一种页岩黏土矿物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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩黏土矿物强制自吸量预测方法
本专利技术属于非常规油气开发
，具体涉及一种页岩黏土矿物强制自吸量预测方法。
技术介绍
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(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，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。
技术实现思路
如在
技术介绍
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。本专利技术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，本专利技术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：步骤(1)：根据现场岩芯，获取页岩黏土矿物基本特征参数；步骤(2)：建立页岩黏土矿物片状孔隙平行平板内流动方程；步骤(3)：建立页岩黏土矿物片状均匀毛管束强制自吸模型；步骤(4)：引入分形理论，计算具有分形特征的黏土强制自吸量。进一步，所述步骤(1)中所述页岩黏土矿物基本特征参数，包括页岩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，所述页岩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。进一步，所述步骤(2)中建立页岩黏土矿物片状孔隙平行平板内流动方程：步骤(a)：建立无边界滑移时平行平板内流动方程；步骤(b)：建立考虑边界滑移后的平行平板内流动方程。进一步，所述步骤(3)还包括黏土片状孔隙自吸动力计算、粘土矿物平行平板流量与时间关系计算、单粘土片状孔隙自吸长度计算、单根片状毛细管自吸量计算、均匀片状毛管束累计自吸量计算。进一步，所述步骤(4)中计算具有分形特征的基本参数，具体包括黏土片状孔隙迂曲度流线长度、弯曲粘土毛细管实际平均流速、单毛管强制自吸量、黏土孔隙分形标度、所有粘土孔隙自吸总流量、页岩黏土矿物单位总孔隙面积、所有弯曲毛管实际平均流速、直线长度方向自吸速度、页岩粘土孔隙强制自吸量。综上所述，本专利技术具有以下优点：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，通过对Navier-Stokes方程改进，考虑黏土片状毛细管非圆性特征、边界滑移效应、粘土矿物渗透压以及强制外力的影响，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强制自吸量预测模型。附图说明图1为本专利技术算例中分形自吸模型自吸机制对比图；图2为本专利技术算例中不同分形维数下自吸长度变化曲线图；图3为本专利技术算例中不同水相粘度下自吸长度关系曲线图；图4为本专利技术算例中不同强制自吸力自吸长度关系曲线图；具体实施方式为了便于本领域技术人员对本专利技术的充分理解与运用，通过以下的详细过程进一步阐释了本专利技术的实施过程，并对本专利技术中涉及的理论部分推导过程做了详细的阐释。一种页岩黏土矿物强制自吸量预测计算方法，包括以下步骤：步骤(1)：根据现场岩芯，获取页岩黏土矿物基本特征参数，包括页岩黏土矿物片状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，所述页岩黏土矿物毛细管基本特征参数包括黏土片状孔隙侧面长度、黏土片状孔隙侧面宽度。步骤(2)：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的质量运移方程；其次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；a.无边界滑移时平行平板内流动方程平行平板内定常层流不可压粘性流体，Navier-Stokes方程可简化为：式(2-1)一般形式解：平板流动，根据无滑移假设，上下边界处流速为零，边界条件：将式(2-3)代入式(2-2)，即可得速度分布方程：平均流速为：平行平板的流量方程为：式中：B—黏土片状孔隙侧面长度,m；w—黏土片状孔隙侧面宽度,m；Δp—黏土片状孔隙入口端与出口端压力差，MPa；μ—液体粘度，mPa.s；L—黏土片状孔隙长度，m。b.考虑边界滑移后的平行平板流动方程页岩粘土矿物孔隙内，对于平行平板(侧面长度相对足够长)内定常层流不可压粘性流体，无论是否考虑边界滑移，依然满足基本流动方程(2-1)及一般形式解(2-2)。考虑页岩粘土孔径尺度较小，边界滑移同理不可忽略。平行平板中心流速最大，流速梯度为零；而平行平板两端边界处满足边界Navier滑移模型。因此，边界条件为：结合式(2-2)和(2-7)，得积分常数：将(2-8)代入式(2-2)，得速度表达式：同理，将整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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：步骤(1)：根据现场岩芯，获取页岩黏土矿物基本特征参数；步骤(2)：建立页岩黏土矿物片状孔隙平行平板毛细管内流动方程；步骤(3)：建立页岩黏土矿物均匀毛细管束强制自吸模型；步骤(4)：引入分形理论，计算具有分形特征的黏土强制自吸量。

【技术特征摘要】
1.一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：步骤(1)：根据现场岩芯，获取页岩黏土矿物基本特征参数；步骤(2)：建立页岩黏土矿物片状孔隙平行平板毛细管内流动方程；步骤(3)：建立页岩黏土矿物均匀毛细管束强制自吸模型；步骤(4)：引入分形理论，计算具有分形特征的黏土强制自吸量。2.如权利要求1所述的一种页岩黏土矿物强制自吸量预测计算方法，所述步骤(1)中所述页岩黏土矿物基本特征参数，包括页岩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，所述页岩黏土矿物毛细管基本特征参数包括黏土片状孔隙侧面长度、黏土片状孔隙侧面宽度。3.如权利要求1所述的一种页岩黏土矿物强制自吸量预测计算方法，所述步骤(2)中建立页岩黏土矿物片状孔隙平行平板内流动方程：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾凡辉，郭建春，范宇，宋毅，岳文瀚，王磊，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