页岩气滑脱、扩散传输机理耦合新方法

发布时间：2018-03-15 09:29

  本文选题：页岩气　切入点：扩散　出处：《物理学报》2017年11期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：针对页岩气流动计算中所用耦合机理不同的现状,且为了厘清滑脱和各种扩散之间的关系,首先采用理论分析和数学模型的方法,根据定义和微观运动机制对滑脱和各种扩散进行了分析,然后在考虑吸附层页岩气分子所占空间对气体流动影响的情况下,提出了"壁联扩散"的概念来表征克努森扩散和表面扩散的总效应,并指出壁联扩散和滑脱效应等同,由此提出了壁联扩散和滑脱效应在流动计算中可互换而不重复叠加的耦合新方法.实例验证表明,当毛细管半径从5 nm增大到2000 nm,壁联扩散和滑脱效应的质量通量相对误差较小,在绝大部分范围内都小于10%,且在整个孔径范围内两者平均值相差1.4×10~(-6)kg·m~(-2)·s~(-1),即平均值的相对误差仅为5.8%,该方法可以满足工程计算的需要.考虑到参数选取、机理数学模型有待完善等方面的影响,新方法的论证存在进一步提升的空间.壁联扩散的提出具有实际开发意义和多重研究意义,耦合新方法的提出阐明了滑脱和各种扩散之间的关系,防止了页岩纳米级孔隙中流动机理的重复叠加,能较好改变页岩气流动计算耦合方法不一致的现状,为页岩气开发定量计算指明新方向.
[Abstract]:In view of the different coupling mechanisms used in shale gas flow calculation, and in order to clarify the relationship between slippage and various diffusions, theoretical analysis and mathematical model are used first. The slippage and various diffusions are analyzed according to the definition and microscopic motion mechanism, and then, considering the influence of the space occupied by the adsorbed shale gas molecules on the gas flow, The concept of "wall diffusion" is proposed to characterize the total effect of Knudsen diffusion and surface diffusion, and it is pointed out that the wall diffusion and slip effect are equivalent. Therefore, a new coupling method of interchangeable diffusion and slip effect in flow calculation without repeated superposition is proposed. When the capillary radius is increased from 5 nm to 2 000 nm, the relative error of mass flux of wall diffusion and slippage is small. In most cases, the average value is less than 10, and the difference between the two average values is 1.4 脳 10 ~ (-6) kg 路m ~ (-1) 路s ~ (-1) ~ (-1), that is, the relative error of the average is only 5.8. This method can meet the needs of engineering calculation, considering the selection of parameters, There is room for further improvement in the demonstration of the new method. The proposed new coupling method clarifies the relationship between slippage and various diffusions, prevents the repeated superposition of flow mechanism in shale nanoscale pores, and can better change the present situation of inconsistent coupling methods for shale gas flow calculation. A new direction is pointed out for the quantitative calculation of shale gas development.
【作者单位】： 中国科学院大学;中国科学院渗流流体力学研究所;中国石油勘探开发研究院廊坊分院;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB228000)资助的课题~~
【分类号】：TE31

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