[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

说明书

本发明公开了一种考虑应力敏感效应的页岩表观渗透率计算方法，将页岩气的流动通道划分为无机质毛细管和有机质毛细管，分别建立了无机质孔隙和有机质孔隙计算模型；考虑页岩气在无机质和有机质毛细管流动机理的不同，通过引入分形理论分别建立了无机质，有机质的表观渗透率计算模型；进一步采用面积加权方法，结合页岩开采过程中含水饱和度和应力敏感效应对表观渗透率的影响，建立了考虑多种影响因素的表观渗透率计算方法。本发明通过上述改进，建立起了更加符合页岩表观渗透率的计算模型，为页岩气开采提供理论支撑。

技术领域

本发明涉及页岩气勘探开发领域，具体涉及到一种考虑应力敏感效应的页岩表观渗透率计算方法。

背景技术

页岩气为一种非常规天然气，具有多种赋存方式(包括游离态、吸附态和溶解态天然气)、多种运移方式(包括解吸、扩散、滑脱及渗流等)、跨越多尺度(包括纳米孔、微米孔等)的特点。在页岩气开发的程中，页岩气的运移不仅受到赋存孔隙动态变化的影响，同时也受到温度压力变化的影响，因此给页岩气的渗流机理研究带来了很大困难。而页岩表观渗透率作为能够表征上述综合作用的特征参数，受到了研究者的极大关注。

页岩气藏开发过程中，有机质和无机质毛细管是页岩气流动的主要通道。页岩毛细管尺寸分布范围广泛，一般情况下是微米级别，有的甚至小到纳米级别；同时页岩有机质与无机质矿物组成差异显著，页岩气在页岩有机质，无机质毛细管中流动时表现出来不同的流动机理；此外，在页岩气藏在降压生产过程中，地层压力下降导致有效应力增加出现的应力敏感会导致毛细管管径变小；上述这些因素都会综合影响页岩的表观渗透率。

为了综合考虑上述因素对页岩基质表观渗透率的影响，本发明将页岩有机质和无机质毛细管区别考虑，同时考虑含水饱和度和应力敏感效应，引入分形理论对页岩表观渗透率进行了计算，并进一步运用加权的方法推导出页岩表观渗透率表达式。

本发明在现有技术的基础上，根据页岩矿物成分的不同，将页岩气的流动通道划分为无机质毛细管和有机质毛细管，分别建立了无机质孔隙和有机质孔隙计算模型；考虑页岩气在无机质和有机质毛细管流动机理的不同，通过引入分形理论分别建立了无机质，有机质的表观渗透率计算模型；进一步采用面积加权方法，结合页岩开采过程中含水饱和度和应力敏感效应对表观渗透率的影响，建立了考虑多种影响因素的表观渗透率计算方法。本发明通过上述改进，建立起了更加符合页岩表观渗透率的计算模型，为页岩气开采提供理论支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑应力敏感效应的页岩表观渗透率计算方法。

为达上述目的，本发明提供了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)