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原文传递一种剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法

专利名称：	一种剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法
摘要：	本发明公开了一种剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，包括以下步骤：S1：基于气体在页岩剪切缝岩心中的多尺度渗流模型，建立剪切缝页岩岩心双重介质物理模型；S2：使用有限体积法获得物理模型对应的有限体积离散格式，结合牛顿‑拉普森迭代算法求解物理模型全隐式求解格式，对模型进行编程求解；S3：利用脉冲衰减法实验装置对剪切缝页岩岩心进行脉冲衰减实验，利用实验数据测出上游室和下游室的压力、时间关系曲线；S4：结合剪切缝页岩岩心双重介质物理模型，采用曲线拟合的方法来获取剪切缝页岩岩心的基质渗透率和裂缝渗透率。本发明可对具有剪切缝的页岩岩心进行渗透率测试。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南石油大学
发明人：	刘建仪;蒋橹;杨召;刘治彬;余凡;代建伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910664344.5
公开号：	CN110261282A
代理机构：	北京中索知识产权代理有限公司
代理人：	房立普
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	610500 四川省成都市新都区新都大道8号
主权项：	1.一种剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：基于气体在页岩剪切缝岩心中的多尺度渗流模型，建立剪切缝页岩岩心双重介质物理模型； S2：使用有限体积法获得物理模型对应的有限体积离散格式，结合牛顿-拉普森迭代算法求解物理模型全隐式求解格式，对模型进行编程求解； S3：利用脉冲衰减法实验装置对剪切缝页岩岩心进行脉冲衰减实验，利用实验数据测出上游室和下游室的压力、时间关系曲线； S4：结合剪切缝页岩岩心双重介质物理模型，采用曲线拟合的方法来获取剪切缝页岩岩心的基质渗透率和裂缝渗透率。 2.根据权利要求1所述的剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，其特征在于，步骤S1中所述多尺度渗流模型为B-K模型，所述B-K模型数学描述方程为：式中：kapp为表观渗透率，mD；k∞为固有渗透率，mD；Kn为克努森数，无量纲；α为稀疏系数，无量纲；b为滑脱系数，无量纲。 3.根据权利要求2所述的剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，其特征在于，步骤S1中所述剪切缝页岩岩心双重介质物理模型包括：裂缝系统渗流方程：式中：kfe为裂缝表观渗透率，mD；μg为气体粘度，mPa·s；Bg为天然气体积系数，无量纲；pf为裂缝压力，MPa；qm为单位体积裂缝向基质的窜流量，1/s；t为时间，s；为裂缝孔隙度，无因次；基质系统渗流方程：式中：kme为基质表观渗透率，mD；pm为基质压力，MPa；为基质孔隙度，无因次；qdes为单位岩心吸附解吸气量，1/s；VE为单位体积岩心等温吸附气体体积，cm3/cm3；当基质与裂缝间的窜流为拟稳态窜流时：当基质与裂缝间的窜流为非稳态窜流时：式中：r1为基质颗粒半径，cm；rb为积分半径，cm；边界条件为：上游腔室：下游腔室：式中：km为基质渗透率，mD；A为岩心表面积，cm2；x为水平方向横坐标值，无量纲；u为上游瓶位置x轴坐标；kf为裂缝渗透率，mD；Vu为上游室体积，cm3；Vg为气体摩尔体积，0.0224m3/mol；Z为气体偏差因子，无量纲；R为气体常数，8.314J/(mol·K)；Tdu为上下游瓶温度，K；pu为上游室压力，MPa；Cg为气体压缩系数，MPa-1；d为下游瓶位置x轴坐标；Vd为下游室体积，cm3；pd为下游室压力，MPa；初始条件：式中：x、y为系统中某点坐标；pmi为基质初始压力，MPa；pfi为裂缝初始压力，MPa；pu0为上游初始压力，MPa；pd0为下游初始压力，MPa。 4.根据权利要求3所述的剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，其特征在于，步骤S2对剪切缝页岩岩心双重介质物理模型进行求解包括以下子步骤： S21：基于有限体积理论处理渗流方程：首先离散整个连续的求解域，得到有限体积离散格式；其次对有限体积离散格式采用牛顿-拉普森迭代算法处理非线性偏微分方程组，得到全隐式求解格式；最后将研究单元组装成总体平衡矩阵，得到总体平衡矩阵方程； S22：依据有限体积法对吸附解吸项进行离散，引入牛顿-拉普森迭代算法，得到页岩岩心单元离散迭代格式，根据单元传导率矩阵、单元累计项矩阵和单元吸附项矩阵整理出相应的偏导矩阵，对三个单元偏导矩阵进行合并，得到页岩单重介质模型综合离散方程；对页岩单重介质模型综合离散方程中的源汇相进行处理； S23：依据有限体积法对窜流项进行离散，采用S22中单重介质模型的求解方法，得到页岩双重介质模型综合离散方程，将该方程联立成同步求解格式，得到页岩岩心双重介质渗流微分方程的隐式求解格式。 5.根据权利要求4所述的剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，其特征在于，步骤S21中的有限体积离散格式为：式中：Te为单元传导率矩阵；Pe为单元网格压力矩阵；为孔隙度，无因次；全隐式求解格式为：式中：k、n为迭代次数；Ne为单元累计项矩阵；总体平衡矩阵方程为：式中：T为总体传导率矩阵；P为总体压力矩阵；N为总体累计项矩阵；Rr为残量矩阵。 6.根据权利要求4所述的剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，其特征在于，步骤S22中的页岩岩心单元离散迭代格式为： δPe＝(δp1 δp2 δp3)T；Pe＝(p1 p2 p3)T；Re＝(R1 R2 R3)T 式中：下标e表示单元；Te为单元传导率矩阵；Pe为单元网格压力矩阵；Ne为单元累计项矩阵；Ve为单元吸附解吸项矩阵；Re为单元残量矩阵；k为迭代次数；1、2、3为三角形网格三个节点；页岩单重介质模型综合离散方程为：式中：T为总体传导率矩阵；P为总体压力矩阵；N为总体累计项矩阵；V为吸附解吸项矩阵；Rr为残量矩阵；当网格离散后共有NN个单元，MM个节点时，则式(51)：总体残量矩阵Rr＝(R1 R1 … RMM)T； δP＝(δp1 δp2 … δpMM)T；P＝(p1 p2 … pMM)T； ξ＝T，N，V；对上游网格中的源汇项处理：式中：qg为单位体积裂缝向基质的窜流量，1/s；Vp为岩心孔隙体积，cm3；k1为第一个节点渗透率，mD；p1为第一个节点压力，MPa；对下游网格中的源汇项处理：式中：knx为最后一个节点渗透率，mD；pnx为第一个节点压力，MPa。 7.根据权利要求4所述的剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，其特征在于，当基质与裂缝间的窜流为拟稳态窜流时，步骤S23中的页岩双重介质模型综合离散方程为： (Tf+δTf-W-δW-δNf)k(δPf)k+(W+δW)k(δPm)k＝-(Rf)k (66) (Tm+δTm-W-δW-δNm-δVE)k(δPm)k+(W+δW)k(δPf)k＝-(Rm)k (67) 式中：Tf为裂缝总体传导率矩阵；Tm为基质总体传导率矩阵；W为窜流项矩阵；Nf为裂缝总体累计项矩阵；Nm为基质总体累计项矩阵；Pf为裂缝总体压力矩阵；Pm为基质总体压力矩阵；Rf为裂缝残量矩阵，用来衡量运算是否结束；Rm为基质残量矩阵，用来衡量运算是否结束；k为迭代次数；当网格离散后共有NN个单元，MM个节点时，则式(66)、式(67)：总体残量矩阵压力总体增量矩阵压力总体矩阵 ξ＝Tη,Nη,VE,W；页岩岩心双重介质渗流微分方程的隐式求解格式为： A11＝Tf+δTf-W-δW-δNf； A12＝A21＝W+δW； A22＝Tm+δTm-W-δW-δNm-δVE 式中：A11、A12、A21、A22为方便计算定义的中间矩阵；矩阵维度2MM2MM，和维度2MM1。 8.根据权利要求1所述的剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，其特征在于，步骤S4包括以下子步骤： S41：预估基质渗透率和裂缝渗透率参数，具体为：基质渗透率：式中：km为基质渗透率，mD；c为无因次压力时间曲线斜率；μg为气体粘度，mPa·s；L为岩心长度，cm；A为岩心表面积，cm2；pm为基质压力，MPa；Vu为上游室体积，cm3；Vd为下游室体积，cm3；裂缝渗透率：式中：kf为裂缝渗透率，mD；为裂缝孔隙度，无因次；Ct为系统综合压缩系数，MPa-1；tDc为无因次压力时间曲线斜率；tc为实验数据收敛时间，s； S42：利用预估数据和优化算法进行实验数据拟合，最终得到基质渗透率和裂缝渗透率。 9.根据权利要求8所述的剪切缝页岩岩心脉冲衰减渗透率测试方法，其特征在于，步骤S42中，所述优化算法为遗传算法，通过同时拟合上、下游瓶压力响应曲线确定基质渗透率和裂缝渗透率，为增加数据拟合的精度，采用最小二乘法建立上下游腔室压力目标函数：式中：pui为模型计算得到的上游压力，MPa；pdi为模型计算得到的下游压力，MPa；peui为实际上游压力，MPa；pedi为实际下游压力，MPa。
所属类别：	发明专利