CN115046897A - 基质-裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定方法及装置 - Google Patents

基质-裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基质‑裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定方法及装置。该实验装置包括:岩心夹持器、流体注入系统、围压注入系统、裂缝压力控制系统、恒温控制系统和压力采集系统;其中,岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有测压点;流体注入系统与岩心夹持器进口连接;围压注入系统与岩心夹持器的围压施加部连接;裂缝压力控制系统与压力扰动泄压口连接;恒温控制系统用于提供模拟温度环境;压力采集系统用于采集压力扰动泄压口的压力和岩心夹持器的测压点的压力。该模拟实验装置能够用于进行高温高压下基质‑裂缝岩心样品非稳态传质过程模拟实验。

Description

基质-裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定方法及装置
技术领域
本发明属于页岩气开发实验技术领域,特别涉及一种基质-裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定方法及装置。
背景技术
页岩气藏通常无自然产能,需要借助体积压裂等技术手段才能实现经济有效开发,压裂后形成天然裂缝、诱导裂缝及人工缝相互交织的复杂裂缝网络系统。开发过程中,随着复杂缝网中的游离气逐渐被采出,页岩基质中的吸附气会逐渐解吸,并沿着压力梯度从高到低的方向从基质中逐渐向裂缝扩散,并通过裂缝流向井筒。准确表征页岩储层基质-裂缝间的传质效率对于页岩气井产量递减分析和数值模拟尤为重要。在页岩气的试井和数值模型中,多重介质理论被广泛应用于表征页岩储层的复杂缝网系统,此时基质-裂缝间的传质效率可以利用窜流方程进行计算,而窜流方程的核心就是形状因子。由于页岩储层十分致密,渗透率极低,导致生产初期基质-裂缝间的质量传递过程表现出非稳态特征,此时基于拟稳态假设的常量形状因子不再适用,需要采用时变形状因子。目前,时变形状因子的确定通常基于理论推导和数值模拟,基质中流体的流动仍假设服从达西定律,未考虑页岩储层中复杂流动机理的影响,无法真实反映基质-裂缝间流体的传质规律。在物理实验方面,仅有雷鹏和朱超凡等人开展过相关研究。雷鹏针对常规裂缝性油藏开展了窜流实验,其实验测试及计算方法只能得到拟稳态下的常量形状因子。朱超凡等人针对裂缝性致密砂岩气藏,开展实验研究了时变形状因子的变化规律,但其实验方法只能针对小尺度岩心开展低压力下的模拟,无法得到不同时间基质岩块的压力分布,且不适用于高压条件。针对页岩储层基质-裂缝间的非稳态传质效率,目前还缺乏准确有效的实验测试方法。
发明内容
本发明的目的提供一种适用于基质-裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定的基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置,该模拟实验装置能够用于进行高温高压下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程模拟实验,从而获取地层温度压力下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中不同时刻的基质压力、不同时刻的裂缝压力。
本发明的另一目的在于提供一种能够确定页岩气储层基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的方法;该方法确定的形状因子为时变形状因子,解决了传统形状因子未考虑非稳态传质特征及非线性流动规律的不足。
本发明的另一目的在于提供一种能够确定页岩气储层基质-裂缝间的非稳态传质效率的方法,为页岩气储层试井解释、数值模拟以及产量递减分析提供依据。
为了实现上述目的,本发明提供了一种基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置,其中,该基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置包括:
岩心夹持器、流体注入系统、围压注入系统、裂缝压力控制系统、恒温控制系统和压力采集系统;
其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有测压点;在使用所述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进行非稳态传质过程中,基质-裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口;
流体注入系统与岩心夹持器进口连接用以向岩心夹持器内加持的基质-裂缝岩心样品注入流体;围压注入系统与岩心夹持器的围压施加部连接,用以实现岩心夹持器的围压施加;所述裂缝压力控制系统与压力扰动泄压口连接,用以向压力扰动泄压口施压;恒温控制系统用于提供模拟温度环境;所述压力采集系统用于采集压力扰动泄压口的压力和岩心夹持器的测压点的压力。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,所述裂缝压力控制系统包括依次连接的回压泵、回压容器和回压阀,回压阀与压力扰动泄压口连接。更优选地,所述回压阀进一步与岩心夹持器出口连接。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,所述流体注入系统包括中间容器以及与中间容器连接的流体存储设备和流体输送设备。更优选地,所述流体存储设备包括气源、与气源连接的气体增压泵和与气体增压泵连接的高压气体储罐。进一步优选地,高压气体储罐设置有安全保护部。其中,安全保护部优选使用安全阀;当高压气体储罐压力高于安全控制压力时,安全阀会自动打开对储罐进行泄压。其中,流体输送设备优选使用恒速恒压泵,例如微流量压泵。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,该基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括真空系统,真空系统与岩心夹持器连接用于对岩心夹持器进行抽真空。更优选地,所述真空系统包括真空泵、真空表和真空缓冲容器。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,该基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括气体增压系统,所述气体增压系统用于为基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中的泵提供带压气体;在一具体实施方式中,气体增压系统包括空气压缩机,用于对空气进行压缩,增压的空气一方面用于开启恒速恒压泵的气动阀,另一方面用于气体增压泵的动力。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,该装置进一步包括金属渗透垫片,所述金属渗透垫片设置于岩心加持器中,金属渗透垫片位置对准压力扰动泄压口;所述金属渗透垫片用于将置于岩心加持器的两块岩心隔开从而形成模拟裂缝,金属渗透垫片的宽度即为实验中模拟裂缝宽度。可以选用不同厚度的金属渗透垫片实现不同宽度裂缝的模拟。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,该装置进一步包括带通孔的金属垫块,通过将不同长度的岩心与不同长度的带通孔的金属垫块进行组合,可以对不同基质特征长度下基质-裂缝间的窜流规律进行模拟,基质特征长度代表了地下缝网密度,特征长度越小,缝网密度越大。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,通过在裂缝处加入不同量的支撑剂可以实现模拟不同支撑剂浓度、不同开度的裂缝。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点;更优选地,在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的设置的各测压点中,离裂缝越近处测压点间距越小、离裂缝越远处测压点间距越大。采用不等距排列测压点,主要是考虑到离裂缝越近处基质压力变化越快,达到拟稳态所需要的时间越短,因此在离裂缝越近处设置的测压点密度相对更大,离裂缝越远处设置的测压点密度相对更小,通过测压点实时监测基质不同位置处压力的变化规律,从而获取岩心中压力的沿程分布,有助于实现在基质-裂缝窜流过程中对时空演化的基质压力的准确测量,从而实现对窜流现象的准确监测。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,岩心加持器为长岩心夹持器,长岩心夹持器的内部长度不低于200mm。在一具体实施方式中,长岩心夹持器适用的最大岩心规格为45mm×45mm×600mm。岩心夹持器既可采用常规圆柱体岩心夹持器,也可采用方形岩心夹持器,采用45mm×45mm的方形长岩心夹持器后,长岩心夹持器有效的降低了岩心端面效应的影响,且更大更长的岩心增大了岩心内饱和流体的体积,也有效降低了实验的误差。
在上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中,优选地,压力扰动泄压口设置于岩心夹持器进口端与出口端中间,在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的设置的各测压点以压力扰动泄压口所在位置为中轴线对称设置。在该优选实施方式中,由于夹持器两侧完全对称,在实验过程中放置属性相近的岩心,实验后取两侧实验结果的平均值进一步降低实验误差。
本发明还提供了一种基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法,其中,该方法包括:
获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率和基质导压系数;
基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子。
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率包括:
在一定温度围压下,将基质-裂缝岩心样品在岩心夹持器中饱和流体;其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,基质-裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口;压力扰动泄压口的压力代表裂缝压力;
对饱和流体后基质-裂缝岩心样品加压至目标饱和流体压力,待基质-裂缝岩心样品基质压力以及裂缝压力稳定后,记录初始平衡压力;
降低岩心夹持器在压力扰动泄压口管线端的压力至实验停止压力,在所述基质-裂缝岩心样品中产生压力差值,记录不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值和基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,直至基质-裂缝岩心样品基质压力值降低至实验停止压力;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值,确定不同时刻的基质压力变化速率;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中裂缝压力随时间变化的关系式;
在一具体实施方式中,基质-裂缝岩心样品由两块间隔开的岩心组成;两块岩心之间的间隔用以模拟裂缝,两块岩心用以模拟基质;
在一具体实施方式中,通过在两块岩心中间设置金属渗透垫片形成两块岩心之间的间隔,金属渗透垫片位置对准压力扰动泄压口,金属渗透垫片将两块岩心隔开从而形成模拟裂缝;
在一具体实施方式中,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点;测压点压力代表基质-裂缝岩心样品不同位置的基质压力值;基质-裂缝岩心样品基质压力值使用各测压点压力值的平均值表示;优选地,在各测压点中,离裂缝越近处测压点间距越小、离裂缝越远处测压点间距越大。
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率使用上述的基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进行。
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,所述基质压力随时间变化的关系式为:
Figure BDA0002967235920000051
式中,
Figure BDA0002967235920000052
为t时刻的基质压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κm为基质压力递减系数。
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,所述裂缝压力随时间变化的关系式为:
Figure BDA0002967235920000053
式中,pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κf为裂缝压力递减系数。
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,当流体为液体时,基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子包括:
基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和所述不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子;
更优选地,确定不同时刻的形状因子通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000061
式中,σ(t)为t时刻的形状因子,m-2
Figure BDA0002967235920000062
为t时刻的基质压力,MPa;pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;η为基质导压系数,m2/s;
Figure BDA0002967235920000063
为t时刻的基质压力变化速率,MPa/s。
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,当流体为液体时,获取基质导压系数包括:
获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度;
基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度,确定所述基质导压系数。
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,当流体为气体时,基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子包括:
基于基质压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定基质拟压力随时间变化的关系式;
基于裂缝压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对裂缝中流体压力特征进行表征,确定裂缝拟压力随时间变化的关系式;
基于不同时刻的基质压力变化速率,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定不同时刻的基质拟压力变化速率;
基于所述基质导压系数、所述基质拟压力随时间变化的关系式、所述裂缝拟压力随时间变化的关系式和所述不同时刻的基质拟压力变化速率,确定不同时刻的形状因子;
在一具体实施方式中,确定不同时刻的形状因子通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000071
式中,σ(t)为t时刻的形状因子,m-2
Figure BDA0002967235920000072
为t时刻的基质拟压力,MPa;mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa;
Figure BDA0002967235920000073
为基质导压系数,m2/s;
Figure BDA00029672359200000712
为t时刻的基质拟压力变化速率,MPa/s;
在一具体实施方式中,基质拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure BDA0002967235920000074
式中,
Figure BDA0002967235920000075
为t时刻的基质拟压力,MPa2/(mPa·s);
Figure BDA0002967235920000076
为t时刻的基质压力,MPa;
Figure BDA0002967235920000077
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure BDA0002967235920000078
为基质-裂缝岩心样品基质导压系数,m2/s;
Figure BDA0002967235920000079
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体压缩因子;
在一具体实施方式中,裂缝拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure BDA00029672359200000710
式中,mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa2/(mPa·s);pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;pb为参考压力,MPa;μ[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure BDA00029672359200000711
为基质导压系数,m2/s;Z[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体压缩因子。
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,当流体为气体时,获取基质导压系数包括:
获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度随压力变化的关系式;
基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度随压力变化的关系式,确定在基质压力范围内基质导压系数的平均值作为所述基质导压系数;
更优选地,确定在基质压力范围内基质导压系数的平均值通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000081
式中,
Figure BDA0002967235920000082
为基质压力范围内基质导压系数的平均值,m2/s;km为基质渗透率,mD;φm为基质孔隙度,%;p为非稳态传质结束时的基质压力,MPa;p0为非稳态传质初始时刻基质压力,MPa;μ(p,T)为压力为p温度为T时对应的流体粘度,mPa·s;ct(p,T)为压力为p温度为T时对应的基质综合压缩系数,MPa-1
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,所述基质-裂缝岩心样品为致密储层的模拟基质-裂缝岩心样品,例如页岩储层的模拟基质-裂缝岩心样品。
在上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法中,优选地,所述基质压力为基质中各位置处的平均压力。
本发明还提供了一种基质-裂缝间非稳态传质效率的确定方法,其中,该方法包括:
利用上述基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法确定不同时刻的形状因子;
基于不同时刻的形状因子,利用窜流方程确定基质-裂缝间非稳态传质不同时刻的传质效率。
发明人从解决传统数值模拟方法未考虑页岩储层基质内气体复杂流动规律的不足出发,致力于解决统形状因子未考虑非稳态传质特征及非线性流动规律的不足,提出了一种全新的基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置以及一种全新的基质-裂缝间的非稳态传质的形状因子的确定方法,并提出了一种全新的基质-裂缝间的非稳态传质效率的确定方法。与现有技术相比,本发明提供的技术方案具备如下有益效果:
1、本发明提供的基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置能够用于对页岩气储层基质-裂缝间的非稳态传质现象进行模拟,解决了传统数值模拟方法未考虑页岩储层基质内流体复杂流动规律的不足,为深入认识页岩气储层气体流动规律、高效开发该类气藏提供实验基础与理论依据。
2、本发明提供的基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置可以实现在高温高压下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程模拟实验,由此实验装置可用于更好地模拟地层的温压条件,更加符合实际。
3、本发明提供的基质-裂缝间非稳态传质形状因子的计算方法,有效实现了页岩气储层基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定;该方法确定的形状因子为时变形状因子,解决了传统形状因子未考虑非稳态传质特征及非线性流动规律的不足。
4、本发明提供的基质-裂缝间的非稳态传质效率的确定方法,有效实现了页岩储层基质-裂缝间非稳态传质效率的确定,为页岩储层试井解释、数值模拟以及产量递减分析提供依据,也为高效开发该类气藏提供了实验基础与理论依据。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法的流程示意图。
图2为本发明一实施例提供的基质-裂缝间非稳态传质效率的确定方法的流程示意图。
图3为本发明实施例1提供的基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置的结构示意图。
图4为本发明实施例1中基质压力、裂缝压力曲线图。
图5为本发明实施例1中降噪处理后的基质压力、裂缝压力曲线图。
图6为本发明实施例1中形状因子计算结果曲线图。
图7为本发明实施例1中传质效率计算结果曲线图。
主要附图标记说明:
1岩心夹持器,11入口,12出口,13压力扰动泄压口,14金属渗透垫片,15测压点,2流体注入系统,21中间容器,22流体输送设备,23流体存储设备;231气源,232气体增压泵,233高压气体储罐,2331安全保护部,3围压注入系统,31围压泵,4恒温控制系统,5裂缝压力控制系统,51回压阀,52回压容器,53回压泵,54流量计,6压力采集系统,61压力测量设备,611、612、613、614、615、616、617、618、619高精度压力传感器,62压力收集设备,621高速采集卡,622计算机,A、B、C阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明的保护范围。
缩略语和关键术语说明
非稳态:页岩基质中与流动有关的参数(如速度、压力)随时间而变化的状态,称为非稳态。
传质效率:基质-裂缝接触面上,单位时间内通过的流体的体积。
形状因子:单位体积下流体运移的横截面积与特征流动距离的比,是一个与多个几何因素有关的参数,通常用于多重介质模型中表征基质-裂缝间传质效率的大小。
基质:在本发明中,基质对应于基质-裂缝系统的基质,指的是除裂缝之外的多孔介质;在优选实施方式中,利用由两块间隔开的岩心模拟基质-裂缝系统,其中两块岩心模拟基质,两块岩心之间的缝隙模拟裂缝。
下面参考本发明的若干代表性实施方式,详细阐述本发明的原理和精神。
本发明一实施例提供了一种基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置,其中,基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置包括:
岩心夹持器、流体注入系统、围压注入系统、裂缝压力控制系统、恒温控制系统和压力采集系统;
其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有测压点;在使用所述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进行非稳态传质过程中,基质-裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口;
流体注入系统与岩心夹持器进口连接用以向岩心夹持器内加持的基质-裂缝岩心样品注入流体;围压注入系统与岩心夹持器的围压施加部连接,用以实现岩心夹持器的围压施加;所述裂缝压力控制系统与压力扰动泄压口连接,用以向压力扰动泄压口施压;恒温控制系统用于提供模拟温度环境;所述压力采集系统用于采集压力扰动泄压口的压力和岩心夹持器的测压点的压力。
在一实施方式中,流体注入系统包括:中间容器以及与中间容器连接的流体存储设备和流体输送设备。进一步地,流体存储设备包括气源、与气源连接的气体增压泵和与气体增压泵连接的高压气体储罐;气体增压泵用于气体增压;高压气体储罐用于储存高压气体。再进一步地,高压气体储罐设置有安全保护部。其中,安全保护部优选使用安全阀;当高压气体储罐压力高于安全控制压力时,安全阀会自动打开对储罐进行泄压。其中,流体输送设备优选使用恒速恒压泵,例如微流量压泵。
在一实施方式中,围压注入系统包括围压泵;例如,选用恒速恒压泵。
在一实施方式中,裂缝压力控制系统包括依次连接的回压泵、回压容器和回压阀,回压阀与压力扰动泄压口连接。进一步地,回压阀进一步与岩心夹持器出口连接。
在一实施方式中,压力采集系统包括压力测量设备和与压力测量设备连接的压力收集设备。进一步地,压力测量设备优用高精度压力传感器。进一步地,所述压力收集设备包括高速采集卡和计算机,高速采集卡用于实时监测压力测量设备测得的压力数据并将其传输至计算机。
在一实施方式中,该基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括真空系统,真空系统与岩心夹持器连接用于对岩心夹持器进行抽真空。进一步地,真空系统包括真空泵、真空表和真空缓冲容器。
在一实施方式中,该基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括气体增压系统,所述气体增压系统用于为基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中的泵提供带压气体。进一步地,气体增压系统包括空气压缩机,用于对空气进行压缩,增压的空气一方面用于开启恒速恒压泵的气动阀,另一方面用于气体增压泵的动力。
在一实施方式中,该装置进一步包括金属渗透垫片,所述金属渗透垫片设置于岩心加持器中,金属渗透垫片位置对准压力扰动泄压口;所述金属渗透垫片用于将置于岩心加持器的两块岩心隔开从而形成模拟裂缝,金属渗透垫片的宽度即为实验中模拟裂缝宽度。可以选用不同厚度的金属渗透垫片实现不同宽度裂缝的模拟。
在一实施方式中,该装置进一步包括带通孔的金属垫块,通过将不同长度的岩心与不同长度的带通孔的金属垫块进行组合,可以对不同基质特征长度下基质-裂缝间的窜流规律进行模拟,基质特征长度代表了地下缝网密度,特征长度越小,缝网密度越大。
在一实施方式中,通过在裂缝处加入不同量的支撑剂可以实现模拟不同支撑剂浓度、不同开度的裂缝。
在一实施方式中,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点,例如至少8个测压点。页岩储层基质和裂缝间的窜流是不稳定的,在窜流过程中基质岩块的压力是时空演化的,即随着时间和位置的变化,压力的大小及变化速度同样发生变化,设置多个测压点可以更好地测试基质岩块不同位置的压力,更好的确定基质岩块压力分布特征。
在一实施方式中,压力扰动泄压口设置于岩心夹持器进口端与出口端中间,在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的设置的各测压点以压力扰动泄压口所在位置为中轴线对称设置。
在一实施方式中,在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的设置的各测压点中,离裂缝越近处测压点间距越小、离裂缝越远处测压点间距越大。
在一实施方式中,岩心加持器为长岩心夹持器,长岩心夹持器的内部长度不低于200mm;例如,长岩心夹持器适用的最大岩心规格为45mm×45mm×600mm。岩心夹持器既可采用常规圆柱体岩心夹持器,也可采用方形岩心夹持器,采用45mm×45mm的方形长岩心夹持器后,长岩心夹持器有效的降低了岩心端面效应的影响,且更大更长的岩心增大了岩心内饱和流体的体积,也有效降低了实验的误差。
本发明提供的基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置能够用于进行地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程模拟实验,从而获取地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中不同时刻的基质压力、不同时刻的基质压力变化速率、不同时刻的裂缝压力。
参见图1,本发明一实施例提供了一种基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法,其中,该方法包括:
步骤S1:获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率和基质导压系数;
步骤S2:基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子。
在一实施方式中,获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率包括:包括:
在一定温度围压下,将基质-裂缝岩心样品在岩心夹持器中饱和流体;其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,基质-裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口;
对饱和流体后基质-裂缝岩心样品加压至目标饱和流体压力,待基质-裂缝岩心样品基质压力以及裂缝压力稳定后,记录初始平衡压力;
降低岩心夹持器在压力扰动泄压口管线端的压力至实验停止压力,在所述基质-裂缝岩心样品中产生压力差值,记录不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值和基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,直至基质-裂缝岩心样品基质压力值降低至实验停止压力;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值,确定不同时刻的基质压力变化速率;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中裂缝压力随时间变化的关系式;
进一步地,基质-裂缝岩心样品由两块间隔开的岩心组成;两块岩心之间的间隔用以模拟裂缝,两块岩心用以模拟基质;
进一步地,通过在两块岩心中间设置金属渗透垫片形成两块岩心之间的间隔,金属渗透垫片位置对准压力扰动泄压口,金属渗透垫片将两块岩心隔开从而形成模拟裂缝;
进一步地,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点;测压点压力代表基质-裂缝岩心样品不同位置的基质压力值;基质-裂缝岩心样品基质压力值使用各测压点压力值的平均值表示;更进一步地,在各测压点中,离裂缝越近处测压点间距越小、离裂缝越远处测压点间距越大;
其中,对岩心夹持器中的基质-裂缝岩心样品施加围压采用向基质-裂缝岩心样品的外侧壁施加压力的方式进行即可。
在一实施方式中,使用上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置实现上述“在一定温度围压下,将基质-裂缝岩心样品在岩心夹持器中饱和流体;其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,基质-裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口;对饱和流体后基质-裂缝岩心样品加压至目标饱和流体压力,待基质-裂缝岩心样品基质压力以及裂缝压力稳定后,记录初始平衡压力;降低岩心夹持器在压力扰动泄压口管线端的压力至实验停止压力,在所述基质-裂缝岩心样品中产生压力差值,记录不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值和基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,直至基质-裂缝岩心样品基质压力值降低至实验停止压力”。
在一实施方式中,岩心夹持器设有多个基质-裂缝岩心样品基质压力测压点,不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值为该时刻各基质-裂缝岩心样品基质压力测压点测得的基质-裂缝岩心样品基质压力的平均值。
在一实施方式中,所述基质压力随时间变化的关系式为:
Figure BDA0002967235920000141
式中,
Figure BDA0002967235920000142
为t时刻的基质压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κm为基质压力递减系数。
在一实施方式中,裂缝压力随时间变化的关系式为:
Figure BDA0002967235920000143
式中,pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κf为裂缝压力递减系数。
在一实施方式中,当流体为液体时,基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子包括:
基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和所述不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子;
进一步地,确定不同时刻的形状因子通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000151
式中,σ(t)为t时刻的形状因子,m-2
Figure BDA0002967235920000152
为t时刻的基质压力,MPa;pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;η为基质导压系数,m2/s;
Figure BDA0002967235920000153
为t时刻的基质压力变化速率,MPa/s。
在一实施方式中,当流体为液体时,获取基质导压系数包括:
获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度;
基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度,确定所述基质导压系数;
进一步地,基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度,确定所述基质导压系数通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000154
式中,η为基质导压系数,m2/s;km为基质渗透率,mD;φm为基质孔隙度,%;μ为流体的粘度,mPa·s;ct为基质孔隙压缩系数,MPa-1
在一实施方式中,当流体为气体时,基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子包括:
基于基质压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定基质拟压力随时间变化的关系式;
基于裂缝压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对裂缝中流体压力特征进行表征,确定裂缝拟压力随时间变化的关系式;
基于不同时刻的基质压力变化速率,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定不同时刻的基质拟压力变化速率;
基于所述基质导压系数、所述基质拟压力随时间变化的关系式、所述裂缝拟压力随时间变化的关系式和所述不同时刻的基质拟压力变化速率,确定不同时刻的形状因子;
进一步地,确定不同时刻的形状因子通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000161
式中,σ(t)为t时刻的形状因子,m-2
Figure BDA0002967235920000162
为t时刻的基质拟压力,MPa;mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa;
Figure BDA0002967235920000163
为基质导压系数,m2/s;
Figure BDA0002967235920000164
为t时刻的基质拟压力变化速率,MPa/s。
进一步地,基质拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure BDA0002967235920000165
式中,
Figure BDA0002967235920000166
为t时刻的基质拟压力,MPa2/(mPa·s);
Figure BDA0002967235920000167
为t时刻的基质压力,MPa;
Figure BDA0002967235920000168
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure BDA0002967235920000169
为基质-裂缝岩心样品基质导压系数,m2/s;
Figure BDA00029672359200001610
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体压缩因子;
进一步地,裂缝拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure BDA00029672359200001611
式中,mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa2/(mPa·s);pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;pb为参考压力,MPa;μ[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure BDA00029672359200001614
为基质导压系数,m2/s;Z[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体压缩因子。
在一实施方式中,当流体为气体时,获取基质导压系数包括:
获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度随压力变化的关系式;
基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度随压力变化的关系式,确定在基质压力范围内基质导压系数的平均值作为所述基质导压系数;
进一步地,确定在基质压力范围内基质导压系数的平均值通过下述公式进行:
Figure BDA00029672359200001612
式中,
Figure BDA00029672359200001613
为基质压力范围内基质导压系数的平均值,m2/s;km为基质渗透率,mD;φm为基质孔隙度,%;p为非稳态传质结束时的基质压力,MPa;p0为非稳态传质初始时刻基质压力,MPa;μ(p,T)为压力为p温度为T时对应的流体粘度,mPa·s;ct(p,T)为压力为p温度为T时对应的基质综合压缩系数,MPa-1
在一实施方式中,所述基质-裂缝岩心样品为致密储层的模拟基质-裂缝岩心样品,例如页岩储层的模拟基质-裂缝岩心样品。
在一实施方式中,所述基质压力为基质中各位置处的平均压力。
参见图2,本发明一实施例提供了一种基质-裂缝间非稳态传质效率的确定方法,其中,该方法包括:
步骤S21:获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率和基质导压系数;
步骤S22:基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子;
步骤S23:基于不同时刻的形状因子,利用窜流方程确定基质-裂缝间非稳态传质不同时刻的传质效率。
在一实施方式中,获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率包括:包括:
在一定温度围压下,将基质-裂缝岩心样品在岩心夹持器中饱和流体;其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,基质-裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口;
对饱和流体后基质-裂缝岩心样品加压至目标饱和流体压力,待基质-裂缝岩心样品基质压力以及裂缝压力稳定后,记录初始平衡压力;
降低岩心夹持器在压力扰动泄压口管线端的压力至实验停止压力,在所述基质-裂缝岩心样品中产生压力差值,记录不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值和基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,直至基质-裂缝岩心样品基质压力值降低至实验停止压力;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值,确定不同时刻的基质压力变化速率;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中裂缝压力随时间变化的关系式;
进一步地,基质-裂缝岩心样品由两块间隔开的岩心组成;两块岩心之间的间隔用以模拟裂缝,两块岩心用以模拟基质;
进一步地,通过在两块岩心中间设置金属渗透垫片形成两块岩心之间的间隔,金属渗透垫片位置对准压力扰动泄压口,金属渗透垫片将两块岩心隔开从而形成模拟裂缝;
进一步地,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点;测压点压力代表基质-裂缝岩心样品不同位置的基质压力值;基质-裂缝岩心样品基质压力值使用各测压点压力值的平均值表示;更进一步地,在各测压点中,离裂缝越近处测压点间距越小、离裂缝越远处测压点间距越大;
其中,对岩心夹持器中的基质-裂缝岩心样品施加围压采用向基质-裂缝岩心样品的外侧壁施加压力的方式进行即可。
在一实施方式中,使用上述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置实现上述“在一定温度围压下,将基质-裂缝岩心样品在岩心夹持器中饱和流体;其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,基质-裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口;对饱和流体后基质-裂缝岩心样品加压至目标饱和流体压力,待基质-裂缝岩心样品基质压力以及裂缝压力稳定后,记录初始平衡压力;降低岩心夹持器在压力扰动泄压口管线端的压力至实验停止压力,在所述基质-裂缝岩心样品中产生压力差值,记录不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值和基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,直至基质-裂缝岩心样品基质压力值降低至实验停止压力”。
在一实施方式中,岩心夹持器设有多个基质-裂缝岩心样品基质压力测压点,不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值为该时刻各基质-裂缝岩心样品基质压力测压点测得的基质-裂缝岩心样品基质压力的平均值。
在一实施方式中,所述基质压力随时间变化的关系式为:
Figure BDA0002967235920000191
式中,
Figure BDA0002967235920000192
为t时刻的基质压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κm为基质压力递减系数。
在一实施方式中,裂缝压力随时间变化的关系式为:
Figure BDA0002967235920000193
式中,pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κf为裂缝压力递减系数。
在一实施方式中,当流体为液体时,基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子包括:
基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和所述不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子;
进一步地,确定不同时刻的形状因子通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000194
式中,σ(t)为t时刻的形状因子,m-2
Figure BDA0002967235920000195
为t时刻的基质压力,MPa;pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;η为基质导压系数,m2/s;
Figure BDA0002967235920000196
为t时刻的基质压力变化速率,MPa/s。
在该实施方式中,不同时刻的形状因子的确定公式有效实现了窜流方程与物质平衡方程(基质-裂缝间的窜流量即是基质岩块孔隙中的流体因为压力下降而导致自身体积膨胀的体积量)的有效结合。
在一实施方式中,当流体为液体时,获取基质导压系数包括:
获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度;
基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度,确定所述基质导压系数;
进一步地,基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度,确定所述基质导压系数通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000201
式中,η为基质导压系数,m2/s;km为基质渗透率,mD;φm为基质孔隙度,%;μ为流体的粘度,mPa·s;ct为基质孔隙压缩系数,MPa-1
在一实施方式中,当流体为气体时,基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子包括:
基于基质压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定基质拟压力随时间变化的关系式;
基于裂缝压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对裂缝中流体压力特征进行表征,确定裂缝拟压力随时间变化的关系式;
基于不同时刻的基质压力变化速率,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定不同时刻的基质拟压力变化速率;
基于所述基质导压系数、所述基质拟压力随时间变化的关系式、所述裂缝拟压力随时间变化的关系式和所述不同时刻的基质拟压力变化速率,确定不同时刻的形状因子;
进一步地,确定不同时刻的形状因子通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000202
式中,σ(t)为t时刻的形状因子,m-2
Figure BDA0002967235920000203
为t时刻的基质拟压力,MPa;mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa;
Figure BDA0002967235920000204
为基质导压系数,m2/s;
Figure BDA0002967235920000205
为t时刻的基质拟压力变化速率,MPa/s。
进一步地,基质拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure BDA0002967235920000206
式中,
Figure BDA0002967235920000211
为t时刻的基质拟压力,MPa2/(mPa·s);
Figure BDA0002967235920000212
为t时刻的基质压力,MPa;
Figure BDA0002967235920000213
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure BDA0002967235920000214
为基质-裂缝岩心样品基质导压系数,m2/s;
Figure BDA0002967235920000215
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体压缩因子;
进一步地,裂缝拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure BDA0002967235920000216
式中,mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa2/(mPa·s);pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;pb为参考压力,MPa;μ[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure BDA0002967235920000217
为基质导压系数,m2/s;Z[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体压缩因子。
在一实施方式中,当流体为气体时,获取基质导压系数包括:
获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度随压力变化的关系式;
基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度随压力变化的关系式,确定在基质压力范围内基质导压系数的平均值作为所述基质导压系数;
进一步地,确定在基质压力范围内基质导压系数的平均值通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000218
式中,
Figure BDA0002967235920000219
为基质压力范围内基质导压系数的平均值,m2/s;km为基质渗透率,mD;φm为基质孔隙度,%;p为非稳态传质结束时的基质压力,MPa;p0为非稳态传质初始时刻基质压力,MPa;μ(p,T)为压力为p温度为T时对应的流体粘度,mPa·s;ct(p,T)为压力为p温度为T时对应的基质综合压缩系数,MPa-1
在一实施方式中,所述基质-裂缝岩心样品为致密储层的模拟基质-裂缝岩心样品,例如页岩储层的模拟基质-裂缝岩心样品。
在一实施方式中,所述基质压力为基质中各位置处的平均压力。
在一实施方式中,当流体为液体时,窜流方程为:
Figure BDA00029672359200002110
式中,qmf(t)为t时刻整个体积单元V中的流速,10-6m3/s;σ(t)为t时刻形状因子,m-2;km为基质渗透率,mD;V为基质岩块的总体积,m3;μ为流体粘度,mPa·s;
Figure BDA0002967235920000221
为t时刻基质压力,MPa;
Figure BDA0002967235920000222
为t时刻裂缝压力,MPa。
在一实施方式中,当流体为气体时,窜流方程为:
Figure BDA0002967235920000223
式中,qmf(t)为t时刻整个体积单元V中的流速,10-6m3/s;σ(t)为t时刻形状因子,m-2;km为基质渗透率,mD;V为基质岩块的总体积,m3
Figure BDA0002967235920000224
为t时刻的基质拟压力,MPa;mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa;pSC为标况下的压力,MPa;TSC为标况下的温度,K;T为实验温度,K。
实施例1
本实施例提供了一种基质-裂缝间非稳态传质效率的确定方法。
该方法使用下述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进行基质-裂缝间非稳态传质模拟,进而获取地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中不同时刻的基质压力和不同时刻的裂缝压力;如图3所示,所述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置包括:
岩心夹持器1、流体注入系统2、围压注入系统3、裂缝压力控制系统5、恒温控制系统4和压力采集系统6;
其中,岩心夹持器1在进口11端与出口12端中间设有压力扰动泄压口13;岩心夹持器1在进口11端与出口12端之间与压力扰动泄压口13相对的一侧设有8个测压点15,这8个测压点15以压力扰动泄压口所在位置为中轴线对称设置;岩心加持器1内设有金属渗透垫片14,金属渗透垫片14位置对准压力扰动泄压口13;金属渗透垫片14用于将置于岩心加持器1中的两块岩心隔开从而形成模拟裂缝,金属渗透垫片14的宽度即为实验中模拟裂缝宽度;岩心夹持器1为长岩心夹持器,适用的最大岩心规格为45mm×45mm×600mm;
流体注入系统2包括中间容器21以及与中间容器21连接的流体存储设备23和流体输送设备22;其中,流体存储设备23包括气源231、与气源连接的气体增压泵232和与气体增压泵232连接的高压气体储罐233;气源231选用存储有高纯甲烷气体的低压气体储罐,气体增压泵232用于气体增压,高压气体储罐233用于储存高压气体;高压气体储罐233设置有安全保护部2331,其中,安全保护2331选用安全阀;当高压气体储罐233压力高于安全控制压力时,安全阀会自动打开对储罐进行泄压;流体输送设备22选用恒速恒压泵,此恒速恒压泵选用微流量压泵;中间容器21与岩心夹持器1的进口11连接,从而实现流体注入系统2与岩心夹持器1的进口连接用以向岩心夹持器1内加持的基质-裂缝岩心样品注入流体;其中,中间容器21与岩心夹持器1的进口11的连接管路上设有阀门A以及测压设备;
围压注入系统3包括围压泵31;围压泵31选用恒速恒压泵;围压泵31与岩心夹持器1的围压施加部连接,从而实现围压注入系统3与岩心夹持器1的围压施加部连接用以实现岩心夹持器1的围压施加;其中,围压泵31与岩心夹持器1的围压施加部的连接管路上设有测压设备;
裂缝压力控制系统5包括依次连接的回压泵53、回压容器52和回压阀;回压阀51与压力扰动泄压口13连接,从而实现裂缝压力控制系统5与压力扰动泄压口13连接,用以向压力扰动泄压口13施压;其中,回压阀51与压力扰动泄压口13的连接管路上设有阀门B以及测压设备;
压力采集系统6包括压力测量设备61和与压力测量设备61连接的压力收集设备62;压力测量设备61包括高精度压力传感器611、高精度压力传感器612、高精度压力传感器613、高精度压力传感器614、高精度压力传感器615、高精度压力传感器616、高精度压力传感器617、高精度压力传感器618和高精度压力传感器619;高精度压力传感器611、高精度压力传感器612、高精度压力传感器613、高精度压力传感器614、高精度压力传感器615、高精度压力传感器616、高精度压力传感器617、高精度压力传感器618分别与8个测压点连接,用以实现岩心夹持器8个测压点的压力测量;高精度压力传感器619与压力扰动泄压口13连接,用以实现压力扰动泄压口13的压力测量;压力收集设备62包括高速采集卡621和计算机622;高速采集卡621分别与压力测量设备61以及计算机622连接,用于实时监测压力测量设备61测得的压力数据并将其传输至计算机622;
恒温控制系统选用恒温箱,恒温控制系统用于放置中间容器以及岩心夹持器1,实现提供模拟温度环境;
进一步地,该基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括气体增压系统,所述气体增压系统用于为基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中的泵提供带压气体;气体增压系统选用空气压缩机,用于对空气进行压缩,增压的空气一方面用于开启恒速恒压泵的气动阀,另一方面用于气体增压泵的动力;
进一步地,该基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括流量计54,流量计54与岩心夹持器1的出口12连接,用以监测岩心夹持器1的出口12的流体流量;
进一步地,回压阀51为四通阀,回压阀51另与岩心夹持器1的出口12连接,用以控制岩心夹持器1的出口12的回压;回压阀51另与流量计54连接,从而实现流量计54与岩心夹持器1的出口12连接;
进一步地,该基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括真空系统,真空系统包括真空泵、真空表和真空缓冲容器;真空系统与岩心夹持器1连接用于对岩心夹持器1进行抽真空。
本实施例提供的基质-裂缝间非稳态传质效率的确定方法包括:
步骤1、获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及高纯甲烷随压力变化的关系式;
其中,获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率和孔隙度时通过将两段长度相同的岩心烘干后进行孔渗参数测试的方式获取;
获取压缩系数随压力变化的关系式以及高纯甲烷随压力变化通过常规方式进行即可。
步骤2、基于步骤1获取的基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度随压力变化的关系式,确定在基质压力范围内基质导压系数的平均值作为基质导压系数;
其中,在基质压力范围内基质导压系数的平均值通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000241
式中,
Figure BDA0002967235920000242
为基质压力范围内基质导压系数的平均值,m2/s;km为基质渗透率,mD;φm为基质孔隙度,%;p为非稳态传质结束时的基质压力,MPa;p0为非稳态传质初始时刻基质压力,MPa;μ(p,T)为压力为p温度为T时对应的流体粘度,mPa·s;ct(p,T)为压力为p温度为T时对应的基质综合压缩系数,MPa-1
步骤3、获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率;具体包括:
3.1、在一定温度围压下,将基质-裂缝岩心样品在岩心夹持器中饱和流体;其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,基质-裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口;
3.2、对饱和流体后基质-裂缝岩心样品加压至目标饱和流体压力,待基质-裂缝岩心样品基质压力以及裂缝压力稳定后,记录初始平衡压力;
3.3、降低岩心夹持器在压力扰动泄压口管线端的压力至实验停止压力,在所述基质-裂缝岩心样品中产生压力差值,记录不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值和基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,直至基质-裂缝岩心样品基质压力值降低至实验停止压力;
3.4、基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式;
基质压力随时间变化的关系式为:
Figure BDA0002967235920000251
式中,
Figure BDA0002967235920000252
为t时刻的基质压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κm为基质压力递减系数;
3.5、基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中裂缝压力随时间变化的关系式;
裂缝压力随时间变化的关系式为:
Figure BDA0002967235920000253
式中,pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κf为裂缝压力递减系数;
具体而言:
(1)将烘干的两段长度相同的岩心装入夹持器1中,两块岩心之间用具有一定宽度的金属渗透垫片14隔开,金属渗透垫片14的宽度即为实验中模拟裂缝宽度,金属渗透垫片14位置对准压力扰动泄压口13;
(2)关闭岩心加持器1的进口11端阀门A和出口12端阀门C,然后将真空系统接入阀C对岩心加持器1进行抽空,待抽空48小时后,关闭阀C并停止抽空;
(3)使用围压注入系统3为岩心加持器1中的基质-裂缝岩心样品提供围压;
(4)使用裂缝压力控制系统增加回压至5MPa,打开流体输送设备22,打开阀门A、阀门B,然后以恒定20MPa的压力从岩心加持器1的进口11向岩心加持器1中注入甲烷以饱和岩心;
(5)待流量计54测得岩心加持器1的出口12处气体流量稳定不变后,关闭阀门A、阀门B;然后调节回压泵53的泵压至实验压力pt,打开阀门C,然后继续以恒定压力pt由阀门C裂缝处向岩心中注入实验流体;待阀门A端、阀门B端以及岩心加持器1上各测压点15处的压力均达到pt后,然后停止注入并关闭阀门C;待各测压点15以及压力扰动泄压口13的压力稳定后,记录初始平衡压力p0;然后将阀门C处回压调节至略高于p0
(6)通过调节阀门C处裂缝压力控制系统5,降低阀门C处回压至设计的实验停止压力p;打开阀门C(阀门A、阀门B保持关闭状态),此时(t1时刻)裂缝内流体压力开始下降,基质与裂缝之间开始发生传质。
(7)实验过程中,通过与岩心加持器1连接的高精度压力传感器611-619实时监测各测压点15以及压力扰动泄压口13的压力,待各测压点15的压力降低至p后停止实验;实验结束后将所测压力数据导出备用。
(8)根据测得的压力数据,可以得到基质压力
Figure BDA0002967235920000261
和裂缝压力
Figure BDA0002967235920000262
考虑到测压点非等距分布,因此采用距离加权平均方法计算基质压力;
Figure BDA0002967235920000263
式中,
Figure BDA0002967235920000264
为t时刻的基质压力,MPa;p1(t)为t时刻高精度压力传感器611测得的基质压力,MPa;p2(t)为t时刻高精度压力传感器612测得的基质压力,MPa;p3(t)为t时刻高精度压力传感器613测得的基质压力,MPa;p4(t)为t时刻高精度压力传感器614测得的基质压力,MPa;p5(t)为t时刻高精度压力传感器615测得的基质压力,MPa;p6(t)为t时刻高精度压力传感器616测得的基质压力,MPa;p7(t)为t时刻高精度压力传感器617测得的基质压力,MPa;p8(t)为t时刻高精度压力传感器618测得的基质压力,MPa;pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;p9(t)为t时刻高精度压力传感器619测得的基质压力,MPa;L为单块岩心的长度,m;L1为高精度压力传感器611与传感器612之间的水平距离,m;L2为高精度压力传感器612与传感器613之间的水平距离,m;L3为高精度压力传感器613与传感器614之间的水平距离,m;L4为高精度压力传感器614与传感器619之间的水平距离,m;L5为高精度压力传感器615与传感器619之间的水平距离,m;L6为高精度压力传感器616与传感器615之间的水平距离,m;L7为高精度压力传感器617与传感器616之间的水平距离,m;L8为高精度压力传感器618与传感器617之间的水平距离,m;
结果如图4所示;
(9)当实验过程中测试数据量较多时,为了进一步提高数据质量,可利用MATLAB中的smooth()函数对实验数据进行光滑处理;
结果如图5所示;
(10)为了提高计算的稳定性,利用下式对基质压力和裂缝压力进行拟合:
Figure BDA0002967235920000271
式中,
Figure BDA0002967235920000272
为t时刻的基质压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κm为基质压力递减系数;
Figure BDA0002967235920000273
式中,pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κf为裂缝压力递减系数。
步骤4、基于基质压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定基质拟压力随时间变化的关系式;其中,
基质拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure BDA0002967235920000274
式中,
Figure BDA0002967235920000275
为t时刻的基质拟压力,MPa2/(mPa·s);
Figure BDA0002967235920000276
为t时刻的基质压力,MPa;
Figure BDA0002967235920000277
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure BDA0002967235920000278
为基质-裂缝岩心样品基质导压系数,m2/s;
Figure BDA0002967235920000281
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体压缩因子;。
步骤5、基于裂缝压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对裂缝中流体压力特征进行表征,确定裂缝拟压力随时间变化的关系式;其中,裂缝拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure BDA0002967235920000282
式中,mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa2/(mPa·s);pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;pb为参考压力,MPa;μ[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure BDA0002967235920000283
为基质导压系数,m2/s;Z[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体压缩因子。
步骤6、基于不同时刻的基质压力变化速率,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定不同时刻的基质拟压力变化速率
步骤7、基于所述基质导压系数、所述基质拟压力随时间变化的关系式、所述裂缝拟压力随时间变化的关系式和所述不同时刻的基质拟压力变化速率,确定不同时刻的形状因子;其中,确定不同时刻的形状因子通过下述公式进行:
Figure BDA0002967235920000284
式中,σ(t)为t时刻的形状因子,m-2
Figure BDA0002967235920000285
为t时刻的基质拟压力,MPa;mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa;
Figure BDA0002967235920000286
为基质导压系数,m2/s;
Figure BDA0002967235920000287
为t时刻的基质拟压力变化速率,MPa/s;
结果如图6所示。
步骤8、基于不同时刻的形状因子,利用窜流方程确定基质-裂缝间非稳态传质不同时刻的传质效率;窜流方程为:
窜流方程为:
Figure BDA0002967235920000288
式中,qmf(t)为t时刻整个体积单元V中的流速,10-6m3/s;σ(t)为t时刻形状因子,m-2;km为基质渗透率,mD;V为基质岩块的总体积,m3
Figure BDA0002967235920000289
为t时刻的基质拟压力,MPa;mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa;pSC为标况下的压力,MPa;TSC为标况下的温度,K;T为实验温度,K;
结果如图7所示。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (26)

1.一种基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置,其中,该装置包括:
岩心夹持器、流体注入系统、围压注入系统、裂缝压力控制系统、恒温控制系统和压力采集系统;
其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有测压点;
流体注入系统与岩心夹持器进口连接;围压注入系统与岩心夹持器的围压施加部连接;所述裂缝压力控制系统与压力扰动泄压口连接;恒温控制系统用于提供模拟温度环境;所述压力采集系统用于采集压力扰动泄压口的压力和岩心夹持器的测压点的压力。
2.根据权利要求1所述的模拟实验装置,其中,该装置进一步包括金属渗透垫片,所述金属渗透垫片设置于岩心加持器中,金属渗透垫片位置对准压力扰动泄压口;所述金属渗透垫片用于将置于岩心加持器的两块岩心隔开从而形成模拟裂缝,金属渗透垫片的宽度即为实验中模拟裂缝宽度。
3.根据权利要求1所述的模拟实验装置,其中,所述裂缝压力控制系统包括依次连接的回压泵、回压容器和回压阀,回压阀与压力扰动泄压口连接。
4.根据权利要求1所述的模拟实验装置,其中,所述流体注入系统包括中间容器以及与中间容器连接的流体存储设备和流体输送设备。
5.根据权利要求4所述的模拟实验装置,其中,所述流体存储设备包括气源、与气源连接的气体增压泵和与气体增压泵连接的高压气体储罐;
优选地,高压气体储罐设置有安全保护部。
6.根据权利要求1所述的模拟实验装置,其中,所述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括真空系统,真空系统与岩心夹持器连接用于对岩心夹持器进行抽真空;所述真空系统包括真空泵、真空表和真空缓冲容器。
7.根据权利要求1所述的模拟实验装置,其中,所述基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括气体增压系统,所述气体增压系统用于为基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置中的泵提供带压气体。
8.根据权利要求1所述的模拟实验装置,其中,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点;
优选地,在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的设置的各测压点中,离裂缝越近处测压点间距越小、离裂缝越远处测压点间距越大。
9.根据权利要求1所述的模拟实验装置,其中,岩心加持器为长岩心夹持器,长岩心夹持器的内部长度不低于200mm。
10.一种基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法,其中,该方法包括:
获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率和基质导压系数;
基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子。
11.根据权利要求10所述的确定方法,其中,获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率包括:
在一定温度围压下,将基质-裂缝岩心样品在岩心夹持器中饱和流体;其中,所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口,基质-裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口,岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点;基质-裂缝岩心样品由两块间隔开的岩心组成,两块岩心之间的间隔用以模拟裂缝,两块岩心用以模拟基质;其中,各测压点的压力代表基质-裂缝岩心样品基质不同位置的压力,扰动泄压口压力代表裂缝压力;
对饱和流体后基质-裂缝岩心样品加压至目标饱和流体压力,待基质-裂缝岩心样品基质压力以及裂缝压力稳定后,记录初始平衡压力;
降低岩心夹持器在压力扰动泄压口管线端的压力至实验停止压力,在所述基质-裂缝岩心样品中产生压力差值,记录不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值和基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,直至基质-裂缝岩心样品基质压力值降低至实验停止压力;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品基质压力值,确定不同时刻的基质压力变化速率;
基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质-裂缝岩心样品裂缝压力值,拟合得到地层模拟温度下基质-裂缝岩心样品非稳态传质过程中裂缝压力随时间变化的关系式。
12.根据权利要求11所述的确定方法,其中,获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质-裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率使用权利要求1-9任一项所述的基质-裂缝间非稳态传质模拟实验装置进行。
13.根据权利要求10-12任一项所述的确定方法,其中,所述基质压力随时间变化的关系式为:
Figure FDA0002967235910000031
式中,
Figure FDA0002967235910000032
为t时刻的基质压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κm为基质压力递减系数。
14.根据权利要求10-12任一项所述的确定方法,其中,所述裂缝压力随时间变化的关系式为:
Figure FDA0002967235910000033
式中,pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;p为基质-裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力,MPa;p0为基质-裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力,MPa;κf为裂缝压力递减系数。
15.根据权利要求10-14任一项所述的确定方法,其中,当流体为液体时,基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子包括:
基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和所述不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子。
16.根据权利要求15所述的确定方法,其中,确定不同时刻的形状因子通过下述公式进行:
Figure FDA0002967235910000041
式中,σ(t)为t时刻的形状因子,m-2
Figure FDA0002967235910000042
为t时刻的基质压力,MPa;pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;η为基质导压系数,m2/s;
Figure FDA0002967235910000043
为t时刻的基质压力变化速率,MPa/s。
17.根据权利要求10、15、16任一项所述的确定方法,其中,当流体为液体时,获取基质导压系数包括:
获取一定温度围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度;
基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度,确定所述基质导压系数。
18.根据权利要求10-14任一项所述的确定方法,其中,当流体为气体时,基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率,确定不同时刻的形状因子包括:
基于基质压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定基质拟压力随时间变化的关系式;
基于裂缝压力随时间变化的关系式,引入拟压力函数对裂缝中流体压力特征进行表征,确定裂缝拟压力随时间变化的关系式;
基于不同时刻的基质压力变化速率,引入拟压力函数对基质中流体压力特征进行表征,确定不同时刻的基质拟压力变化速率;
基于所述基质导压系数、所述基质拟压力随时间变化的关系式、所述裂缝拟压力随时间变化的关系式和所述不同时刻的基质拟压力变化速率,确定不同时刻的形状因子。
19.根据权利要求18所述的确定方法,其中,确定不同时刻的形状因子通过下述公式进行:
Figure FDA0002967235910000044
式中,σ(t)为t时刻的形状因子,m-2
Figure FDA0002967235910000045
为t时刻的基质拟压力,MPa;mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa;
Figure FDA0002967235910000046
为基质导压系数,m2/s;
Figure FDA0002967235910000047
为t时刻的基质拟压力变化速率,MPa/s。
20.根据权利要求18或19所述的确定方法,其中,基质拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure FDA0002967235910000051
式中,
Figure FDA0002967235910000052
为t时刻的基质拟压力,MPa2/(mPa·s);
Figure FDA0002967235910000053
为t时刻的基质压力,MPa;
Figure FDA0002967235910000054
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure FDA0002967235910000055
为基质导压系数,m2/s;
Figure FDA0002967235910000056
为t时刻对应的基质压力和实验温度条件下的流体压缩因子。
21.根据权利要求18或19所述的确定方法,其中,裂缝拟压力随时间变化的关系式通过下述公式确定:
Figure FDA0002967235910000057
式中,mf(t)为t时刻的裂缝拟压力,MPa2/(mPa·s);pf(t)为t时刻的裂缝压力,MPa;pb为参考压力,MPa;μ[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体粘度,mPa·s;
Figure FDA0002967235910000058
为基质导压系数,m2/s;Z[pf(t),T]为t时刻对应的裂缝压力和实验温度条件下的流体压缩因子。
22.根据权利要求10、18-21任一项所述的确定方法,其中,当流体为气体时,获取基质导压系数包括:
获取地层模拟温度、模拟围压下基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度随压力变化的关系式;
基于所述基质-裂缝岩心样品基质渗透率、孔隙度、压缩系数随压力变化的关系式以及基质-裂缝岩心样品中流体的粘度随压力变化的关系式,确定在基质压力范围内基质导压系数的平均值作为所述基质导压系数。
23.根据权利要求22所述的确定方法,其中,确定在基质压力范围内基质导压系数的平均值通过下述公式进行:
Figure FDA0002967235910000059
式中,
Figure FDA0002967235910000061
为基质压力范围内基质导压系数的平均值,m2/s;km为基质渗透率,mD;φm为基质孔隙度,%;p为非稳态传质结束时的基质压力,MPa;p0为非稳态传质初始时刻基质压力,MPa;μ(p,T)为压力为p温度为T时对应的流体粘度,mPa·s;ct(p,T)为压力为p温度为T时对应的基质综合压缩系数,MPa-1
24.根据权利要求10-12任一项所述的确定方法,其中,所述基质-裂缝岩心样品为致密储层的模拟基质-裂缝岩心样品。
25.根据权利要求10-12任一项所述的确定方法,其中,所述基质压力为基质中各位置处的平均压力。
26.一种基质-裂缝间非稳态传质效率的确定方法,其中,该方法包括:
利用权利要求10-25任一项所述的基质-裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法确定不同时刻的形状因子;
基于不同时刻的形状因子,利用窜流方程确定基质-裂缝间非稳态传质不同时刻的传质效率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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