[发明专利]用于计算页岩微裂缝缝宽变化下气体质量传输参数的方法

权利要求书

1.一种用于计算页岩微裂缝缝宽变化下气体质量传输参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、收集储层压力、微裂缝初始尺寸、岩石力学参数、储层气体相关参数基础数据；

步骤2、根据微裂缝压缩性、基质压缩性以及气体解吸附性对微裂缝宽度的影响，建立应力敏感下缝宽变化方程；

步骤3、针对不同的传输机理，建立考虑页岩缝宽动态变化下描述连续流动、滑脱流动、克努森流动、表面扩散作用相对应的流态的质量运移方程；

步骤4、建立考虑页岩缝宽动态变化下描述不同传输机理质量运移的统一方程；

所述步骤1中的收集储层压力、微裂缝初始尺寸、岩石力学参数、储层气体相关参数基础数据具体为：收集初始裂缝宽度、初始裂缝高度、初始裂缝压缩系数、裂缝压缩系数变化速率、岩石泊松比、岩石杨氏模量、朗格缪尔压力、朗格缪尔应变、初始地层压力、当前地层压力、地层温度、气体摩尔质量、气体分子密度、气体黏度、表面吸附气最大浓度、表面扩散系数、微裂缝孔隙度、微裂缝迂曲度基本参数；

所述步骤2中的根据微裂缝压缩性、基质压缩性以及气体解吸附性对微裂缝宽度的影响，建立应力敏感下缝宽变化方程，具体包括以下步骤：

步骤2.1、微裂缝压缩性的影响：

为了研究压力变化引起的应力敏感对微裂缝宽度和基质压缩方面的影响，将页岩储层网格化处理，得到若干个基质裂缝网格；在立方网格中，基质单元是长度为a的正方体，基质之间是宽度为b的裂缝，最终形成理想化的立方网格模型；考虑基质中孔隙极小，储层孔隙全由微裂缝提供，这里重点针对基质之间的裂缝进行研究；该模型中，微裂缝孔隙度φ和微裂缝高度a和微裂缝宽度b满足以下关系：

式中，a为微裂缝高度，m；b为微裂缝宽度，m；φ为微裂缝孔隙度，无量纲；

根据定义，净压力由下式表示

σ＝p_ob-p_p (2)

式中，σ为净压力，MPa；p_ob为上覆岩石压力，MPa；p_p为孔隙压力，Mpa；

当上覆岩石压力和孔隙压力变化时，

Δσ＝(p_ob-p_ob0)-(p_p-p_p0) (3)

式中，Δσ为净压力改变量，MPa；p_ob0为初始上覆岩石压力，MPa；p_p0为初始孔隙压力，MPa；

裂缝压缩系数表达为下式

式中，c_f为裂缝压缩系数，MPa^-1；Δφ为微裂缝孔隙度变化量，无量纲；φ₀为初始微裂缝孔隙度，无量纲；

在上覆岩石压力不变的情况下，裂缝压缩系数表达为下式

式中，c₀为初始裂缝压缩系数，Pa^-1；δ为裂缝压缩系数变化速率，Pa^-1；

结合式(1)、式(3)、式(4)，则由微裂缝的压缩性引起的裂缝宽度变化为

Δb_f＝-b₀c_f[(p_ob-p_ob0)-(p_p-p_p0)] (6)

式中，Δb_f为微裂缝的压缩性引起的裂缝宽度变化，m；b₀为初始裂缝宽度，m；

步骤2.2、基质压缩性的影响：

岩石体积模量由下式表示

式中，K为岩石体积模量，MPa；Δp_hydrostatic为静水压力，MPa；ΔV为岩石体积改变量，m³；V₀为岩石初始体积，m³；

由于地层岩石主要与周围孔隙流体接触，与其它基质仅有少量点接触，所以孔隙压力变化对基质压缩的影响远大于上覆岩石压力的影响；由此，式(7)表达为下式：

体积机械应变由式(8)表示：

式中，-ε_vm为体积机械应变，无量纲；V为岩石体积，m³；

体积模量由杨氏模量和泊松比表示：

式中，E为岩石杨氏模量，MPa；υ为岩石泊松比，无量纲；

由式(9)、式(10)得

线性应变为体积机械应变的三分之一，则线性应变表示为

式中，ε_lm为线性应变，无量纲；

线性应变定义为由基质压缩性引起的基质长度变化量与基质原始长度的比值

式中，Δa_m为由基质压缩性引起的基质长度变化量，m；a₀为初始基质长度，m；

基质长度变化量与裂缝宽度变化量相等，但变化趋势相反：

Δa_m＝-Δb_m (14)

式中，Δb_m为由基质压缩性引起裂缝宽度变化量，m；

由式(12)、式(13)、式(14)得出在压力变化下，由基质压缩性引起的裂缝宽度变化Δb_m表示为

步骤2.3、气体解吸附性的影响：

由Langmuir方程得下式

式中，ε_ls为解吸附导致的应变，m；S_L为Langmuir应变，m；p_L为Langmuir压力，Mpa；

从初始孔隙压力状态到当前孔隙压力状态的线性应变可由下式表示：

解吸附导致的应变定义为解吸附导致基质长度的变化量与基质原始长度的比值：

式中，Δa_s为解吸附导致基质长度的变化量，m；

由式(17)、式(18)得下式

基质长度变化量与裂缝宽度变化量相等，但变化趋势相反，所以式(19)表达为：

式中，Δb_s为解吸附导致的裂缝宽度变化量，m；

步骤2.4、应力敏感下缝宽总变化方程：

由式(6)、(15)、(20)得由压力变化引起的裂缝宽度总变化量Δb_t

式中，Δb_t为由压力变化引起的裂缝宽度总变化量，m。