[发明专利]一种二氧化碳置换页岩气多尺度多场耦合渗流数学建模方法

说明书

本发明公开了一种二氧化碳置换页岩气多尺度多场耦合渗流数学建模方法，它包括以下步骤：S1、建立多尺度页岩孔缝中气体流动形态分类模式；S2、建立二氧化碳置换页岩气多尺度多场耦合渗流数学模型，具体包括多尺度页岩多组分气体多场耦合流动方程、页岩骨架变形方程、页岩储层能量守恒方程、应力场和孔缝介质变形场作用下的物性参数方程、定解条件；S3、二氧化碳置换页岩气多尺度多场耦合渗流数学模型的求解应用。本发明的有益效果是：本发明在建立的多尺度页岩孔缝中气体流动形态分类模式的基础上，建立了页岩基质纳米孔、基质纳微米孔及裂缝中二氧化碳置换页岩气多组分气体体系多场耦合渗流数学模型，并建立块中心网格块内及网格块间的差分数值模型。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳置换页岩气多尺度多场耦合渗流数学建模方法。

背景技术

页岩气在全球范围内具有非常丰富的储量，据EIA(美国能源信息情报署)2015年统计：世界上共有42个国家发现了95个含页岩气盆地、137套页岩地层，页岩气资源量总计约1013×10¹²m³，页岩气的技术可采储量达到220.69×10¹²m³。据2015年国土资源部发布的《中国页岩气资源调查报告(2014)》评价结果显示，我国页岩气资源储量为134×10¹²m³，可采储量为25×10¹²m³。页岩气同时又是一种具有典型的多尺度孔缝，致密的储渗条件，不经压裂改造就不具有工业产能的非常规天然气。

二氧化碳是一种破坏环境的温室气体，减排二氧化碳是当今国际上面临的共同难题。研究表明，注入页岩层的气态(超临界态)二氧化碳具有强吸附、易扩散、增渗增能等优势，利用注入二氧化碳的方式能达到强化页岩气开采同时满足二氧化碳地质埋存的双重效果。因此，二氧化碳置换页岩气技术正在成为当前页岩气开采暨二氧化碳埋存领域的热点之一，二氧化碳置换页岩气渗流模型的建立是其中必须攻克的难点及关键技术之一。

页岩气与煤层气具有相似的渗流过程，有关煤层气地下渗流的数学模型已经发展得较为完善，现有的页岩气地下渗流的数学模型也大多取自对煤层气渗流模型的修改完善。人们也提出过二氧化碳强化煤层气开采技术，同时建立了二氧化碳强化煤层气开采渗流数学模型。

如前所述，二氧化碳置换页岩气技术是当前页岩气开采暨二氧化碳埋存领域的热点之一，并没有发展成成熟技术，也没有完整的表征储层条件下二氧化碳置换页岩气渗流的数学模型。

限于煤岩与页岩的巨大差别，煤岩与页岩的孔缝系统也差异巨大，因此，有关二氧化碳强化煤层气开采渗流数学模型并不能直接用于二氧化碳置换页岩气渗流模拟。

储层条件下二氧化碳置换页岩气，二氧化碳与页岩混合多组分气体的渗流过程必将受到温度场、压力场、应力场、孔缝介质变形场、气体解吸扩散渗流场五场耦合作用的影响，同时，页岩特有的纳米孔隙系统更增加了二氧化碳置换页岩气地下渗流的复杂性。因此，必须解析页岩多尺度孔缝系统，建立每个尺度孔缝系统的流态模式，然后据此建立相应的数学模型，在数学建模过程中，需要考虑温度场、压力场、应力场、孔缝介质变形场、气体解吸扩散渗流场五场耦合作用的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种二氧化碳置换页岩气多尺度多场耦合渗流数学建模方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种二氧化碳置换页岩气多尺度多场耦合渗流数学建模方法微纳米孔，它包括以下步骤：

S1、建立多尺度页岩孔缝中气体流动形态分类模式，具体包括以下步骤：

S11、建立克努森数与页岩孔径尺寸间的一一对应关系，解析得到页岩中分别发育的基质纳米孔、基质及人工或天然裂缝三种不同尺度的孔缝中气体的各种流动形态；