基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法技术

本发明专利技术公开了基于改进Kozeny‑Carman模型的页岩储层渗透率预测方法，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毛管长度计算孔隙体积，利用毛管长度以及预设范围的孔隙数计算基质体积，利用孔隙体积和基质体积计算动态孔隙度，利用实时孔隙等效半径计算不同截面的单根毛管表观渗透率，根据不同截面孔隙占比以及不同截面的单根毛管表观渗透率计算页岩表观渗透率。本发明专利技术综合考虑页岩储层特性，基于分形理论动态表征页岩储层孔隙度，并将此动态孔隙度应用于页岩储层渗透率定量表征。

Prediction method of shale reservoir permeability based on improved Kozeny Carman model

【技术实现步骤摘要】
基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法
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，具体涉及基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法。
技术介绍
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。如何科学高效地开发这类非常规能源，需要从页岩储层特性出发，针对其截然不同的孔隙结构、储集方式等特征，建立相应的定量表征储层物性参数的计算方法或模型，孔隙度和渗透率作为储层物性的关键基础参数，是储量计算及气藏动态预测的基础，准确定量表征相关物性参数，有助于合理配产及制定开发方案，对页岩气高效大规模开发起着至关重要的意义。经典的Kozeny-Carman方程，被广泛应用于常规储层的渗透率预测，该方式基于孔隙度将单根毛管Posenille流动进行粗化，从而预测岩芯尺度渗透率，通过毛管束模型计算的孔隙度过于简化孔隙截面几何形态及孔隙尺寸等微观非均质性，其假设所有毛管为等径圆形毛管，因此将单根毛管粗化至毛管束过程中，因过于简化孔隙结构的复杂性及非连续性，在一定程度上造成粗化后的渗透率理论值与实测数据的偏差。同时页岩基质内复杂的多尺度孔隙结构、有机孔隙及应力敏感的狭缝形孔隙大量发育，这一系列的储层特征使得页岩储层微观非均质性通常强于常规储层。基于等径圆形毛管建立的经典Kozeny-Carman方程虽然被被广泛应用于常规储层的渗透率预测，但由于页岩储层孔隙结构复杂，有机孔、无机孔及应力敏感狭缝形孔隙共同发育，微观非均质性较强，经典Kozeny-Carman模型用于表征页岩储层相关物性存在如下问题：1、未考虑页岩储层孔隙截面几何形态的多样性；2、未考虑页岩储层跨尺度孔隙结构特征；3、未考虑页岩储层泄压动态开发过程中，由于吸附及应力敏感引起的孔隙尺寸演化；4、未考虑滑脱边界、表面及Knudsen扩散等传质行为。因此应用传统Kozeny-Carman方程理论计算得到的页岩储层物性参数与实测数据偏差较大，从而导致产能预测结果出现较大偏差。因此需要对一种新的方法对页岩渗透率进行有效预测。
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基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法，本专利技术综合考虑页岩储层特性，基于分形理论动态表征页岩储层孔隙度，并将此动态孔隙度应用于页岩储层渗透率定量表征。本专利技术采用的技术方案如下：基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法，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毛管长度计算孔隙体积，利用毛管长度以及预设范围的孔隙数计算基质体积，利用孔隙体积和基质体积计算动态孔隙度，利用实时孔隙等效半径计算不同截面的单根毛管表观渗透率，根据不同截面孔隙占比以及不同截面的单根毛管表观渗透率计算单根毛管平均表观渗透率，根据单根毛管平均表观渗透率和动态孔隙度计算得到改进后的Kozeny-Carman方程，从而计算得到页岩表观渗透率对页岩储层渗透率进行预测。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，单位为m；drpm为应力敏感引起的孔隙半径变化，单位为m；ra为吸附层厚度，单位为m。优选的，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)，单位为m；Φint为初始孔隙度；εL为Langmuir应变；PL为Langmuir压力，单位为Pa；Pin为初始孔隙压力，单位为Pa；Pp为实时孔隙压力，单位为Pa。优选的，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，单位为Pa/m；Em为页岩基质杨氏模量，单位为Pa；s为页岩基质特征长度，单位为m；Pin为初始孔隙压力，单位为Pa；Pp为实时孔隙压力，单位为Pa。优选的，吸附层厚度ra为：ra＝ppdm/(pL+pp)其中，dm为气体分子直径，单位为m；PL为Langmuir压力，单位为Pa；Pp为实时孔隙压力，单位为Pa。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，单位为m；Dmax为孔隙特征长度上限，单位为m；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，孔隙体积Vpi为：其中，ωi为不同截面孔隙占比；Vpi为不同截面孔隙对应的孔隙体积，单位为m3；Dmin为孔隙特征长度下限；Dmax为孔隙特征长度上限；ra为吸附层厚度，rp为实时孔隙等效半径，单位为m；L0为毛管长度，单位为m；S3中，基质体积Vm为：其中，ωi为不同截面孔隙占比；Vmi为不同截面孔隙对应的基质体积，单位为m3；Dmin为孔隙特征长度下限，单位为m；Dmax为孔隙特征长度上限，单位为m；L0为毛管长度，单位为m；rin为初始孔隙等效半径，大小为孔隙等效直径的一半，单位为m；Φint为初始孔隙度；εL为Langmuir应变；PL为Langmuir压力，单位为Pa；Pin为初始孔隙压力，单位为Pa；Pp为实时孔隙压力，单位为Pa；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；λ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λ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λ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λ为3。优选的，S3中，动态孔隙度Φp为：其中，Vm为基质体积，单位为m3；Vpi为孔隙体积，单位为m3；不同截面的单根毛管表观渗透率为：考虑不同截面单根毛管的平均表观渗透率Ka为：其中，ωi为不同截面孔隙占比；μ为气体粘度，单位为pa.s；ρav本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法，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毛管长度计算孔隙体积，利用毛管长度以及预设范围的孔隙数计算基质体积，利用孔隙体积和基质体积计算动态孔隙度，利用实时孔隙等效半径计算不同截面的单根毛管表观渗透率，根据不同截面孔隙占比以及不同截面的单根毛管表观渗透率计算单根毛管平均表观渗透率，根据单根毛管平均表观渗透率和动态孔隙度计算得到改进后的Kozeny-Carman方程，从而计算得到页岩表观渗透率对页岩储层渗透率进行预测。/n

【技术特征摘要】
1.基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法，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毛管长度计算孔隙体积，利用毛管长度以及预设范围的孔隙数计算基质体积，利用孔隙体积和基质体积计算动态孔隙度，利用实时孔隙等效半径计算不同截面的单根毛管表观渗透率，根据不同截面孔隙占比以及不同截面的单根毛管表观渗透率计算单根毛管平均表观渗透率，根据单根毛管平均表观渗透率和动态孔隙度计算得到改进后的Kozeny-Carman方程，从而计算得到页岩表观渗透率对页岩储层渗透率进行预测。


2.根据权利要求1所述的基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法，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所述的基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法，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所述的基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法，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所述的基于改进Kozeny-Carman模型的页岩储层渗透率预测方法，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。


6.根据权利要求3所述的基于改进Kozeny-Carman模...

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