[发明专利]一种页岩黏土矿物强制自吸量预测方法

说明书

本发明公开了一种页岩黏土矿物强制自吸量预测方法，首先根据现场岩芯，获取页岩黏土矿物基本特征参数；然后建立页岩黏土矿物片状孔隙平行平板毛细管内流动方程；其次建立页岩黏土矿物均匀毛细管束强制自吸模型；最后引入分形理论，计算具有分形特征的黏土强制自吸量。本发明通过对页岩黏土进行压汞实验获得毛细管管径大小和形态分布，考虑页岩黏土矿物在压裂过程中受到毛管力、粘土孔隙渗透压以及强制自吸作用力的影响，考虑黏土毛细管非圆性特征、边界滑移效应、粘土矿物渗透压及强制外力的影响，结合分形理论建立了综合考虑页岩黏土孔隙尺寸分形特征、孔道迂曲度、滑移效应、强制自吸力的页岩黏土矿物强制自吸量预测方法。

技术领域

本发明属于非常规油气开发技术领域，具体涉及一种页岩黏土矿物强制自吸量预测方法。

背景技术

页岩(shale)是由黏土脱水胶结而成的岩石，并且主要以黏土类矿物(高岭石、水云母等)为主，具有明显的薄层理构造。页岩储层具有低孔、低渗、难动用的特点，采用大规模体积压裂是开发页岩气的关键技术。富气页岩黏土在毛管力作用下，压裂液将通过强制自吸进入毛细管。页岩黏土(无机质)的强制自吸除了具有微尺度效应、孔道迂曲度、孔径分布具有分形特征外，页岩粘土矿物在孔隙结构特征、自吸作用力方面具有自己的特殊性：针对页岩的压裂过程中，地层水原始矿化度较高，通常达到几万ppm，甚至高达二十多万ppm。而页岩压裂时外来水基压裂液以滑溜水为主，矿化度通常不超过1000ppm。外来流体和原始地层水之间存在巨大的矿化度差，这种液体矿化度之间的差异将会产生渗透压效应；此外，在页岩储层体积压裂以及裂缝闭合过程中，由于裂缝内的流体压力要大于孔隙压力，会更进一步增强页岩有机质的强制自吸作用。这些都使的页岩有机质自吸规律预测变得更加复杂。

目前用来预测储层岩石自吸量的解析数学方法通常是假设为单根圆形直毛细管、准平衡、充分发展的不可压缩牛顿流体层流状态，根据Hagen-Poiseuille定律，考虑静水压力和毛管力，建立了Lucas-Washburn(LW)自吸模型(Washburn E W.The Dynamics ofCapillary Flow[J].Physical Review,1921,17(3):273-283.)，该模型仅适用于单根圆形直毛管在毛管压力作用下自 吸预测分析；Benavente(Benavente D,Lock P,Cura MG D,et al.Predicting the Capillary Imbibition of Porous Rocks from Microstructure[J].Transport in Porous Media,2002,49(1):59-76.)等在LW自吸模型基础上，通过引入岩石迂曲度τ和孔隙形状因子δ，改进了LW模型。上述模型只适合单根毛细管的自吸量计算。事实上，页岩有机质实际上是由不同尺寸毛细管组成的多孔介质，岩石最大孔径大于最小孔径2个数量级以上。为了研究多孔介质岩石的自吸规律，Cai等(Cai J,Yu B,Zou M,etal.Fractal Characterization of Spontaneous Co-current Imbibition in PorousMedia[J].EnergyFuels,2010,24(3):1860-1867)基于Hagen-Poiseulle定律，借鉴LW模型的思路，通过引入分形理论描述多孔介质孔隙特征，建立了考虑毛管力、重力作用下的分形自吸模型。但是在他们的计算模型中，考虑毛细管为圆形特征，没有考虑毛细管形状、压裂液的滑移效应、粘土孔隙渗透压以及强制外力作用，从而造成计算结果误差较大。

发明内容

如在背景技术中所述的，在现有技术中预测页岩黏土分形自吸模型时，都假设毛细管为圆形分布，没有考虑毛细管形状、压裂液的滑移效应、粘土孔隙渗透压以及强制外力作用，从而造成计算结果误差较大。本发明的目的是提供一种页岩黏土矿物强制自吸量预测方法，其目的在于，解决现有技术中存在的上述问题。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了以下技术方案：

一种页岩黏土矿物强制自吸量预测计算方法，其特征在于，包括以下步骤：