基于动量方程的页岩气体扩散能力表征模型与实验研究

发布时间：2021-11-19 16:35

　　为揭示页岩微纳米孔隙中气体的扩散机理,针对页岩储层气体扩散能力难以定量表征的问题,基于考虑流体黏性的微分形式动量方程,建立了考虑页岩孔隙度、迂曲度和流动K_n数(气体分子平均自由程与流动特征尺度之比的气体扩散系数新模型,将模型与自主研发的页岩近平衡态实验进行验证,进而形成了页岩气扩散系数影响因素图版。研究表明:考虑了页岩孔隙度、迂曲度等多孔介质参数和流动K_n数,新建立的扩散系数更能准确表征页岩气扩散能力,与近平衡扩散流量吻合度达90%以上;扩散系数与压力负相关,而与孔隙直径正相关,在压力低于20 MPa、孔隙直径低于10 nm或K_n数高于0.2后必须考虑上述参数变化对扩散系数的影响。该研究实现了储层条件下页岩气扩散流量的定量计算,可用于页岩表观渗透率模型的建立,为不同生产阶段页岩气扩散对产量的贡献以及调整生产制度、提高单井产量提供科学依据。 

【文章来源】：特种油气藏. 2020,27(05)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

近平衡态实验流程

由图2可知，随着实验进行，扩散流量由10-5cm3/s降至10-8cm3/s，与压力梯度存在一定线性关系，DΓ模型计算的扩散流量与实验结果拟合程度较好，吻合度均在90%以上，间接验证了DΓ模型的合理性。3组实验中实验扩散系数与DΓ模型随Kn数的变化曲线如图3所示。图3 扩散系数与Kn的关系

图2 实验扩散流量与模型拟合扩散流量随压力梯度关系根据数据分析得到实验扩散系数与DΓ模型曲线的相关系数分别为0.966 8,0.954 8,0.967 5，吻合程度较好。图3表明，气体在页岩中的扩散系数与Kn数负相关，根据式(11)可以表示为指数形式，但随着Kn数的增加，扩散系数减小得更为缓慢，可以预见，当Kn数增大到一定程度时，扩散系数将无限接近于Knudsen扩散系数Dk。

【参考文献】：
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博士论文
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本文编号：3505436