[发明专利]基于格子玻尔兹曼方法的岩石气体相对渗透率测算方法

说明书

本发明公开了一种基于格子玻尔兹曼方法的岩石气体相对渗透率测算方法，包括步骤：(1)确定岩石在各含水饱和度等级下对应的孔隙度，使用四参数生长法生成与各含水饱和度等级岩石孔隙度一致的岩石多孔介质模型；(2)使用格子玻尔兹曼方法进行气体渗流模拟，对岩石多孔介质模型进、出气体边界施加偏压力，计算出不同孔隙度下岩石多孔介质模型气体渗透率及相对渗透率；(3)绘制岩石气体相对渗透率与不同含水饱和度关系曲线，确定不同含水饱和度下岩石的相对渗透率。本发明通过岩石多孔介质模型和格子玻尔兹曼法进行气体渗流模拟，获得不同含水饱和度下岩石多孔介质模型的渗透率，进而推算出相对渗透率，构建岩样含水饱和度与相对渗透率的函数关系，从而简便有效地确定岩石气体相对渗透率。

技术领域

本发明涉及岩土工程数值分析领域中岩石气体相对渗透率确定方法，尤其涉及一种基于格子玻尔兹曼方法的岩石气体相对渗透率测算方法。

背景技术

致密岩石常出现在石油，天然气开采，地下水封洞库，核废料储存等工程中，因其较低的孔隙度(15％)和渗透率(10^-15m²)而被广泛关注。岩石的致密结构导致水，油等流体难以通过，增加了测定其渗流能力的困难程度，且在实际情况下气，水；气，油两相流甚至油，气，水三相流广泛存在。研究不同含水饱和度下岩石气体相对渗透率对深地资源开采，地下洞库等工程具有重要意义。

不同含水饱和度岩石气体渗流演化规律的试验研究需要均质岩石试样及精密的仪器设备，尤其制备不同含水饱和度且均匀含水试样较为困难；数值模拟方法根据模拟尺度分为宏观、介观和微观方法。宏观方法通过建立符合流动形态的微流动控制方程，加入边界条件和初始条件，求解控制方程获得宏观物理量，是一种广泛使用的模拟方法。但宏观方法不适用于致密岩石孔隙渗流研究，且计算结果不够直观。分子动力学方法是真正的模拟微观气体分子运动的数值模拟方法，但对计算性能的要求较高，目前只能模拟纳米尺度，纳秒时间内变化过程。介观方法中运动粒子有宏观尺度大小，针对多孔介质渗流模拟可得到气体在不同孔隙度、孔隙形态多孔介质模型中的不同流态。

在确定不同含水饱和度岩石气体相对渗透率时，如何准确计算各含水饱和度岩石多孔介质模型的气体相对渗透率，并对不同含水饱和度岩石气体相对渗透率进行预测是需要探讨的技术问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中制备不同含水饱和度岩石试样困难，气体渗透率测量精度不足的问题，本发明提出一种基于格子玻尔兹曼方法的岩石气体相对渗透率测算方法，通过数值模拟方法确定不同饱和度岩石的气体相对渗透率，进而确定不同含水饱和度条件下的室内试验岩样的相对渗透率。

技术方案：本发明基于格子玻尔兹曼方法的岩石气体相对渗透率测算方法包括下述步骤：

(1)使用室内试验测定岩石样品不同含水饱和度条件下孔隙度，对岩石样品进行背散射电子成像(BSE)，获得微观孔隙结构；使用四参数生长法及Matlab编程，根据岩石不同含水饱和度下孔隙度、孔隙形态，设置参数，设置区域大小，要求区域表征岩石孔隙结构，根据各饱和度条件下孔隙度确定岩石多孔介质模型的孔隙度，设置初始生长核和生长方向概率参数，以生成与不同含水饱和度下岩石样品孔隙度一致，孔隙形态相似的岩石多孔介质模型；

(2)对岩石多孔介质模型进、出气体边界施加偏压力，使用格子玻尔兹曼方法进行气体渗流模拟，对岩石多孔介质模型进、出气体边界施加偏压力，计算出不同孔隙度(与含水饱和度等级对应)岩石多孔介质模型气体渗透率及不同含水饱和度岩石的气体相对渗透率；

(3)对不同含水饱和度下气体相对渗透率测试结果进行拟合，绘制岩石气体相对渗透率与不同含水饱和度关系曲线，获得相对渗透率与不同含水饱和度的函数关系，由此推算不同含水饱和度下岩石的气体相对渗透率。