【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于页岩测量领域，具体涉及一种页岩储层气体渗透率测量方法。
技术介绍
1、页岩基质渗透率是表征页岩气储层和模拟流动的关键参数。由于页岩储层的渗透率非常低，因此在实验室中，直接测量页岩基质渗透率比较困难。页岩中的气体渗流与滑脱效应和knudsen(克怒森)扩散有关，在这种情况下，渗透率不是固有的页岩岩石性质，而是取决于气体压力的表观参数。在一定条件下，这种渗透率的应力敏感效应对预测天然气产量具有相当大的影响。目前有两种实验方法可用于测量页岩储层的孔隙压力相关气体渗透率：岩心栓脉冲法和曲线拟合方法。岩心栓脉冲法具有较高的测试效率和精度，测试装置和数据解释过程相对简单。然而，使测试系统从一个孔隙压力平衡到下一个孔隙压力平衡，通常需要相对较长的时间。曲线拟合方法的拟合参数的多解性是困扰页岩气渗透率测试精度的难题，并且估算结果的准确性取决于所使用的页岩气渗透率模型。而气体渗透率模型仍然是一个亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种页岩储层气体渗透率测量方法，该方法提供了一定边界和初始条件下测量一维页岩气体渗流的方案。在理论方面基于页岩气渗流的质量平衡方程，研究等温条件下页岩气体渗流，单位体积的总气体质量仅为压力的函数，并忽略由压力变化引起的机械变形；考虑一根无限长页岩柱从入口到出口处的渗流，并通过玻尔兹曼变换改写边界条件和初始条件，最终将质量平衡方程变换为一个常微分方程，在进行积分可得页岩气体渗透率模型。然后，针对模型中所需参数，设计关键参数的测试
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种页岩储层气体渗透率测量方法，包括如下步骤：
4、步骤1、基于页岩气渗流的质量平衡方程，研究等温条件下页岩气体渗流，单位体积的总气体质量仅为压力的函数，并忽略由压力变化引起的机械变形；考虑一根无限长页岩柱从入口到出口处的渗流，并通过玻尔兹曼变换改写边界条件和初始条件，将质量平衡方程变换为一个常微分方程，再进行积分从而获得页岩气体渗透率模型；
5、步骤2、针对页岩气体渗透率模型中所需的关键参数，设计关键参数的实验测试装置，测得实验数据，测量页岩孔隙中气体的质量变化；
6、步骤3、将步骤2中测得的实验数据带入页岩气体渗透率模型，计算出页岩气体渗透率。
7、进一步地，所述步骤1包括：
8、页岩气体渗流的平衡方程为：
9、
10、式中，t是时间；x是空间坐标；k是气体渗透率，且是压力的函数；μ是气体粘度；ρ是气体密度；p是气体压力；m是多孔介质每单位体积的总气体质量或表观气体密度，且用下式进行描述：
11、m＝φρ+(1-φ)ρa (2)
12、式中，φ是气体的孔隙度；ρa是每单位体积固体体积所吸附的气体质量；
13、在式(1)中，存储项写为：
14、
15、在等温条件下，m被认为仅为压力p的函数；并且忽略压力引起的岩石骨架变形而导致的渗透率的变化，只考虑气体密度变化对存储项的影响：
16、
17、考虑一个无限长的页岩柱，气流从入口x＝0开始进入，并且收到以下边界和初始条件的影响：
18、
19、其中，pi为初始压力，p0为恒定压力，x表示入口的位置，p(x,t)表示入口x处t时刻的压力；
20、通过玻尔兹曼变换：
21、
22、其中，λ为玻尔兹曼转换变量；
23、式(5)改写为：
24、
25、其中，p(λ)为使用玻尔兹曼转换变量表示的气体压力；
26、同时，式(1)改写为：
27、
28、式中，中间参数d(p)为：
29、
30、直接将式(8)在(λ,∞)区间上进行积分得到：
31、
32、进一步地，所述步骤2包括：
33、测试无限长页岩柱的累积气体质量流量m(t)和压力p(t)，测试条件为：初始压力分布是均匀的，并且页岩柱入口处的压力是恒定的；
34、首先，具有约束应力的页岩柱具有均匀分布的初始压力pi，该页岩柱足够长从而被视为无限长；然后，将页岩柱连接到具有恒定压力p0的上游腔室；测量进入页岩柱入口的累积气体质量流量m(t)，根据式(6)给出的转换，从压力测量获得p(λ)；
35、在页岩样品出口处的压力突破之后，来自出口的边界效应传播到测量点；一定时间tc之后，在下游边界效应变得明显时，页岩柱不能在被处理为无限长，因此，在该一定时间tc之前只有压力数据用于计算p(λ)；
36、一定时间tc用下式进行估算：
37、
38、式中，tb是页岩柱出口处压力突破所对应的时间，l是页岩柱的长度，lb是压力测量位置和页岩柱出口之间的距离。
39、进一步地，所述步骤3包括：
40、在小于一定时间tc的时间条件下将压力数据代入式(6)，计算出使用玻尔兹曼转换变量表示的气体压力p(λ)；
41、基于获得的使用玻尔兹曼转换变量表示的气体压力p(λ)，采用式(10)计算出中间参数d(p)；
42、式(10)中，通过导数dp/dt来计算出导数dp/dλ，具体计算公式如下：
43、
44、使用使用玻尔兹曼转换变量表示的气体压力d(p)和式(9)计算出页岩的渗透率，页岩的渗透率是孔隙压力的函数。
45、有益效果：
46、本专利技术不基于任何关于气体渗透率和孔隙压力之间参数关系的假设，单次实验就能测量作为压力函数的页岩气体渗透率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种页岩储层气体渗透率测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种页岩储层气体渗透率测量方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的一种页岩储层气体渗透率测量方法，其特征在于，所述步骤2包括：
4.根据权利要求3所述的一种页岩储层气体渗透率测量方法，其特征在于，所述步骤3包括：
【技术特征摘要】
1.一种页岩储层气体渗透率测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种页岩储层气体渗透率测量方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3....
【专利技术属性】
技术研发人员：沈伟军，李志宇，鲁晓兵，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。