基于动量方程的页岩气体扩散能力表征模型与实验研究

摘要

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Kn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Kn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Kn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.