一种页岩储层强制自吸量预测方法技术

本发明专利技术公开了一种页岩储层强制自吸量预测方法，通过页岩矿物分析将页岩劈分成页岩有机质和无机质(黏土矿物)。对于页岩有机质，考虑页岩有机质在压裂过程中受到毛管力、强制自吸作用力的影响、有机质毛细管非圆性特征、边界滑移效应等影响，结合分形理论，建立起页岩有机质自吸预测方法。对于页岩无机质(黏土矿物)，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，考虑实际有机质毛细管非圆性特征、边界滑移效应、粘土孔隙渗透压以及强制外力等影响，结合分形理论，建立页岩黏土矿物自吸量预测方法。最后综合页岩多重孔隙劈分模型，结合页岩有机质和黏土矿物的自吸结果，建立页岩储层强制自吸量预测方法。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩储层强制自吸量预测方法
本专利技术属于非常规油气开发
，具体涉及一种页岩储层强制自吸量预测方法。
技术介绍
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。富气页岩储层普遍含有大量有机质和黏土矿物，页岩矿物有机质和黏土矿物的微小毛细管在毛管力作用下，压裂液将会进入毛细管。由于页岩有机质和黏土矿物特征不同，使得在压裂液自吸过程中，不同类型的矿物强制自吸作用机理不同。页岩有机质和黏土矿物在强制自吸过程中，除了受到共同的多种管径毛细管分布、非圆形管特征、边界滑移效应、毛管力、强制自吸外力等影响，黏土矿物还会受到渗透压的影响。这些因素的叠加都使的页岩有机质自吸规律预测变得很复杂。目前用来预测储层岩石自吸量的解析数学方法通常没有区别考虑页岩有机质和黏土矿物不同的自吸受力特征。Lucas-Washburn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(WashburnEW.TheDynamicsofCapillaryFlow[J].PhysicalReview,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(BenaventeD,LockP,CuraMGD,etal.PredictingtheCapillaryImbibitionofPorousRocksfromMicrostructure[J].TransportinPorousMedia,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(CaiJ,YuB,ZouM,etal.FractalCharacterizationofSpontaneousCo-currentImbibitioninPorousMedia[J].Energy&Fuels,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，假设毛细管为圆形特征，没有考虑毛细管实际形状、压裂液的滑移效应以及强制外力作用，从而造成计算结果误差较大。本专利技术的优势在于：通过页岩矿物分析将页岩劈分成页岩有机质和黏土矿物；分别针对页岩有机质和黏土矿物进行压汞(氮气吸附)实验获得大气压力下的毛细管管径大小和分布形态；对于页岩有机质，考虑页岩有机质在压裂过程中受到毛管力、强制自吸作用力的影响，通过对圆形毛细管Hagen-Poiseuille方程、Navier-Stokes方程改进，考虑实际有机质毛细管非圆性特征、边界滑移效应等影响，结合分形理论，建立起综合考虑页岩有机质孔隙尺寸分形特征、孔道迂曲度、滑移效应、强制自吸力的页岩有机质自吸预测方法；对于页岩黏土矿物，考虑页岩黏土矿物在压裂过程中受到毛管力、黏土孔隙渗透压以及强制自吸作用力的影响，通过对圆形毛细管Hagen-Poiseuille方程、Navier-Stokes方程改进，考虑实际有机质毛细管非圆性特征、边界滑移效应、黏土孔隙渗透压以及强制外力等影响，结合分形理论，建立起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预测方法；最后根据页岩多重孔隙劈分模型，页岩总孔隙度度φ可以分解为有机质矿物孔、无机质矿物孔隙分别所占的总孔隙度φTO、φTC。累计水相自吸体积Vim为有机孔、无机质孔自吸量的叠加，即页岩多重孔隙分形自吸方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种页岩储层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。本专利技术的技术方案如下：一种页岩储层强制自吸量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(A)根据现场岩芯，收集页岩基本特征参数；(B)建立页岩有机质强制自吸模型；(C)建立页岩无机质(黏土矿物)强制自吸模型；(D)建立页岩储层强制自吸量计算模型进一步地，所述步骤(B)建立页岩有机质强制自吸模型，包括以下步骤：(B1)建立任意形状圆管内具有滑移效应的质量运移方程：首先建立无滑移的质量运移方程；在此基础上，引入毛细管滑移边界条件，建立具有滑移边界效应的质量运移方程；(B2)建立毛管力作用下的均匀毛管束自吸模型；(B3)计算页岩基质毛细管管径任意形状毛细管自吸水量；进一步地，所述步骤(B1)建立任意形状圆管内具有滑移效应的质量运移方程，包括以下步骤：步骤(a)：建立单根圆管无滑移效应液体流动方程步骤(b)：建立单根椭圆管无滑移效应液体流动方程步骤(c)建立单根圆管边界滑移效应液体流动方程步骤(d)：建立单根椭圆管边界滑移效应液体流动方程进一步地，所述步骤(B2)建立毛管力作用下的均匀毛管束自吸模型，包括以下步骤：步骤(a)：建立无边界滑移时单椭圆管自吸模型步骤(b)：建立考虑边界滑移时单毛管自吸模型步骤(c)：建立均匀毛管束自吸模型进一步地，所述步骤(B3)计算页岩基质毛细管管径任意形状毛细管自吸水量，包括以下步骤：步骤(a)：计算页岩有机质毛细管分形参数步骤(b)：建立页岩有机质圆形毛管强制自吸模型步骤(c)：建立页岩有机质任意形状毛细管强制自吸模型步骤(d)：建立页岩有机质强制自吸模型。进一步地，所述步骤(C)建立页岩无机质强制自吸模型，包括以下步骤：(C1)建立页岩黏土矿物片状孔隙平行平板内流动方程：首先建立无边界滑移时平行平板内流动方程；在此基础上，引入毛细管边界滑移条件，建立具有滑移边界效应的平行平板内流动方程；(C2)建立页岩黏土矿物均匀毛管束强制自吸模型；(C3)引入分形理论，计算具有分形特征的黏土强制自吸量；为达上述目的，本专利技术的一个实施例中提供了一个计算实例。综上所述，本专利技术具有以下优点：本专利技术的优势在于：通过页岩矿物分析将页岩劈分成页岩有机质和黏土矿物；分别针对页岩有机质和黏土矿物进行压汞(氮气吸附)实验获得大气压力下的毛细管管径大小和分布形态；对于页岩有机质，建立起综合考虑页岩有机质孔隙尺寸分形特征、孔道迂曲度、滑移效应、强制自吸力的页岩有机质自吸预测方法；对于页岩黏土矿物，建立起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预测方法；最后根据页岩多重孔隙劈分模型，页岩总孔隙度度φ可以分解为非黏土矿物孔、黏土孔孔隙分别所占的总孔隙度φTB、φTC、φTO。累计水相自吸体积Vim为有机孔、脆性矿物孔、黏土孔自吸量三者的叠加，即页岩多重孔隙分形自吸方法。附图说明图1为本专利技术有机孔自吸长度随时间的变化趋势图；图2为本专利技术黏土矿物孔自吸长度随时间的变化趋势；图3为本专利技术页岩不同类型孔隙自吸长度随时间的变化趋势；具体实施方式本专利技术提供了一种页岩储层强制自吸量预测方法。具体方法及建模过程如下：(一)收集页岩基本特征参数步骤(A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩储层强制自吸量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(A)根据现场岩芯，收集页岩基本特征参数；(B)建立页岩有机质强制自吸模型；(C)建立页岩无机质(黏土矿物)强制自吸模型；(D)建立页岩储层强制自吸量计算模型。

【技术特征摘要】
1.一种页岩储层强制自吸量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(A)根据现场岩芯，收集页岩基本特征参数；(B)建立页岩有机质强制自吸模型；(C)建立页岩无机质(黏土矿物)强制自吸模型；(D)建立页岩储层强制自吸量计算模型。2.如权利要求1所述的一种页岩储层强制自吸量预测方法，所述步骤(A)中所述页岩基本特征参数包括页岩有机质含量、毛细管基本特征参数、有机质毛细管基本特征参数、黏土矿物毛细管基本特征参数、压裂液水相润湿接触角、边界滑移长度，所述有机质毛细管基本特征参数包括最大毛细管管径、最小毛细管半径，所述黏土矿物毛细管基本特征参数包括椭圆形毛细管长、短轴半径。3.如权利要求1所述的一种页岩储层强制自吸量预测方法，所述步骤(B)建立页岩有机质强制自吸模型，包括以下步骤：(B1)建立任意形状管内具有滑移效应的质量运移方程：首先建立无滑移的质量运移方程；在此基础上，引入毛细管滑移边界条件，建立具有滑移边界效应的质量运移方程；(B2)建立毛管力作用下的均匀毛管束自吸模型；(B3)计算页岩基质毛细管管径任意形状毛细管自吸水量。4.如权利要求3所述的一种页岩储层强制自吸量预测方法，所述步骤(B1)建立任意形状圆管内具有滑移效应的质量运移方程，包括以下步骤：步骤(a)：建立单根圆管无滑移效应液体流动方程；步骤(b)：建立单根...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾凡辉，郭建春，文超，王磊，王庆蓉，段蕴琦，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51