本文選題：頁巖氣藏 + 微尺度效應(yīng)��； 參考：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：頁巖氣全球儲量大,資源前景可觀,是接替常規(guī)油氣資源的重要選擇。但頁巖氣藏特低孔,特低滲,微納米級孔隙大量發(fā)育的儲層物性特征,使得氣體產(chǎn)出過程的運(yùn)移機(jī)制異常復(fù)雜。基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)條件的宏觀滲流力學(xué)理論已經(jīng)不能精確地表征頁巖氣滲流規(guī)律。針對于頁巖氣運(yùn)移過程中微尺度效應(yīng),本文引入介觀尺度方法一格子Boltzmann方法(LBM),分析了孔隙尺度及表征單元尺度(REV)頁巖氣滲流特征。本文研究內(nèi)容為深化頁巖氣藏復(fù)雜滲流理論,為頁巖氣藏的高效開發(fā)提供一定的理論支撐。本文研究內(nèi)容及相關(guān)成果如下:(1)通過大量國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研,分析了頁巖氣藏儲層物性特征和氣體運(yùn)移機(jī)制,明確了頁巖氣產(chǎn)出伴有微尺度效應(yīng)。(2)論述了格子Boltzmann方法的基本原理,推導(dǎo)了該方法的外力項(xiàng)方程,并給出了邊界條件,分析了格子Boltzmann方法在頁巖氣藏微納米級孔隙中氣體滲流規(guī)律研究的適用性及優(yōu)勢。(3)將Langmuir等溫吸附方程,Fick擴(kuò)散定律與彈性-鏡面組合邊界格式(BSR)相耦合,建立了考慮頁巖氣微觀滲流機(jī)制的格子Boltzmann模型;該模型考慮了頁巖氣的吸附—解吸,氣體擴(kuò)散,滑脫效應(yīng)等機(jī)理,并對頁巖氣在孔隙中的流動進(jìn)行了動態(tài)模擬,針對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析。(4)將巖心電鏡掃描圖二值化得到了頁巖基質(zhì)孔隙空間中質(zhì)點(diǎn)間的相關(guān)函數(shù),再以質(zhì)點(diǎn)間協(xié)方差的相關(guān)因子作為目標(biāo)函數(shù),優(yōu)化了四參數(shù)隨機(jī)生長法的參數(shù),提出了適用于頁巖氣藏復(fù)雜物性的數(shù)字巖心方法;再運(yùn)用格子Boltzmann方法求取巖心的孔隙度,孔隙迂曲度及固有滲透率等物性參數(shù),與前人經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了對比分析,驗(yàn)證了數(shù)值算法的正確性。(5)在REV尺度,推導(dǎo)了頁巖氣滲流格子Boltzmann模型,分別模擬了氣體在富含有機(jī)質(zhì)的孔隙介質(zhì)以及無機(jī)質(zhì)孔隙中的滲流,建立了考慮巖石基質(zhì)和天然裂縫的表征單元,模擬得到了天然裂縫的存在大幅度提高了頁巖儲層的全局滲透率的結(jié)論,印證了頁巖氣藏的高效開采應(yīng)該盡可能溝通天然裂縫的理論。成果為頁巖氣滲流格子Boltzmann模型由孔隙尺度向礦場尺度進(jìn)行升級提供了理論支撐。
[Abstract]:Shale gas is an important choice to replace conventional oil and gas resources because of its large global reserves and considerable resource prospects. However, the reservoir physical properties of very low porosity, ultra-low permeability and micro- and nanoscale porosity in shale gas reservoir make the migration mechanism of gas production process extremely complicated. The macroscopic percolation mechanics theory based on continuous medium hypothesis can not accurately characterize shale gas percolation law. Aiming at the microscale effect in shale gas migration, the mesoscopic scale method, lattice Boltzmann method, is introduced to analyze the pore size and the percolation characteristics of shale gas characterized by unit scale. The content of this paper is to deepen the complex percolation theory of shale gas reservoir and to provide certain theoretical support for the high efficiency development of shale gas reservoir. The research contents and related results are as follows: (1) based on a large number of domestic and foreign literature, the physical characteristics and gas migration mechanism of shale gas reservoirs are analyzed, and the basic principle of lattice Boltzmann method is discussed. The external force term equation of the method is derived, and the boundary conditions are given. The applicability and advantage of lattice Boltzmann method in the study of gas percolation law in shale gas reservoir in micro-nanometer pore are analyzed. The Langmuir isothermal adsorption equation is coupled with the elastic-mirror combined boundary format (BSRs). A lattice Boltzmann model considering the microscopic percolation mechanism of shale gas is established, which takes into account the adsorption and desorption mechanism, gas diffusion and slippage effect of shale gas, and simulates the flow of shale gas in pores dynamically. Sensitivity analysis of correlation parameters. 4) the correlation function between particles in shale matrix pore space is obtained by binarization of scanning electron microscope (SEM) diagram of core, and the correlation factor of covariance between particles is taken as objective function. The parameters of the four-parameter random growth method are optimized, the digital core method suitable for complex physical properties of shale gas reservoirs is put forward, and the physical parameters such as porosity, pore detour and inherent permeability of the core are obtained by using lattice Boltzmann method. Comparing with the previous empirical formulas, the correctness of the numerical algorithm is verified. At the REV scale, the lattice Boltzmann model of shale gas percolation is derived, and the gas percolation in organic rich porous media and inorganic pore is simulated, respectively. A characterization unit considering rock matrix and natural fractures is established, and the conclusion that the existence of natural fractures greatly improves the global permeability of shale reservoir is obtained by simulation. It confirms the theory that natural fractures should be communicated as much as possible in high efficiency production of shale gas reservoirs. The results provide theoretical support for the lattice Boltzmann model of shale gas percolation from pore scale to field scale.
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE312

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本文編號：1812597