页岩纳米孔内气体流量的确定方法和装置制造方法及图纸

本申请提供了一种页岩纳米孔内气体流量的确定方法和装置，其中，该方法包括：获取目标页岩纳米孔的物理属性数据；根据预设的有效分子自由程模型和物理属性数据，确定目标页岩纳米孔内的有效分子自由程，其中，预设的有效分子自由程模型是根据页岩孔隙壁面对气体分子自由运动路径的几何截断作用以及页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用对分子自由运动路径的影响建立的；根据预设的通道内单位宽度气体质量流量模型和有效分子自由程，确定目标页岩纳米孔内的气体质量流量，其中，预设的通道内单位宽度气体质量流量模型是根据预设的有效分子自由程模型建立的。上述方法可以有效提升页岩纳米孔的气体流量的计算准确度，为页岩气藏开发提供理论支撑。

Determination method and device of gas flow in shale nanopore

【技术实现步骤摘要】
页岩纳米孔内气体流量的确定方法和装置
本申请涉及页岩气勘探开发
，特别涉及一种页岩纳米孔内气体流量的确定方法和装置。
技术介绍
与常规油气藏不同，页岩气藏作为一种非常规油气资源，具有纳米级孔隙发育、孔隙比表面积大等特点。与壁面有关的因素对纳米孔内气体流动有着重大影响，其中，壁面作用力或壁面-气体相互作用强度在动量和能量传输过程中起着不可忽略的作用，需要引起重视。然而，基于现有的页岩纳米孔内气体流量计算方法所确定出的页岩纳米孔内气体流量与实际情况往往会存在较大的差异。即，现有方法没有考虑纳米孔壁面与气体分子之间的相互作用，基于现有方法得到的页岩纳米孔内气体流量的准确度往往相对较低、存在较大的误差。针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种页岩纳米孔内气体流量的确定方法和装置，以解决现有技术中页岩纳米孔内气体流量的计算方法未考虑壁面-气体分子相互作用而导致计算精度较低问题。本申请实施例提供了一种页岩纳米孔内气体流量的确定方法，包括：获取目标页岩纳米孔的物理属性数据；根据预设的有效分子自由程模型和物理属性数据，确定目标页岩纳米孔内的有效分子自由程，其中，预设的有效分子自由程模型是根据页岩孔隙壁面对气体分子自由运动路径的几何截断作用以及页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用对分子自由运动路径的影响建立的；根据预设的通道内单位宽度气体质量流量模型和有效分子自由程，确定目标页岩纳米孔内的气体质量流量，其中，预设的通道内单位宽度气体质量流量模型是根据预设的有效分子自由程模型建立的。在一个实施例中，预设的有效分子自由程模型用以下公式表示：其中，λeff为有效分子自由程，λ0为不受限空间内的气体分子自由程，H为通道两侧之间的距离，d为气体分子距离通道一侧的距离，h1为考虑页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用时气体分子朝向通道一侧飞行的角度概率分布函数，h2为考虑页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用时气体分子朝向通道另一侧飞行的角度概率分布函数，α1为分子朝向通道一侧飞行时的运动角度，α2为分子朝向通道另一侧飞行时的运动角度，c是表示壁面作用力相对强度的常数，εwf/ff表征壁面-气体势能强度的比值，其中，εwf表示壁面与气体之间的势能强度，εff表示气体分子之间的势能强度。在一个实施例中，预设的通道内单位宽度气体质量流量模型用以下公式表示：其中，Meff为通道内单位宽度气体质量流量，H为通道两侧之间的距离，PO为通道出口处的压力，ΔP＝Pin-PO为通道入口处与通道出口处压力之差，KnOeff为通道出口处的有效努森数，KnOeff＝λOeff/H，其中，λOeff为通道出口处的有效分子自由程，为通道入口压力与通道出口压力的比值，μO为通道出口处的气体粘度，R为气体常数，TO为通道出口处的气体温度，L为通道的长度，b＝-1为滑脱系数，为气体的稀有效应系数，无因次。在一个实施例中，稀有效应系数按照以下公式确定：其中，α为稀有效应系数，Kneff为有效努森数，α0为KnOeff→∞时的稀有效应系数，KnOeff＝λOeff/，KnOeff为通道出口处的有效努森数，λOeff为通道出口处的有效分子自由程，α1和β为拟合常数。在一个实施例中，拟合常数通过与实验数据或者分子模拟数据进行拟合得到。本申请实施例还提供了一种页岩纳米孔内气体流量的确定装置，包括：获取模块，用于获取目标页岩纳米孔的物理属性数据；第一确定模块，用于根据预设的有效分子自由程模型和物理属性数据，确定目标页岩纳米孔内的有效分子自由程，其中，预设的有效分子自由程模型是根据页岩孔隙壁面对气体分子自由运动路径的几何截断作用以及页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用对分子自由运动路径的影响建立的；第二确定模块，用于根据预设的通道内单位宽度气体质量流量模型和有效分子自由程，确定目标页岩纳米孔内的气体质量流量，其中，预设的通道内单位宽度气体质量流量模型是根据预设的有效分子自由程模型建立的。本申请实施例还提供一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意实施例中所述的页岩纳米孔内气体流量的确定方法的步骤。本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现上述任意实施例中所述的页岩纳米孔内气体流量的确定方法的步骤。在本申请实施例中，提供了一种页岩纳米孔内气体流量的确定方法，根据页岩孔隙壁面对气体分子自由运动路径的几何截断作用以及页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用对分子自由运动路径的影响建立预设的有效分子自由程模型，根据预设的有效分子自由程模型建立预设的通道内单位宽度气体质量流量模型，之后，获取目标页岩纳米孔的物理属性数据，根据预设的有效分子自由程模型和物理属性数据，确定目标页岩纳米孔内的有效分子自由程，根据预设的通道内单位宽度气体质量流量模型和有效分子自由程，确定目标页岩纳米孔内的气体质量流量。上述方案中，由于在建立有效分子自由程模型时考虑了孔隙壁面对分子自由程的影响，即，同时考虑了孔隙壁面对气体分子自由运动路径的几何截断作用以及壁面与气体分子之间的相互作用对分子自由运动路径的影响，使得根据有效分子自由程模型确定的页岩纳米孔内的有效分子自由程与实际情况更加接近，进一步地，由于预设的单位宽度气体质量流量模型是根据预设的有效分子自由程模型建立的，因此，根据预设的单位宽度气体质量流量模型得到的气体质量流量更加符合实际情况，准确度更高，可以为页岩气藏开发过程中纳米级孔隙内气体传输的快速模拟/建模提供基础理论支撑。通过上述方案解决了现有的页岩纳米孔内气体流量计算精度低的技术问题，达到了有效提升页岩纳米孔的气体质量流量的计算准确度的技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。在附图中：图1示出了本申请一实施例中页岩纳米孔内气体流量的确定方法的流程图；图2示出了本申请一实施例中有效分子自由程模型推导框架示意图；图3示出了本申请一实施例中不同壁面作用力强度下分子飞行方向的概率分布函数图，其中，c＝3；图4示出了本申请一实施例中预设的有效分子自由程模型的模拟结果与分子模拟的有效分子自由程结果沿通道分布的对比图；图5示出了本申请一实施例中预设的通道内单位宽度气体质量流量模型的模拟结果与通道内质量流量实验数据的对比图；图6示出了本申请一实施例中预设的通道内单位宽度气体质量流量模型的模拟结果与通道内质量流量实验数据对比图；图7示出了本申请一实施例中模型改进前后气体质量流量差异程度在不同温度下随压力变化示意图，其中，H＝5nm；图8示出了本申请一实施例中模型改进前后气体质量流量差异程度在不同尺寸通道内随压力变化示意图。图9示出了本申请一实施例中的页岩纳米孔内气体流量的确定装置的示意图；...

【技术保护点】
1.一种页岩纳米孔内气体流量的确定方法，其特征在于，包括：/n获取目标页岩纳米孔的物理属性数据；/n根据预设的有效分子自由程模型和所述物理属性数据，确定所述目标页岩纳米孔内的有效分子自由程，其中，所述预设的有效分子自由程模型是根据页岩孔隙壁面对气体分子自由运动路径的几何截断作用以及页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用对分子自由运动路径的影响建立的；/n根据预设的通道内单位宽度气体质量流量模型和所述有效分子自由程，确定所述目标页岩纳米孔内的气体质量流量，其中，所述预设的通道内单位宽度气体质量流量模型是根据所述预设的有效分子自由程模型建立的。/n

【技术特征摘要】
1.一种页岩纳米孔内气体流量的确定方法，其特征在于，包括：
获取目标页岩纳米孔的物理属性数据；
根据预设的有效分子自由程模型和所述物理属性数据，确定所述目标页岩纳米孔内的有效分子自由程，其中，所述预设的有效分子自由程模型是根据页岩孔隙壁面对气体分子自由运动路径的几何截断作用以及页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用对分子自由运动路径的影响建立的；
根据预设的通道内单位宽度气体质量流量模型和所述有效分子自由程，确定所述目标页岩纳米孔内的气体质量流量，其中，所述预设的通道内单位宽度气体质量流量模型是根据所述预设的有效分子自由程模型建立的。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的有效分子自由程模型用以下公式表示：









其中，λeff为有效分子自由程，λ0为不受限空间内的气体分子自由程，H为通道两侧之间的距离，d为气体分子距离通道一侧的距离，h1为考虑页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用时气体分子朝向通道一侧飞行的角度概率分布函数，h2为考虑页岩孔隙壁面与气体分子之间的相互作用时气体分子朝向通道另一侧飞行的角度概率分布函数，α1为分子朝向通道一侧飞行时的运动角度，α2为分子朝向通道另一侧飞行时的运动角度，c是表示壁面作用力相对强度的常数，εwf/εff表征壁面-气体势能强度的比值，其中，εwf表示壁面与气体分子之间的势能强度，εff表示气体分子之间的势能强度。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的通道内单位宽度气体质量流量模型用以下公式表示：



其中，Meff为通道内单位宽度气体质量流量，H为通道两侧之间的距离，PO为通道出口处的压力，△P＝Pin-Po为通道入口处与通道出口处压力之差，Knoeff为通道出口处的有效努森数，KnOeff＝λOeff/H，其中，λOeff为通道出口处的有效分子自由程，为通道入口压力与通道出口压力的比值，μO为通道出口处的气体粘度，R为气体常数，TO为通道出口处的气体温度，L为通道的长度，b＝-1为滑脱系数，α为气体的稀有效应系数，无因次。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述稀有效应系数按照以下公式确定：



其中，α为稀有效应系数，Kneff为有效努森数，α0为KnOeff→∞时的稀有效应系数，KnOeff＝λOeff/H，Knoeff为通道出口处的有效努森数，λoeff为通道出口处的有效分子自由程，α1和β为拟合常数。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述拟合常...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴克柳，高艳玲，陈掌星，李靖，东晓虎，彭岩，田伟兵，刘一杉，朱清源，毕剑飞，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11