L_2g为有机质毛细管实际长度，m；R为气体常数，J/(k.mol)；T为温度，k；M为气体分子摩尔质量，kg/mol；

(3)计算应力敏感效应对单根有机质毛细管直径的影响程度，其表达式为：

λ＝λ₀(p_e/p₀)^0.5(q-s)

其中，λ为在有效应力作用下的有机质毛细管实际孔径；λ₀为有机质毛细管初始孔径，m；p_e为有效应力，MPa；p₀为大气压，MPa；q和s分别为页岩孔隙度、渗透率系数，无因次；

(4)叠加单根有机质毛细管中的滑脱流动和努森扩散流量，耦合应力敏感效应对单根有机质毛细管直径的影响程度，推导得到页岩有机质表观渗透率计算方法，其表达式为：

其中，K_2g为页岩有机质表观渗透率，10^-3μm²；λ_2gmax为任意压力下有机质最大有效毛细管直径，m；p₁为兰式压力，MPa；p为任意压力，MPa；D_2T为有机质迂曲度分形维数，无因次；f(p)为有机质毛细管实际渗流直径修正项，无因次；D_2fg为有机质孔隙分形维数，无因次；A为分形集横截面积，m²；α为横截面上有机质含量，％。

3.一种页岩表观渗透率计算方法，其特征在于，将页岩基质孔隙划分为无机质孔隙和有机质孔隙，考虑无机质孔隙中的滑脱流动和粘滞流动，考虑有机质孔隙中的滑脱流动和努森扩散，耦合应力敏感效应对单根毛细管中的气体体积流量的影响，采用面积加权的方法，计算得到页岩表观渗透率，具体步骤包括：

(1)计算页岩无机质表观渗透率，其表达式为：

其中，K_1g为无机质表观渗透率，10^-3μm²；λ_1gmax为无机质毛细管在相应含水饱和度下的最大有效直径，m；p为任意压力，MPa；p₁为围压，MPa；s_w为含水饱和度，％；α为横截面上有机质含量，％；A为分形集横截面积，m²；D_1fg为无机质孔隙分形维数，无因次；q和s分别为页岩孔隙度、渗透率系数，无因次；D_1T为无机质迂曲度分形维数，无因次；R为气体常数，J/(k.mol)；T为温度，K；M为气体分子摩尔质量，kg/mol；

(2)计算页岩有机质表观渗透率，其表达式为：

其中，K_2g为页岩有机质表观渗透率，10^-3μm²；λ_2gmax为任意压力下有机质最大有效毛细管直径，m；pl为兰式压力，MPa；p为指定的随意压力，MPa；D_2T为有机质迂曲度分形维数，无因次；f(p)为有机质毛细管实际渗流直径修正项，无因次；D_2fg为有机质孔隙分形维数，无因次；

(3)采用面积加权的方法，计算页岩表观渗透率，其表达式为：

K_a＝(1-α)K_1g+αK_2g

其中，K_a为页岩基质表观渗透率，10^-3μm²；α为横截面上有机质含量，％；K_1g为无机质表观渗透率，10^-3μm²；K_2g为有机质表观渗透率，10^-3μm²。