一种考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法，包括以下步骤：S1、对实施页岩气田进行现场取心；S2、将岩心研磨成粉末并进行X衍射成分分析，计算出不同矿物成分的体积模量v

【技术实现步骤摘要】
一种考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法


[0001]本专利技术涉及页岩气
，具体涉及一种考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法。

技术介绍

[0002]在页岩气藏开发过程中，涉及明显的热场
‑
应力场
‑
渗流场耦合关系，流固热耦合的数值模拟计算的准确性将关系到整个流场、应力场、温度场计算的准确性。因此，需要建立真实反映热流固耦合过程的数学模型。
[0003]目前，流固热耦合数学模型中，热应力表达式反映了温度场对固体应力场的影响。但是，目前热应力方程的本构关系是基于传统固体力学等效连续介质假设基础上所提出得，难以反映页岩等非均匀材料的真实热应力特性。页岩由多种矿物岩石组成，包括了石英、长石等脆性矿物，以及蒙脱石、高岭石等黏土矿物。其热力学性质是多种矿物特性的综合体现。
[0004]因此，现有技术存在明显的技术缺陷，亟需一种可以反映非均质页岩储层热应力特性的方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法解决了现有热应力方程难以反映页岩等非均匀材料的真实热应力特性的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]S1、对实施页岩气田进行现场取心；
[0008]S2、将岩心研磨成粉末并进行X衍射成分分析，计算出不同矿物成分的体积模量v
k
；
[0009]S3、通过岩石力学实验测量取心岩心的弹性模量E，泊松比μ，不同矿物的线膨胀系数α
k
；
[0010]S4、通过不同矿物成分的体积模量v
k
、弹性模量E、泊松比μ、不同矿物的线膨胀系数α
k
计算非均质页岩的热应力。
[0011]进一步地：所述不同矿物成分的体积模量的计算过程中矿物含量小于1％的不计入计算。
[0012]进一步地：所述弹性模量E和泊松比μ由岩石单轴压缩试验测试获得，所述膨胀系数由高温岩石膨胀系数测试装置获取。
[0013]进一步地：所述步骤S4中非均质页岩的热应力的计算公式为：
[0014][0015]上式中，σ
T
为非均质页岩的热应力，ΔT为计算时间，max、min分别为热膨胀系数的最大值与最小值。
[0016]进一步地：所述步骤S4之后还包括以下步骤：
[0017]S5、将非均质页岩的热应力代入应力场方程，可得考虑热应力平衡的热固耦合关系式；
[0018]S6、将热固耦合关系式代入到热应力对渗流场的影响表达式中，可得渗透率修正公式。
[0019]进一步地：所述步骤S5中考虑热应力平衡的热固耦合关系式为：
[0020][0021]上式中，G为剪切弹性模量，F
i
为i方向上的体积力，包含重力、电磁力、惯性力，u
i
为i方向上的位移。
[0022]进一步地：所述热应力对渗流场的影响表达式为：
[0023][0024]上式中，k为热应力对渗流场的影响，k0为地层初始渗透率，φ0为地层初始孔隙度，ε
v
为体积应变，α为线膨胀系数。
[0025]进一步地：所述步骤S6中渗透率修正公式为：
[0026][0027]上式中，k为热应力对渗流场的影响，k0为地层初始渗透率，φ0为地层初始孔隙度，F
x
为地层水平主应力，F
z
为地层垂直主应力。
[0028]本专利技术的有益效果为：本专利技术针对非均质页岩储层具有不同的矿物组成，其不同的热膨胀性质，导致了材料内部相互作用，从而对综合热应力产生的影响。建立了考虑储层非均质性的页岩储层热应力确定方法。从而进一步提出了热应力对位移场与渗流场的影响，得到了考虑非均质性的页岩储层热流固耦合平衡方程。为页岩气开发过程中热流固耦合效应的研究提供了更为精确的依据。
附图说明
[0029]图1为本专利技术流程图；
[0030]图2为页岩岩心X衍射实验结果图。
具体实施方式
[0031]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0032]如图1所示，一种考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法，包括以下步骤：
[0033]S1、对实施页岩气田进行现场取心；
[0034]S2、将岩心研磨成粉末并进行X衍射成分分析，计算出不同矿物成分的体积模量v
k
；其中矿物含量小于1％的不计入计算；
[0035]S3、通过岩石力学实验测量取心岩心的弹性模量E，泊松比μ，不同矿物的线膨胀系数α
k
；其中，弹性模型、泊松比由岩石单轴压缩实验测试获得；线膨胀系数由高温岩石热膨胀系数测试装置获取；
[0036]S4、通过不同矿物成分的体积模量v
k
、弹性模量E、泊松比μ、不同矿物的线膨胀系数α
k
计算非均质页岩的热应力；该公式考虑了页岩本身不同矿物热膨胀系数差异较大形成的热应力。
[0037][0038]上式中，σ
T
为非均质页岩的热应力，ΔT为计算时间，max、min分别为热膨胀系数的最大值与最小值。
[0039]S5、将非均质页岩的热应力代入应力场方程，可得考虑热应力平衡的热固耦合关系式；
[0040][0041]上式中，G为剪切弹性模量，F
i
为i方向上的体积力，包含重力、电磁力、惯性力，u
i
为i方向上的位移。
[0042]S6、将热固耦合关系式代入到热应力对渗流场的影响表达式中，可得渗透率修正公式。
[0043]热应力对渗流场的影响体现在热应力场对渗透率的影响，
[0044][0045]上式中，k为热应力对渗流场的影响，k0为地层初始渗透率，φ0为地层初始孔隙度，ε
v
为体积应变，α为线膨胀系数。
[0046]根据热固耦合关系式可得体积应变ε
v
公式，代入上式即可得渗透率修正公式：
[0047][0048]上式中，k为热应力对渗流场的影响，k0为地层初始渗透率，φ0为地层初始孔隙度，F
x
为地层水平主应力，F
z
为地层垂直主应力。
[0049]实施例1：
[0050]取西南某页岩气田岩心3块，研磨成粉末后，分别进行X衍射成分分析，结果如图2所示；
[0051]经过测试，5块页岩岩心杨氏模量分别为35.3、32.7、39.5GP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对实施页岩气田进行现场取心；S2、将岩心研磨成粉末并进行X衍射成分分析，计算出不同矿物成分的体积模量v
k
；S3、通过岩石力学实验测量取心岩心的弹性模量E、泊松比μ、不同矿物的线膨胀系数α
k
；S4、通过不同矿物成分的体积模量v
k
、弹性模量E、泊松比μ、不同矿物的线膨胀系数α
k
计算非均质页岩的热应力。2.根据权利要求1所述的考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法，其特征在于，所述不同矿物成分的体积模量的计算过程中矿物含量小于1％的不计入计算。3.根据权利要求1所述的考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法，其特征在于，所述弹性模量E和泊松比μ由岩石单轴压缩试验测试获得，所述膨胀系数由高温岩石膨胀系数测试装置获取。4.根据权利要求1所述的考虑非均质性的页岩气藏流固耦合热应力确定方法，其特征在于，所述步骤S4中非均质页岩的热应力的计算公式为：上式中，σ
T
为非均质页岩的热应力，ΔT为计算时间，max、min分别为热膨胀系数的最大值与最小值。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建发，张德良，张鉴，常程，赵圣贤，李武广，冯江荣，邸云婷，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：