复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法技术

本发明专利技术公开复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法，将页岩储层孔隙截面为非圆形孔隙校正为圆形孔隙；利用孔隙等效直径将孔隙尺寸演化进行定量表征；基于分形粗化理论确定孔隙尺寸分形因子；根据孔隙尺寸分形因子，计算毛管长度以及预设范围的孔隙数，利用实时孔隙等效半径和预设范围的孔隙数计算多孔介质截面积以及计算毛管束体积流量，利用毛管长度、毛管束体积流量和多孔介质截面积计算不同截面孔隙的页岩表观渗透率，根据不同截面孔隙占比以及不同截面孔隙表观渗透率计算得到页岩表观渗透率。本发明专利技术能够定量表征页岩储层因复杂多尺度孔隙、储集方式、应力敏感等特性对渗流的影响，实现页岩储层渗透率的有效动态预测。

Dynamic prediction method of shale reservoir permeability under the influence of complex mechanism

【技术实现步骤摘要】
复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法
本专利技术所属
为非常规油气开发中页岩储层渗透率的理论计算领域，具体涉及复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法。
技术介绍
随着油气资源需求的不断攀升及常规油气资源勘探开发难度的不断加大，非常规油气资源勘探开发已成为世界油气工业发展的必然趋势、必由之路和必然选择。其中页岩气作为一种新型的非常规天然气资源，以其分布范围广、资源量大等特点正日益受到关注和重视。与常规气藏相比，页岩气藏有着截然不同的孔隙结构、储集方式等特征，有效定量表征其储层相关特性，并准确预测储层渗透率，有助于合理配产及制定开发方案，有效推进页岩气高效大规模开发。目前针对页岩储层渗透率的理论计算方法主要存在如下问题：1、过于简化孔隙几何形态，一般假设孔隙截面为圆形截面；2、考虑滑脱边界及Knudsen扩散机理构建的单根毛管传质模型，在粗化至岩芯尺度的过程中过于简化孔隙结构的复杂性及非连续性，一般假设每根毛管几何尺寸及形态一样，通过常规毛管束模型进行粗化；3、在泄压动态开发过程中，未有效考虑页岩储层特性引起的孔隙尺寸演化造成的渗流通道的实时改变。因此综合考虑页岩储层孔隙截面几何形态多样性、微纳米跨尺度孔隙结构、吸附气与自由气共存及应力敏感等特性对渗流的影响，建立页岩储层渗透率模型，对页岩气藏高效大规模开发至关重要。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法，本专利技术能够定量表征页岩储层因复杂多尺度孔隙、储集方式、应力敏感等特性对渗流的影响，实现了页岩储层渗透率的有效动态预测。本专利技术采用的技术方案如下：复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法，包括如下步骤：S1，针对页岩储层孔隙截面几何形态多样性进行归一化校正，将页岩储层孔隙截面为非圆形孔隙校正为圆形孔隙，得到孔隙等效直径；S2，针对页岩气藏泄压动态开发过程中的孔隙尺寸演化，利用孔隙等效直径将孔隙尺寸演化进行定量表征，得到实时孔隙等效半径；S3，基于分形粗化理论确定孔隙尺寸分形因子；根据孔隙尺寸分形因子，计算毛管长度以及预设范围的孔隙数，利用实时孔隙等效半径和预设范围的孔隙数计算多孔介质截面积以及计算毛管束体积流量，利用毛管长度、毛管束体积流量和多孔介质截面积计算不同截面孔隙的页岩表观渗透率，根据不同截面孔隙占比以及不同截面孔隙表观渗透率计算得到页岩表观渗透率，实现对复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态的预测。优选的，S1中，通过校正因子γ将截面为非圆形的孔隙校正为圆形孔隙，校正后的孔隙等效直径Dequ为：Dequ＝γD上式中：γ为校正因子，孔隙截面为圆形时γ＝1，孔隙截面为正方形时γ＝1.094，孔隙截面为等边三角形时γ＝1.186；D为孔隙特征长度，单位为m。优选的，S2中，实时孔隙等效半径rp为：rp＝rin+drdis+drpm-ra＝f(γD,pp)其中，drdis为基质收缩引起的孔隙半径变化；drpm为应力敏感引起的孔隙半径变化；ra为吸附层厚度。优选的，由于气体解吸导致基质收缩，孔隙半径增大，基质收缩引起的孔隙半径变化drdis为：其中，rin为初始孔隙等效半径(Dequ/2)；Φint为初始孔隙度；εL为Langmuir应变；PL为Langmuir压力；Pin为初始孔隙压力；Pp为实时孔隙压力。优选的，由于应力敏感导致孔隙半径变小，应力敏感引起的孔隙半径变化drpm为：其中，αf为页岩孔隙的Biot系数；αm为页岩基质的Biot系数；Kn为页岩孔隙平均方向刚度；Em为页岩基质杨氏模量；s为页岩基质特征长度；Pin为初始孔隙压力；Pp为实时孔隙压力。优选的，由于吸附层气体解吸导致吸附层厚度变小，有效孔隙半径变大，吸附层厚度ra为：ra＝ppdm/(pL+pp)其中，dm为气体分子直径；PL为Langmuir压力；Pp为实时孔隙压力。优选的，S3中，基于分形粗化理论，孔隙尺寸大于或等于D的累积孔隙数N为：其中：Dmin为孔隙特征长度下限；Dmax为孔隙特征长度上限；Df为孔隙尺寸分形因子，Df为：基于分形理论，计算在[D,D+dD]之间的孔隙数-dN：毛管长度L0为：优选的，S3中，多孔介质截面积Ai为：毛管束体积流量Qi为：其中，Φint为初始孔隙度；Dmin为孔隙特征长度下限；Dmax为孔隙特征长度上限，rp为实时孔隙等效半径；-dN为预设范围的孔隙数；i代表不同截面孔隙的种类，即当孔隙截面为圆形、正方形或等边三角形时各自应一个i；q(rp)为单根毛管体积流量：其中，μ为气体粘度；M为毛管中流体的分子量；ρavg为气体平均密度；Pavg毛管中的平均压力；R为气体常数；α为切向动量调节系数；T为温度；Δp为毛管两端的压差。S3中，不同截面孔隙的页岩表观渗透率为：其中，μ为气体粘度；L0为毛管长度；Qi为毛管束体积流量；Ai为多孔介质截面积；Δp为毛管两端的压差；i代表不同截面孔隙的种类，即当孔隙截面为圆形、正方形或等边三角形时各自应一个i。优选的，S3中，页岩表观渗透率Ka为：其中，ωi为不同截面孔隙占比，i代表不同截面孔隙的种类，即当孔隙截面为圆形、正方形或等边三角形时各自应一个i；K为不同截面孔隙的种类数，当只有圆形截面的孔隙、正方形截面的孔隙或等边三角形截面的孔隙时K为1，当有圆形截面的孔隙、正方形截面的孔隙和等边三角形截面的孔隙中的任意两种时K为2，当同时具有圆形截面的孔隙、正方形截面的孔隙和等边三角形截面的空隙时K为3。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法的特点主要包括如下三方面：1、考虑页岩储层孔隙截面几何形态的多样性；2、考虑页岩储层跨尺度孔隙结构特征，基于分形理论将微尺度非均质性融入模型粗化过程；3、综合考虑页岩储层泄压动态开发过程中，孔隙尺寸演化造成的渗流通道的实时改变。本专利技术客观还原页岩储层特征，建立的渗透率模型不仅是孔隙几何形态、尺寸的函数，同时也是压力的函数，有效弥补现有理论计算方法的不足，提高了页岩储层渗透率预测的准确性，利于掌握页岩气藏动态开发规律，为页岩气藏高效开发提供理论依据。具体实施方式下面结合实施例来对本专利技术做进一步的说明。目前针对页岩储层渗透率的理论计算方法主要存在如下问题：1、过于简化孔隙几何形态，一般假设孔隙截面为圆形；2、考虑滑脱边界及Knudsen扩散机理构建的单根毛管传质模型，在粗化至岩芯尺度的过程中过于简化孔隙结构的复杂性及非连续性，一般假设每根毛管几何尺寸及形态一样，通过常规毛管束模型进行粗化；3、在泄压动态开发过程中，未有效考虑页岩储层特性引起的孔隙尺寸演化造成的渗流通道的实时改变。由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1，针对页岩储层孔隙截面几何形态多样性进行归一化校正，将页岩储层孔隙截面为非圆形孔隙校正为圆形孔隙，得到孔隙等效直径；/nS2，针对页岩气藏泄压动态开发过程中的孔隙尺寸演化，利用孔隙等效直径将孔隙尺寸演化进行定量表征，得到实时孔隙等效半径；/nS3，基于分形粗化理论确定孔隙尺寸分形因子；根据孔隙尺寸分形因子，计算毛管长度以及预设范围的孔隙数，利用实时孔隙等效半径和预设范围的孔隙数计算多孔介质截面积以及计算毛管束体积流量，利用毛管长度、毛管束体积流量和多孔介质截面积计算不同截面孔隙的页岩表观渗透率，根据不同截面孔隙占比以及不同截面孔隙表观渗透率计算得到页岩表观渗透率，实现对复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态的预测。/n

【技术特征摘要】
1.复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，针对页岩储层孔隙截面几何形态多样性进行归一化校正，将页岩储层孔隙截面为非圆形孔隙校正为圆形孔隙，得到孔隙等效直径；
S2，针对页岩气藏泄压动态开发过程中的孔隙尺寸演化，利用孔隙等效直径将孔隙尺寸演化进行定量表征，得到实时孔隙等效半径；
S3，基于分形粗化理论确定孔隙尺寸分形因子；根据孔隙尺寸分形因子，计算毛管长度以及预设范围的孔隙数，利用实时孔隙等效半径和预设范围的孔隙数计算多孔介质截面积以及计算毛管束体积流量，利用毛管长度、毛管束体积流量和多孔介质截面积计算不同截面孔隙的页岩表观渗透率，根据不同截面孔隙占比以及不同截面孔隙表观渗透率计算得到页岩表观渗透率，实现对复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态的预测。


2.根据权利要求1所述的复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法，其特征在于，S1中，通过校正因子γ将截面为非圆形的孔隙校正为圆形孔隙，校正后的孔隙等效直径Dequ为：
Dequ＝γD
上式中：
γ为校正因子，孔隙截面为圆形时γ＝1，孔隙截面为正方形时γ＝1.094，孔隙截面为等边三角形时γ＝1.186；
D为孔隙特征长度。


3.根据权利要求1所述的复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法，其特征在于，S2中，实时孔隙等效半径rp为：
rp＝rin+drdis+drpm-ra＝f(γD,pp)
其中，drdis为基质收缩引起的孔隙半径变化；drpm为应力敏感引起的孔隙半径变化；ra为吸附层厚度。


4.根据权利要求3所述的复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法，其特征在于：
基质收缩引起的孔隙半径变化drdis为：



其中，rin为初始孔隙等效半径(Dequ/2)；Φint为初始孔隙度；εL为Langmuir应变；PL为Langmuir压力；Pin为初始孔隙压力；Pp为实时孔隙压力。


5.根据权利要求3所述的复杂机理协同影响下页岩储层渗透率动态预测方法，其特征在于：
应力敏感引起的孔隙半径变化drpm为：



其中，αf为页岩孔隙的Biot系数；αm为页岩基质的Biot系...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛杰，张颖，郑自刚，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61