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原文传递一种考虑水敏性的页岩黏土多相耦合甲烷含气量计算方法

专利名称：	一种考虑水敏性的页岩黏土多相耦合甲烷含气量计算方法
摘要：	本发明的目的在于提供一种考虑水敏性的页岩黏土多相耦合甲烷含气量计算方法，包括页岩黏土吸附方程、等径圆形孔隙甲烷吸附模型、扁平状椭圆孔隙甲烷吸附模型、条带状裂缝甲烷吸附模型、气—液—固三相界面耦合吸附模型。本发明的有益效果是能够为不同含水率的页岩气储层提供较为精确的资源量评估。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安石油大学
发明人：	陈军斌;黄瑞;王佳部
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910367192.2
公开号：	CN110018293A
代理机构：	北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	汤东凤
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	710065 陕西省西安市雁塔区电子二路东段18号
主权项：	1.一种考虑水敏性的页岩黏土多相耦合甲烷含气量计算方法，其特征在于：包括页岩黏土吸附方程、等径圆形孔隙甲烷吸附模型、扁平状椭圆孔隙甲烷吸附模型、条带状裂缝甲烷吸附模型、气-液-固三相界面耦合吸附模型。 2.按照权利要求1所述一种考虑水敏性的页岩黏土多相耦合甲烷含气量计算方法，其特征在于：黏土水化膨胀作用可用膨胀率进行描述，即式中，E为黏土吸水膨胀率，无量纲；heff为单层水化膜影响下黏土发生水敏反应有效润湿厚度，cm；ht为有效厚度黏土润湿后t时刻的厚度，cm；黏土矿物水化膨胀特性与渗透率、渗透压、温度和吸水时间有关，最终趋于稳定：式中，hlim为单层水化膜影响下黏土发生水敏反应极限润湿厚度，cm；h0为干燥黏土的初始厚度，cm；K′为渗透率，mD；p′为渗透压，MPa；T为地层温度，K；t为吸水时间，h；所述页岩黏土吸附方程对于干燥黏土：式中，ndry为等温吸附气量，mmol/g；K为给定温度下单位面积饱和吸附量，mmol/m2；A为黏土孔隙比表面积，m2/g；pL为朗氏压力，即一半朗氏体积所对应的压力，MPa；p为实验压力，MPa；对于润湿黏土：式中，nwet为润湿黏土等温吸附气量，mmol/g；K为气—液界面单位面积最大吸附量，mmol/m2；p为气—液界面朗氏压力，MPa。 3.按照权利要求1所述一种考虑水敏性的页岩黏土多相耦合甲烷含气量计算方法，其特征在于：所述等径圆形孔隙甲烷吸附模型，孔隙半径为r，孔隙长度为L，水化膜厚度为hw，干燥黏土初始厚度为h0，黏土有效润湿厚度为heff；干燥黏土单孔内表面积： Acir-dry＝2πr·L (6) 干燥黏土单孔气—固界面等温吸附量：润湿黏土单孔内表面积： Acir-wet＝2π(r-hw-Eheff)·L (8) 含水饱和度：联立式(6)—(9)得，令孔隙收缩率为：因此润湿黏土单孔气—液界面等温吸附量： 4.按照权利要求1所述一种考虑水敏性的页岩黏土多相耦合甲烷含气量计算方法，其特征在于：所述扁平状椭圆孔隙甲烷吸附模型，孔隙半宽为a，孔隙半高为b，孔隙长度为L，水化膜厚度为hw，干燥黏土初始厚度为h0，黏土有效润湿厚度为heff；干燥黏土单孔内表面积：干燥黏土单孔气-固界面等温吸附量：润湿黏土单孔内表面积：含水饱和度：联立式(13)—(16)可得，令孔隙收缩率为：因此润湿黏土单孔气—液界面等温吸附量： 5.按照权利要求1所述一种考虑水敏性的页岩黏土多相耦合甲烷含气量计算方法，其特征在于：所述条带状裂缝甲烷吸附模型缝宽为c，缝高为d，缝长为L，水化膜厚度为hw，干燥黏土初始厚度为h0，黏土有效润湿厚度为heff；干燥黏土单缝缝壁内表面积： Afra-dry＝2c·L (20) 干燥黏土单缝气—固界面等温吸附量：润湿黏土单缝缝壁内表面积： Afra-wet＝2c·L (22) 含水饱和度：因此润湿黏土单缝气—液界面等温吸附量：值得注意的是，润湿黏土单条裂缝气—液界面等温吸附量与缝高、黏土膨胀率和含水饱和度均无关。 6.按照权利要求1所述一种考虑水敏性的页岩黏土多相耦合甲烷含气量计算方法，其特征在于：所述气—液—固三相界面耦合吸附模型，当黏土表面吸附的水化膜铺展面积不足以完全覆盖黏土内表面时，甲烷气体的吸附量等于水化膜吸附量与未被水化膜覆盖的裸露黏土表面吸附量之和，表现为气—液界面和气—固界面耦合吸附的特征；令水化膜铺满因子为：式中，Aw为水化膜铺展面积，cm2，Vp为单位质量黏土孔隙(或裂缝)体积，cm3/g；甲烷气体单孔(单缝)耦合吸附量： nmix＝θnwet+(1-θ)ndry (26) 等径圆形孔隙耦合吸附：扁平状椭圆孔隙耦合吸附：条带状裂缝耦合吸附：等径圆形孔隙、扁平状椭圆孔隙和条带状裂缝呈随机分布，概率分别为α、β、γ，且α+β+γ＝1，因此干燥黏土气—固界面吸附模型为：因此润湿黏土气—液—固界面耦合吸附模型为：吸附相孔隙度表达式为：则干燥黏土游离气含量为：则润湿黏土游离气含量为：因此页岩储层干燥黏土矿物含气量预测模型表达式为：因此页岩储层润湿黏土矿物含气量预测模型表达式为：式中，nmix为页岩润湿黏土甲烷吸附量，mmol/g；nfree为单位质量黏土所含游离气在标准状况下的体积，cm3/g；ndry-total为干燥黏土含气总量，mmol/g；nwet-total为润湿黏土含气总量，mmol/g；Va为吸附相体积，cm3/g；Vb为岩石表观体积，cm3/g；φ为有效孔隙度，无量纲；φa为吸附相孔隙度，无量纲；Bg为甲烷气体体积系数，无量纲；ρa为吸附相密度，g/cm3；ρb为岩石密度，g/cm3；M为甲烷气体摩尔质量，g/mol。
所属类别：	发明专利