【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及页岩油勘探开发，具体涉及一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法。
技术介绍
1、在油气田开发中裂缝渗透率对于评估产液能力和优化生产策略至关重要。现有技术中存在以下三种方法表征页岩体系允许通过其孔隙结构的能力。
2、第一种方法为不考虑滑移和流固耦合效应的渗透率：最常用到的裂缝渗透率解析表达式称为立方定律，也称为carman-kozeny方程或kozeny-carman方程的一种变体。该解析表达式仅考虑流体流动的情况，不考虑流体流动过程中，流体与固体的相互作用，也不考虑页岩体系有机孔隙和无极孔隙的不同流动机制。
3、第二种为考虑滑移效应的表观渗透率：通常在二维平板模型下进行建模求解，引入滑移效应来修正经典的立方定律。考虑的流动机制更细致，相比立方定律更能反应实际情况。
4、第三种为考虑流固耦合效应的表观渗透率：oleg iliev等人研究了孔隙水平上变形细缝的流固耦合fsi问题，他们将多孔介质中的流动视为多尺度问题，不仅可以更好地理解流动的基本过程，而且提供了考虑到流固耦合效应的表观渗透率的解析表达式。也可以看成对于经典的渗透率的一种修正，但是并没有考虑到细致的流动机制。
5、综上所述，现有的页岩体系解析方法得到渗透率的技术方案均不能结合页岩复杂的孔隙结构、不同孔隙的不同流动机制和力学性质以及流固耦合效应给出渗透率的解析求解。
6、因此，现需要一种能够准确表征接近真实复杂情况的页岩体系的渗透率的解析求解方法。
技术实现思
1、本专利技术的主要目的在于提供一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，以解决现有技术中不能够准确表征接近真实复杂情况的页岩体系的渗透率的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，具体包括如下步骤：
3、s1，构建压力驱动下流体通过单一长细缝，使得介质发生变形的微观几何模型。
4、s2，构建描述步骤s1的微观几何模型的理论模型。
5、s3，通过渐近展开的方法对步骤s2的理论模型进行求解。
6、进一步地，步骤s1具体为：
7、定义微观几何模型中的参数：表示细缝的长度；表示初始状态下细缝宽度的一半；表示初始状态下的壁厚；为设定的参数比；在流体域上有：；在固体域上有：；表示流固界面高度；变形后在流体域上有：；用表示未发生变形的固体或流体；表示变形后的固体或流体；表示初始构型坐标；表示变形构型坐标，则有：；表示位移：；与通过联系在一起；表示初始构型界面，表示变形构型界面，则有：；为第一piola-kirchhoff应力张量，表示固体变形的应力；为cauchy应力张量，表示流体运动的应力；考虑到分子动力学模拟的结果，微尺度区域内的液体流动采用滑移边界耦合的navier-stokes方程来描述。
8、进一步地，步骤s2具体包括如下步骤：
9、s2.1, 建立描述液体流动的方程组，液态烃在孔域内流动用n-s方程描述：
10、；
11、其中为粘度，为压力，为流速。
12、s2.2，建立描述固体的方程，针对固体符合线弹性边值问题，则有：
13、。
14、其中分别表示有机质和无机质；表示应力张量，根据胡克定律有：
15、。
16、其中，表示弹性模量；表示应变张量，定义为：
17、；
18、其中，代表位移的梯度。
19、仅考虑各向同性固体则有：
20、。
21、其中，和表示拉梅常数，且有：
22、；
23、；
24、其中，表示有机质或无机质的杨氏模量，表示有机质或无机质的泊松比。
25、s2.3，建立描述流固界面的方程组：
26、流固界面条件满足滑移边界条件和界面牵引力的连续性：
27、滑移边界条件为：
28、；
29、其中，表示有机质或无机质的滑移长度。
30、界面牵引力的连续性为：
31、；
32、其中，表示界面处流体的应力张量，表示界面处固体的应力张量，为界面法向量；使用nanson公式计算变形引起的面积变化，最终得到cauchy应力与第一piola-kirchhoff应力的关系：
33、；
34、其中，代表变形梯度。
35、变换得到：
36、。
37、根据牛顿流体定义：
38、。
39、其中，为单位矩阵，d为变形率张量：
40、。
41、为变形梯度：
42、。
43、最终流固耦合模型构建为：
44、。
45、进一步地，步骤s3具体包括如下步骤：
46、s3.1，首先对流固耦合模型进行无量纲化处理：
47、将模型中涉及到的变量无量纲化：
48、；；；；
49、其中，、、、、为对应变量的特征值,和分别代表水平方向和垂直方向上的速度分量；和分别代表水平方向和垂直方向上的位移分量。
50、得到：
51、；。
52、进一步得到：
53、；；；
54、式中，，表示坐标系x，y两个方向，表示速度，表示位移。
55、s3.2，速度分量和压力不能单独缩放，根据刚性流道中poiseuille流的最大速度选择:
56、。
57、和，由表示，流动由压力梯度驱动，则：
58、。
59、同时，固体约束条件为：
60、。
61、将流体方程组无量纲化得到：
62、。
63、将固体方程组无量纲化得到：
64、。
65、将边界条件无量纲化得到：
66、；；
67、其中，表示有机质或无机质的柯西应力，表示有机质或无机质的第一piola-kirchhoff应力。
68、由于参考构型为欧拉坐标，其中为参考构型的横坐标，变形界面为拉格朗日坐标，根据两者关系有：
69、。
70、其中，和分别表示变形构型的欧拉坐标和拉格朗日坐标，表示渐近展开后的零阶位移。
71、得到：
72、。
73、进一步地，步骤s3还包括如下步骤：
74、s3.3，使用渐近展开的方法处理无量纲化后的模型，完成流动模型的孔隙-达西尺度升级，并完成对流固耦合模型的求解。
75、变量速度，位移，压力由以下渐近展开式近似：
76、。
77、s3.4，将场变量展开式带入无量纲化后的流体方程组，收集对应的不同次幂的项即：得到：
78、。
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【技术保护点】
1.一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，步骤S1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，步骤S3还包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，步骤S3还包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，步骤S3还包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，步骤s1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法，其特征在于，步骤s2具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于微尺度流固耦合尺度升级的页岩渗透率求解方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙海，孙雨柔，严侠，樊冬艳，张磊，姚军，张凯，杨永飞，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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