[发明专利]一种天然气解析过程中碳同位素分馏计算方法及应用

说明书

本发明公开一种天然气解析过程中碳同位素分馏计算方法及应用，属于非常规天然气开发领域，包括：计算初始时刻游离气中¹²CH₄和¹³CH₄质量；计算第一时间间隔流出气体中¹²CH₄和¹³CH₄质量；算出解吸气¹²CH₄和¹³CH₄质量；结合初始时刻游离气¹²CH₄和¹³CH₄质量、流出气体及解吸气¹²CH₄和¹³CH₄质量，计算末尾时刻游离气中¹²CH₄和¹³CH₄质量及碳同位素值；经历下一个时间间隔，以第一时间间隔末尾时刻各物理量作为第二时间间隔的初始量，重复上述过程，迭代计算至岩石内压力等于外界压力。该方法能够合理表征天然气开发中碳同位素分馏全过程。

技术领域

本发明属于非常规天然气开发技术领域，涉及一种天然气解析过程中碳同位素分馏计算方法及应用。

背景技术

随着非常规天然气藏的商业开发，生产过程中的气体碳同位素变化引起了越来越多的关注，相对于常规气藏稳定的气体碳同位素值，非常规气藏生产过程中的碳同位素值出现了不同的演化特征，比如页岩气藏碳同位素值具有先变轻后变重的特点。

前人研究证实，复杂孔隙结构中气体流动产生的碳同位素分馏效应存在扩散作用和吸附-解吸作用两种机理。Xia和Tang(Xia XinyuTang Yongchun.Isotopefractionation of methane dur ing natural gas flow with coupled diffusion andadsorption/desorption.Geochimica et Cosmochimica Acta，2012，77，489-503)提出同时考虑吸附-解吸作用和扩散作用的连续流动模型定量评价天然气中甲烷从烃源岩中流出的同位素分馏效应。在此基础上，Cao等(Cao Gaohui，Zhang Huanxu，Jiang Wenbin， WuSheng，Zhu Di，Lin Mian.A new gas-content-evaluation method for organic-richshale using the fractionation of carbon isotopes of methane.SPE Journal，2019，2574-2589)同时考虑有机质和无机质孔隙中气体流动及赋存形式，建立了甲烷同位素分馏模型模拟气体从页岩岩屑中流出的碳同位素分馏效应。李文镖等(李文镖，卢双舫，李俊乾，张鹏飞，王思远，冯文俊，魏永波.页岩气运移过程中的碳同位素分馏：机理、表征及意义.中国科学：地球科学，2020，50，553-569)认为吸附-解吸作用是引起同位素分馏的主要机理，假设完整的解析过程符合一系列平行反应组成的动力学模型，该模型适用于表征吸附气的解吸过程，但无法描述游离气的渗流过程，因此尚不能用于表征同位素分馏全过程。

并且，以上模型都有一个共同的特点：将甲烷视为由¹²CH₄和¹³CH₄组成的混合气体，把孔隙压力系统划分为两个组分的分压系统，单独计算每个组分的流动；模型中同时考虑吸附-解吸作用和扩散作用，每一个组分的流出气体来自解吸气和扩散气。以上模型的设计一方面忽略了¹²CH₄和¹³CH₄分子间的作用，另一方面，解吸气和扩散气的同时流出还可能与实际不符，导致模型无法用于表征同位素分馏全过程。

发明内容