[发明专利]一种页岩气藏特性模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种页岩气藏特性模拟方法，尤其涉及一种模拟研究页岩中吸附气、游离气在页岩气赋介质中渗流规律特性的页岩气藏特性模拟方法。

背景技术

页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的非常规天然气资源，页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源地层中。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分气页岩分布范围广、厚度大且普遍含气，这使得页岩气井能够长期的以稳定的速率产气。

页岩气有独特的存储特征，在形式上游离气和吸附气并存。吸附气主要吸附在基质孔隙表面，而游离气存在于基质孔隙和次生裂缝中。页岩气基质由有机质和无机质组成，裂缝也分为基质微裂缝和人工裂缝两种，显然，不同的孔隙或裂缝之间存在很大的尺度区别。目前公认页岩气储层一共包括四种不同的孔隙介质，分别是无机质、有机质、天然裂缝和水力诱导裂缝。页岩有机质和无机质中的孔隙为纳米级尺度的微孔隙，有机质中的孔隙产生在页岩气生成阶段，孔隙尺寸为5～1000nm，是游离气主要的存储空间。同时，不管是有机质还是无机质，都存在有孔隙的基质和无孔隙的基质。上述决定了页岩气等在多孔介质中有着复杂多样的渗流机理，以宏观统计的达西定律来表征这类渗流运动是有缺陷的。

中国专利公布号CN103454198A，公布日2013年12月18日，名称为一种泥页岩有机孔隙度检测方法，该申请案公开了一种泥页岩有机孔隙度检测方法，以代表性泥页岩样品和原油样品的热模拟实验为基础，利用化学动力学方法计算干酪根成油、干酪根成气和原油裂解成气的化学动力学参数，结合目地层埋藏史和热史，确定研究层段泥页岩干酪根成油、干酪根成气和原油裂解成气转化率；利用目地层泥页岩残余氢指数和残余有机碳数据，结合干酪根成油、干酪根成气和原油裂解成气转化率，恢复目地层泥页岩原始氢指数和原始有机碳；利用目地层泥页岩样品的Ar离子抛光薄片分析泥页岩有机孔隙压缩系数；计算目地层段泥页岩样品有机孔隙。其不足之处在于，该方法可以计算得到泥页岩样品的有机孔隙，但是无法得到页岩中吸附气、游离气在页岩气赋介质中渗流规律特性。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有研究检测页岩气中游离气与吸附气的渗流机理困难复杂的缺陷而提供一种模拟研究页岩中吸附气、游离气在页岩气赋介质中渗流规律特性的页岩气藏特性模拟方法。

为了实现上述目地，本发明采用以下技术方案：

一种页岩气藏特性模拟方法，所述模拟方法是利用同步辐射光源，经镜箱反射镜聚焦成水平方向的扫描线, 通过反射镜的旋转振动实现垂直扫描, 得到页岩气赋存多孔介质样品微结构三维数据；然后将得到的微结构三维数据进行三维重构，利用分子动力学和晶格玻尔兹曼方法耦合计算得到非常规页岩气赋存介质中的渗流机理，并用数学表达式表示。

在本技术方案中，本发明在国家开放同步辐射实验室同步辐射光的基础上，利用同步辐射光得到页岩气赋存多孔介质样品微结构三维数据，采用图像识别、边缘提取等图形图像处理技术进行三维重构，利用重构的三维结构研究赋存介质的微结构特征；利用不同温度及压力下的赋存介质微结构数据，获得孔隙骨架形变特性；采用基于分子动力学和晶格玻尔兹曼方法耦合的数值计算方法，探索非常规页岩气赋存介质中的复杂渗流细观机理；研究甲烷等有机分子（页岩气的主要成分之一）与水受限在纳米孔道中，在高压外部条件下形成可能与宏观常压下完全不一样的新的结构、性质与输运规律；利用量化软件（第一性原理与分子模拟相结合）深入研究在高压情况下非常规页岩气在纳米孔道中的形成过程所涉及到的物理、化学过程，特别关注受限的尺度、压强、温度等因素对形成页岩气涉及的化学与物理过程的影响。

作为优选，所述数学表达式为 ，其中，α、β分别是页岩气游离态、吸附态综合赋存系数。Vm—单分子层体积；p—压力；b—与温度和吸附热有关的常数。T—绝对温度，K；Z—气体压缩系数：在一定温度下，随压力改变，气体体积的改变率；n是摩尔数。

在本技术方案中，根据赋存状态，页岩气可分为吸附气、游离气和溶解气三部分，由于溶解气在页岩含气量中所占比例十分微小，故在计算时忽略不计，页岩含气量由以下方程确定

V=V游+V吸=；式中：α、β分别是页岩气游离态、吸附态综合赋存系数。Vm—单分子层体积；p—压力；b—与温度和吸附热有关的常数。T—绝对温度，K；Z—气体压缩系数：在一定温度下，随压力改变，气体体积的改变率；n是摩尔数；

格子玻尔兹曼方程为

，其中

，

平衡态方程是