一种含纳米孔隙储层的气体渗透率确定方法技术

本发明专利技术涉及一种含纳米孔隙储层的气体渗透率确定方法，所述方法利用格子玻尔兹曼(LBM)模拟计算气体在岩的数字模型矩阵中的流动，统计得到不同进口压力条件下的平均流体速度

A method for determining gas permeability with nano porous reservoir

The present invention relates to a method for determining gas permeability with a nano pore reservoir. The method uses the lattice Boltzmann (LBM) to simulate the flow of gas in the digital model matrix of the rock, and the average fluid velocity under different inlet pressure conditions is obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种含纳米孔隙储层的气体渗透率确定方法
本专利技术属于油气田开发
，具体涉及一种含纳米孔隙储层的气体渗透率参数确定方法。先是通过CT扫描获得储层岩心内部结构状态，利用LBM数值模拟计算流量压差关系，进而确定储层岩心渗透率的方法。
技术介绍
对于含纳米孔隙的储层来讲，孔道狭窄、渗透率极低是这种储层岩石的特有性质。这种储层岩石内孔隙直径范围在0.1nm-100nm之间，如此狭小的孔道，只有气体分子能够顺利流过，而一般液体是无法轻易流过。传统的柱塞实验由于仪器的精密程度有限，导致测量渗透率误差太大，无法确定页岩的气体渗透率。而且由于只有气体才能通过这种致密的孔隙，也不能使用压汞的方法来测量含纳米孔隙储层的孔隙直径和孔隙度，使得通过孔隙直径和孔隙度计算测量获得气体渗透率的方法也无法实现。目前也有方法通过CT扫描含纳米空隙储层的内部结构，通过分析图片结果来大致估量储层的孔隙直径和渗透率，然后根据经验计算公式得到储层的气测渗透率。但是这种方法是根据原有的微米级孔隙的多孔介质所推算的，在含有纳米孔隙的储层中不再适用，所以这种方法所形成的误差也很大。
技术实现思路
本专利技术提供了一种含纳米孔隙储层的气体渗透率确定方法。该方法将含纳米孔隙的储层岩的CT扫描数据重构成数字模型，然后使用格子玻尔兹曼方法(LatticeBoltzmannMethod，简称为LBM)模拟类似柱塞实验的过程，根据测定的压力和流速关系来推算含纳米孔隙的储层岩石的气体渗透率。所述格子玻尔兹曼方法是一种数值模拟计算方法，可以用来模拟介观状态下纳米级多孔介质内气体流动状态,其优点在于可以大大减少实验过程中产生的误差，可以在模拟环境中实现实验时无法达到的条件，从而解决无法测量过于致密的储层的渗透率这个难题。所述方法包括如下步骤：(1)选定所述储层的岩石，并将其加工成合适尺寸及形状；(2)将加工成型的岩石进行扫描，得到描述内部孔隙的数据；(3)将数据进行处理，生成岩的数字模型矩阵，获取包括模型长度L(m)的数字模型矩阵参数；(4)利用格子玻尔兹曼(LBM)模拟计算气体在岩的数字模型矩阵中的流动，确定环境压力Pa(Pa)，不断提高进口压力Pe(Pa)，然后根据格子玻尔兹曼(LBM)模拟结果，统计得到不同进口压力条件下的平均流速(5)将不同进出口压力差所对应的平均流速用拟合目标函数进行最小二乘法拟合，从而得到岩未知的固有渗透率Ko(m2)和扩散系数Dk(m2/s)；然后求出滑脱因子bk(Pa)，再求出岩的气体渗透率即表观渗透率Ka(m2)；其中，所述步骤(5)中将不同进出口压力差所对应的平均流速用拟合目标函数进行最小二乘法拟合，从而得到岩未知的固有渗透率Ko(m2)和扩散系数Dk(m2/s)，具体通过以下公式得到：其中μ是气体粘度，单位为Pa·s。其中，所述扫描为CT扫描或电镜扫描。其中，含纳米孔隙的储层为页岩储层。其中，步骤(1)中加工成合适尺寸及形状具体为加工成5mm×5mm×5mm大小的立方形试件。其中，滑脱因子根据以下公式得到：其中μ是气体粘度，单位为Pa·s。其中，步骤(5)中的表观渗透率Ka(m2)根据以下公式得到：所述方法采用数值模拟和真实模型相结合的方法解决实验环境下无法测得页岩液测渗透率和扩散系数的问题。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为LBM数值模拟方法的流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。利用本专利技术可以应用于测量含纳米级孔隙的储层气体渗透率，而且模拟所测得实验数据符合常规认识。下面根据从现场取得的页岩岩的确定过程，结合附图进一步说明本专利技术。由于页岩的平均孔隙直径在0.2-200nm范围内，其气测渗透率大约在10-18m2这个量级。其致密的特性使得常规柱塞气测实验无法正常进行，即使在岩两端施加非常高的压力差也会因为压力无法稳定而不能有效的测量页岩的气测渗透率。所以本专利技术考虑到数值模拟可以使数据结果稳定可靠的优点下，将数值模拟LBM和CT扫描页岩内部孔隙结构结合起来，通过计算模拟来获得页岩岩的气测渗透率。其中CT扫描只是一种示例，还可以采用其他任何的扫描方式，比如电镜扫描等，具体步骤如下：第一步：选定一块页岩岩石，并将其加工成合适尺寸及形状。为了真实反映页岩的气测渗透率，必须选用实际页岩岩石作为原始结构资料计算。根据CT扫描机的要求，将地下深层的页岩岩石加工成5mm×5mm×5mm大小的方形试件，这是为了方便CT扫描时完整成像，如果形状不规则，扫描出来的数据可能非常杂乱；如果模型太大，则精度会变得太低，无法观测到内部孔隙结构。第二步：将加工成型的岩石进行CT扫描，尽量提高其扫描精度，一般页岩的平均孔隙直径在0.2-200nm范围内，所以必须将辨识精度提高到1μm以下，才能清晰的看到页岩内部比较大的孔道分布。比较小的孔道难以在CT扫描机中呈现，而且对页岩内气体渗流贡献甚小，所以可以忽略不计。这样可以得到关于这个岩的多帧扫描图像。第三步：将数据代入计算机进行处理，生成岩的数字模型矩阵。所扫描的数据为0-1矩阵，而且只是每一断面的扫描数据，所以用MATLAB将扫描的数据还原为三维0-1矩阵，这样就可以得到一个有干湿相区分的数字模型矩阵，其中0代表湿相，1代表干相。湿相是指多孔介质中可以流过流体的空间，也是渗流时流体所占据的空间，而干相则指多孔介质中的固体部分。然后从中选取一个比较适合渗流通过的长方条矩阵A，作为下一步数值模拟需要的基本模型，记录这个模型的长宽高为L(m)、W(m)、H(m)，以及矩阵A的格子长度L'(无量纲)、W'(无量纲)、H'(无量纲)。用MTALAB统计模型内的孔隙格子数，即湿相的格子数Vpore(无量纲)，然后描线并记录所有孔隙的总长度Lpore(无量纲)，根据公式可以计算出模型的平均孔隙直径(无量纲)。这样所得的平均孔隙直径比用其他统计方法测得的平均孔隙直径会偏大，不过不会影响最终计算结果的精确度。第四步：用开源LBM代码模拟计算气体在数字模拟岩中的流动。格子玻尔兹曼方法(LBM)是一种可以在介观下模拟纳微米级流体流动的数值方法。其优点在于计算量偏少，理论简单，操作简单易行，而且可以模拟介观离散流体。本专利中使用D3Q19模型进行数值模拟，D3Q19模型可以使用于模拟等温三维气体流动。参见图1，具体的LBM模拟过程如下：步骤101：可以按照以下方法设置进行数值模拟的条件：设置初始状态下真实密度ρ0(kg/m3)为标准状态下的甲烷气体密度，而初始状态下的真实速度u0(m/s)为0，即u0＝0。格子初始密度矩阵ρ'0(无量纲)为矩阵A的同长度三维矩阵，初始密度矩阵ρ'0内所有元素都为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含纳米孔隙储层的气体渗透率确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)选定所述储层的岩石，并将其加工成合适尺寸及形状；(2)将加工成型的岩石进行扫描，得到描述内部孔隙的数据；(3)将数据进行处理，生成岩的数字模型矩阵，获取包括模型长度L(m)的数字模型矩阵参数；(4)利用格子玻尔兹曼(LBM)模拟计算气体在岩的数字模型矩阵中的流动，确定环境压力Pa(Pa)，不断提高进口压力Pe(Pa)，然后根据格子玻尔兹曼(LBM)模拟结果，统计得到不同进口压力条件下的平均流速

【技术特征摘要】
1.一种含纳米孔隙储层的气体渗透率确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)选定所述储层的岩石，并将其加工成合适尺寸及形状；(2)将加工成型的岩石进行扫描，得到描述内部孔隙的数据；(3)将数据进行处理，生成岩的数字模型矩阵，获取包括模型长度L(m)的数字模型矩阵参数；(4)利用格子玻尔兹曼(LBM)模拟计算气体在岩的数字模型矩阵中的流动，确定环境压力Pa(Pa)，不断提高进口压力Pe(Pa)，然后根据格子玻尔兹曼(LBM)模拟结果，统计得到不同进口压力条件下的平均流速(5)将不同进出口压力差所对应的平均流速用拟合目标函数进行最小二乘法拟合，从而得到岩未知的固有渗透率Ko(m2)和扩散系数Dk(m2/s)；然后求出滑脱因子bk(Pa)，再求出岩的气体渗透率即表观渗透率Ka(m2)；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞飞，宋洪庆，王俊奇，秦文龙，董凤娟，王妍，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，西安石油大学，
类型：发明
国别省市：北京,11