【技术实现步骤摘要】
一种基于均匀化理论的页岩基质流固耦合尺度升级方法
本专利技术涉及油藏数值模拟领域，特别是涉及一种基于均匀化理论的页岩基质流固耦合尺度升级方法
技术介绍
页岩气资源分布广、储量大，但其基质渗透率极低，通常需要经过水力压裂才能进行商业化开采，压裂后的页岩储层具有多尺度孔缝特征，且处于复杂地应力场和渗流场的共同作用中，流固耦合效应明显。其中，页岩基质作为气体的主要储集空间，其流固耦合模型的建立是页岩气藏宏观流固耦合数值模拟的基础。由于页岩基质通常由微尺度的有机质和无机质组成，而这两种介质的力学性质差异较大，且气体在两者中的赋存方式和流动机制均不相同，要准确刻画气体在页岩基质中的流固耦合过程，需针对两种介质建立不同的微尺度模型，但由于计算效率问题，微尺度模型无法直接用于宏观模拟。近年来，国内外学者分别采用流量等效法和均匀化理论，对页岩基质中有机质分布对气体宏观渗流规律的影响进行了研究，但均并未考虑流固耦合作用。因此，有必要建立一种尺度升级方法，将微尺度上有机质和无机质各自特征有效地表征到页岩气藏宏观流固耦合模拟中，来解决上述问题。<...
【技术保护点】
1.一种基于均匀化理论的页岩基质流固耦合尺度升级方法，其特征在于：包括如下步骤：/n将页岩基质看成是由有机质和无机质组成的非均质多孔弹性介质，考虑真实气体在这两种介质中不同的赋存方式和流动机制，建立微尺度流固耦合模型；/n采用均匀化理论进行尺度升级，得到页岩基质的宏观等效流固耦合模型，并给出相关等效参数的定义和计算方式；/n验证基于均匀化理论的页岩基质流固耦合尺度升级方法的准确性，并分析了有机质力学性质、含量和分布对页岩气藏宏观流固耦合数值模拟的影响。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于均匀化理论的页岩基质流固耦合尺度升级方法，其特征在于：包括如下步骤：
将页岩基质看成是由有机质和无机质组成的非均质多孔弹性介质，考虑真实气体在这两种介质中不同的赋存方式和流动机制，建立微尺度流固耦合模型；
采用均匀化理论进行尺度升级，得到页岩基质的宏观等效流固耦合模型，并给出相关等效参数的定义和计算方式；
验证基于均匀化理论的页岩基质流固耦合尺度升级方法的准确性，并分析了有机质力学性质、含量和分布对页岩气藏宏观流固耦合数值模拟的影响。
2.根据权利要求1所述的基于均匀化理论的页岩基质流固耦合尺度升级方法，其特征在于：构建微尺度流固耦合模型的过程如下：
式中，σ和σs分别表示总应力张量和有效应力张量；p为孔隙压力；α为Biot系数；I为单位张量；C为弹性张量；us为骨架位移；β表示综合压缩系数；t表示时间；δ为克罗内克符号；φ为孔隙度；mg表示吸附/解吸项；ρg为气体密度；v为气体流速；ka为气体的视渗透率；μ为气体粘度；
根据小变形假设，应变张量e(us)定义如下：
综合压缩系数β和真实气体密度ρg的表达式如下：
式中，Ks为基质骨架体积模量；Mg为气体摩尔质量；Z表示气体压缩因子；R为通用气体常数；T表示储层温度；
根据Langmuir等温吸附，气体吸附/解吸项mg的表达式如下：
式中，ρr表示岩石密度；ρgstd表示标准条件下的气体密度；VL和PL分别表示有机质的Langmuir体积和Langmuir压力。
无机质中气体的运移机制主要为粘性流和Knudsen扩散，其视渗透率kai为：
有机质中气体的运移机制主要为粘性流、Knudsen扩散和表面扩散，其视渗透率kak为：
式中，为本征渗透率，其中rh和τ分别为孔隙半径和迂曲度；Kn＝λreff为Knudsen数，其中，λ为气体分子的平均自由程，reff为孔隙有效半径；b＝-1为滑移系数；Ds表示吸附气的表面扩散系数；Cmax和θ分别为有机质的最大吸附量和气体覆盖率：
所述页岩基质流固耦合模型的非均质系数在无机质和有机质中分别取值如下：
式中，下标i和k分别表示无机质和有机质；dm为甲烷分子直径。
3.根据权利要求1所述的基于均匀化理论的页岩基质流固耦合尺度升级方法，其特征在于：采用均匀化理论进行尺度升级，得到页岩基质的宏观等效流固耦合模型，并给出相关等效参数的定义和计算方式的过程如下：
考虑一个特征长度为L的页岩基质，由大量的周期性微尺度元胞组成，微尺度元胞的特征长度为l，引入不同特征长度之间的比值ε＝l/L，所述页岩基质流固耦合模型中的变量σ,us,vandp由以下渐进展开式近似...
【专利技术属性】
技术研发人员：严侠，姚军，黄朝琴，刘礼军，王子杰，孙海，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37
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