一种岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法技术

本发明专利技术涉及一种岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法，包括：通过岩石分形维数、孔隙尺寸，得到油气毛管力随岩石中含气饱和度的变化关系曲线；基于含气饱和度随油气毛管力变化关系曲线，建立油气相平衡模型，得到给定温度压力下的含气饱和度；基于给定温度压力下的含气饱和度，以及含气饱和度随油气毛管力变化曲线，反求毛管力，得到油气在不同大小孔隙中的分布；通过分形维数和孔隙尺寸分别建立油相和气相流动模型，根据油气在不同大小孔隙中的分布，计算油相和气相渗透率。本发明专利技术方法巧妙结合了岩石多孔介质分形几何参数来准确表征岩石孔隙结构，相比传统基于单个孔隙简化计算油气平衡的理论计算模型，大幅提高了计算结果的准确性。果的准确性。果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法


[0001]本专利技术涉及油气开发
，特别是涉及一种岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法。

技术介绍

[0002]我国地下油气资源丰富，开采过程孔隙压力降低导致油气相变发生，准确预测不同孔隙压力下油气相变情况和流动能力是制定油田高效开发政策的关键。然而物理实验方法只能在实验室一定温度压力范围内表征油气相变，且只能测量实验岩样含油气饱和度，无法测量得到油气分布，因而难以预测相变发生后的油气流动能力。另一方面，目前油气相变理论计算模型未考虑孔隙结构对油气赋存的影响，因此无法计算油气分布，只能计算不同孔隙压力下含气饱和度，且由于忽略了油气界面毛管力对油气逸度平衡的影响，导致在孔隙尺寸纳米级的页岩油气藏中计算油气相变存在较大误差。因此现有实验测试和理论计算方法均无法准确预测地下油气藏油气相态变化和流动能力，导致对地下油气开发过程中流体相态特征和赋存状态的认识仍是空白，亟需建立一种准确快速的岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决目前物理实验方法无法准确测量岩石多孔介质不同温度压力下油气相变和流动能力的难题，为地下油气藏高效开发提供依据。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法，包括：
[0006]通过岩石分形维数、孔隙尺寸，得到油气毛管力随岩石中含气饱和度变化的关系曲线；
[0007]基于所述含气饱和度变化的关系曲线，建立油气相平衡模型，得到给定温度压力下的含气饱和度；
[0008]基于所述给定温度压力下的含气饱和度，以及含气饱和度随毛管力变化曲线，反求油气毛管力，得到油气在不同大小孔隙中的分布；
[0009]通过所述分形维数和孔隙尺寸分别建立油相和气相流动模型，根据油相和气相在不同大小孔隙中的分布，分别计算油相和气相的相对渗透率。
[0010]优选地，其特征在于，基于所述岩石分形维数，得到所述孔隙尺寸的分布情况：
[0011][0012]其中，N(λ)表示孔隙直径大于λ的孔隙数目，λ为孔隙直径，λ
max
为最大孔隙直径。
[0013]优选地，通过所述孔隙尺寸的分布情况，得到孔隙数目的分布特征，并基于迂曲度分形维数D
t
以及孔隙两端的直线距离L0，得到多孔介质孔隙体积V
pore
。
[0014]优选地，基于所述多孔介质孔隙体积V
pore
，计算得到油相占据的孔隙体积V
o
(λ
c
(j))：
[0015][0016]其中，λ
c
(i)为不同油气毛管力下油相占据的临界孔隙直径，λ
min
为最小孔隙直径，D
p
为孔隙分形维数，D
t
为迂曲度分形维数。
[0017]优选地，根据所述多孔介质孔隙体积V
pore
和所述油相占据的孔隙体积V
o
(λ
c
(j))，得到给定油气毛管力情况下的含气饱和度，计算不同临界毛管力对应的含气饱和度，得到所述油气毛管力与岩石中含气饱和度的变化关系曲线。
[0018]优选地，基于计算得到的含气饱和度随毛管力变化曲线，结合毛管力对油气逸度平衡的影响，建立所述油气相平衡模型，并计算给定温度压力下的含气饱和度。
[0019]优选地，所述计算给定温度压力下的含气饱和度的过程包括：
[0020]给定温度T，压力P，原始气体或液体组分的情况下，采用Wilson方程计算初始平衡常数K
i
：
[0021][0022]式中，K
i
为组分i的平衡常数，T
ci
为组分i的临界温度，单位为K；P
ci
为组分i的临界压力，单位为Pa；ω
i
为组分i的偏心因子；
[0023]采用Rachford
‑
Rice方程计算气相摩尔分数F
g
：
[0024]根据逸度平衡原理，气相和液相两相逸度平衡表示为：
[0025]f
il
(x,T,P
l
)＝f
ig
(y,T,P
g
)i＝1,...,n
c
ꢀꢀ
(4)
[0026]式中f
il
，f
ig
分别为油相和气相的逸度；P
l
，P
g
分别为油相压力和气相压力，单位为Pa；
[0027]采用Peng
‑
Robinson状态方程计算油气各相逸度系数、油相压缩因子Z
l
、气相压缩因子Z
g
：
[0028]根据所述油相压缩因子Z
l
、气相压缩因子Z
g
，以及油相和气相各自的组分x
i
和y
i
，分别计算油相密度ρ
l
和气相密度ρ
g
：
[0029][0030][0031]式中，M
i
为每个组分的摩尔质量，单位为kg/mol；
[0032]通过计算得到界面张力σ，结合界面张力变化后的临界毛管力变化数组元素P
c_var
(j)，得到含气饱和度S
g
：
[0033][0034]优选地，基于所述含气饱和度S
g
，及更新后的油气毛管力临界毛管力
‑
饱和度变化关系曲线P
c_var
(j)
‑
S
g
(j)，采用线性插值方法计算所述含气饱和度S
g
对应的油气毛管力P
c_og
：
[0035][0036]式中，S
g
(j
n
)为距离含气饱和度S
g
最近的数据点。
[0037]优选地，根据所述油气毛管力P
c_og
和界面张力σ，计算油相占据的临界孔径λ
c
：
[0038][0039]气相在单个孔隙内流量为：
[0040][0041]式中，
△
p为孔隙两端压差，μ
g
为气相粘度，A1为1阶滑移系数，值为1.25，A2为2阶滑移系数，值为0.23，δ为气体平均分子自由程；L(λ)为孔隙弯曲长度，可表示为：
[0042][0043]油相在单个孔隙内流量为：
[0044][0045]式中，μ
o
为气相粘度，l
st
为滑移长度；
[0046]由于油相占据孔隙尺寸在λ
min
‑
λ
c...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法，其特征在于，包括：通过岩石分形维数、孔隙尺寸，得到油气毛管力随岩石中含气饱和度变化的关系曲线；基于所述含气饱和度变化的关系曲线，建立油气相平衡模型，得到给定温度压力下的含气饱和度；基于所述给定温度压力下的含气饱和度，以及含气饱和度随毛管力变化曲线，反求油气毛管力，得到油气在不同大小孔隙中的分布；通过所述分形维数和孔隙尺寸分别建立油相和气相流动模型，根据油相和气相在不同大小孔隙中的分布，分别计算油相和气相的相对渗透率。2.根据权利要求1所述的岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法，其特征在于，基于所述岩石分形维数，得到所述孔隙尺寸的分布情况：其中，N(λ)表示孔隙直径大于λ的孔隙数目，λ为孔隙直径，λ
max
为最大孔隙直径。3.根据权利要求2所述的岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法，其特征在于，通过所述孔隙尺寸的分布情况，得到孔隙数目的分布特征，并基于迂曲度分形维数D
t
以及孔隙两端的直线距离L0，得到多孔介质孔隙体积V
pore
。4.根据权利要求3所述的岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法，其特征在于，基于所述多孔介质孔隙体积V
pore
，计算得到油相占据的孔隙体积V
o
(λ
c
(j))：其中，λ
c
(i)为不同油气毛管力下油相占据的临界孔隙直径，λ
min
为最小孔隙直径，D
p
为孔隙分形维数，D
t
为迂曲度分形维数。5.根据权利要求4所述的岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法，其特征在于，根据所述多孔介质孔隙体积V
pore
和所述油相占据的孔隙体积V
o
(λ
c
(j))，得到给定油气毛管力情况下的含气饱和度，计算不同临界毛管力对应的含气饱和度，得到所述油气毛管力与岩石中含气饱和度的变化关系曲线。6.根据权利要求5所述的岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法，其特征在于，基于计算得到的含气饱和度随毛管力变化曲线，结合毛管力对油气逸度平衡的影响，建立所述油气相平衡模型，并计算给定温度压力下的含气饱和度。7.根据权利要求6所述的岩石多孔介质油气相平衡和流动能力表征方法，其特征在于，所述计算给定温度压力下的含气饱和度的过程包括：给定温度T，压力P，原始气体或液体组分的情况下，采用Wilson方程计算初始平衡常数K
i
：式中，K
i
为组分i的平衡常数，T
ci
为组分i的临界温度，单位为K；P
ci
为组分i的临界压力，
单位为Pa；ω
i
为组分i的偏心因子；采用Rachford
‑
Rice方程计算气相摩尔分数F
g
：根据逸度平衡原理，气相和液相两相逸度平衡表示为：f
il
(x,T,P
l
)＝f
ig
(y,T,P
g
)i＝1,...,n
c
ꢀꢀ
(4)式中f
il
，f
ig
分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文辉，姚军，张凯，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：