[发明专利]一种基于孔隙结构特征的页岩表观渗透率预测方法

说明书

本发明涉及一种基于孔隙结构特征的页岩表观渗透率预测方法。一种基于孔隙结构特征的页岩表观渗透率预测方法，依次建立微孔道表观渗透率模型及建立多孔介质表观渗透率模型。本发明建立的一种基于孔隙结构特征的页岩表观渗透率预测方法可用于不同埋深、储层温压条件下，页岩气开发过程中的页岩表观渗透率的动态预测。考虑了随着孔隙压力改变，不同孔隙直径的微孔道内气体传输形式的变化特征，考虑了有效应力及基质收缩对页岩表观渗透率的影响，明确提出了多孔介质内微孔道表观渗透率分配系数的理论推导过程，实现了采用气体吸附法实验获取的页岩孔隙结构实测数据计算表观渗透率分配系数，进而实现了基于孔隙结构特征的页岩表观渗透率预测。

技术领域

本发明涉及一种基于孔隙结构特征的页岩表观渗透率预测方法。

背景技术

页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气，随着勘探开发的深入，对页岩孔隙结构特征及渗流机理研究日益受到重视，同时取得了很大的进步。Reed、Sondergeld、Curtis 等发现页岩中存在大量的纳米级孔隙。Loucks等研究了Barnett页岩中的纳微米孔隙，按照孔隙尺度将孔隙划分为微米孔(直径大于0.75μm)和纳米孔(直径小于0.75μm)。聂海宽等认为页岩主要储集类型为裂缝和孔隙，孔裂隙尺度处于纳米及微米级别，巨、大型裂缝为毫米级。由于页岩孔隙结构的多尺度特征，导致页岩气传输方式与常规气藏不同，页岩中气体传输方式呈现多样性。Wang和Reed指出页岩天然裂缝及人工裂缝中气体传输方式为达西流，纳米级孔隙内为非达西流。Schepers等指出页岩气在纳米级孔隙和微裂缝中流动方式以非达西渗流为主。关富佳等指出页岩气藏孔隙结构的多尺度决定了渗流方式的多样性。

目前吴克柳、王瑞、Javadpour F、段永刚等分别建立了微孔道内气体传输表观渗透模型，同时分析了微孔道内气体传输能力，但此类模型只能表征具有特定孔隙直径的微孔道的气体传输能力，尚且不能预测具有一定孔隙结构的多孔介质表观渗透率，无法应用于实际页岩储层的表观渗透率预测。

发明内容

本发明旨在针对上述问题，提出一种基于孔隙结构特征的页岩表观渗透率预测方法。该方法在充分考虑不同气体传输方式的基础上，采用分段函数的形式，建立了微孔道表观渗透率预测方法，分析了微孔道内气体传输特征；同时结合多孔介质孔隙结构特征，建立了多孔介质表观渗透率预测方法。

本发明的技术方案在于：

(一)本发明提出一种微孔道表观渗透率模型

气体传输方式由孔道特征及气体特性共同决定，普遍使用克努森数作为气体传输方式的判别标准。克努森数定义为气体分子平均自由程与孔道直径的比值，其表达式为：

式中：Kn为克努森数，量纲1；

λ为气体分子平均自由程，m；

k_b为玻尔兹曼常数，1.38×10^-23J·K^-1；

T为绝对温度，K；

σ为气体分子平均碰撞直径，m；

p为孔隙压力，Pa；

d为孔道直径，m；

气体分子平均自由程与温度呈正相关，与孔隙压力、气体分子平均碰撞直径呈负相关。表1所示为CH₄、C₂H₆、CO₂单组分气体及多组分气体分子平均碰撞直径。多组分气体的平均分子碰撞直径以单组分气体摩尔百分比为权重，对各单组分气体平均分子碰撞直径进行加权求和而得；

表1典型页岩气相关参数

采用克努森数为0.001、0.1、10作为气体传输方式的划分界限，将气体传输方式划分为达西流、滑脱流、过渡流和努森扩散，如表2所示；

表2基于克努森数的气体传输形式划分

1.1努森扩散