微纳孔隙中页岩气渗流的格子玻尔兹曼模拟研究

发布时间：2021-05-18 17:38

　　页岩气藏无论是赋存、渗流机理还是开采方式都与常规油气藏不同,人们对此问题的认识还比较少。首先,页岩气藏渗透率极低,一般小于1微达西,孔隙尺寸是微纳米的数量级。在微纳孔隙中,气体流动属于滑移流或过渡流,传统达西定律不再适用。其次,吸附状态的页岩气含量介于总含气量的20%⁸5%之间,吸附气对页岩气的渗流具有重要影响。再次,吸附层内气体由于具有浓度梯度,会产生扩散现象。目前对页岩气在微纳孔隙中渗流的研究还比较少,从微观上研究页岩气在微纳孔隙中的渗流机理对页岩气渗流理论的发展及页岩气的开采具有重要的理论和实际意义。本文在传统格子Boltzmann方法的基础上,考虑了微纳孔隙中高克努森数的影响,对驰豫时间进行了修正;综合反射及反弹边界,模拟了微纳孔隙边界处的气体滑移现象;利用Langmuir吸附模型,建立了页岩气吸附层厚度与温度、压力的关系;将页岩气吸附及吸附层内的扩散与格子Boltzmann方法相耦合,模拟了页岩气在微纳单管孔隙及多孔介质中的流动,分析了孔隙大小、压力、温度、滑移分数、吸附现象、扩散系数等因素对页岩气流动的影响。获得的主要结论如下:（1）由于页岩气在微纳孔... 

【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 页岩气勘探开发现状
        1.2.2 页岩气微观渗流理论进展
    1.3 研究内容、关键问题和技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 关键问题
        1.3.3 技术路线
    1.4 本章小结
第二章 页岩气的赋存特征及渗流机理
    2.1 页岩气藏的基本特征
    2.2 页岩气的赋存形式
        2.2.1 吸附态
        2.2.2 游离态
        2.2.3 溶解态
    2.3 微观条件下的气体流态划分
    2.4 页岩气的运移过程及微观渗流机理
        2.4.1 页岩气的吸附-解吸机理
        2.4.2 页岩气扩散机理
    2.5 本章小结
第三章 格子Boltzmann方法原理
    3.1 格子Boltzmann方法的基本思想
    3.2 格子Boltzmann方程
    3.3 格子Boltzmann的基本模型
        3.3.1 D2Q9模型
        3.3.2 D3Q19模型
    3.4 格子Boltzmann边界处理方法
        3.4.1 压力边界条件
        3.4.2 速度边界条件
        3.4.3 反弹边界条件
        3.4.4 周期性边界条件
        3.4.5 反弹与反射混合格式(BSR)
        3.4.6 非平衡态反弹格式
        3.4.7 非平衡外推格式
    3.5 格子Boltzmann方法中基本物理单位与格子单位的转化
        3.5.1 基于相似理论的单位转化
        3.5.2 基于无量纲方法的实际物理单位与格子单位之间转换
    3.6 本章小结
第四章 页岩气在微纳孔隙中的流动
    4.1 D2Q9模型的改进
        4.1.1 高克努森数下弛豫时间的修正
        4.1.2 考虑气体滑移现象时壁面边界条件的处理
        4.1.3 考虑气体扩散效应时壁面边界条件的处理
        4.1.4 吸附对孔隙大小的修正
        4.1.5 吸附层厚度与温度的关系
    4.2 格子Boltzmann模型的结果验证
        4.2.1 泊肃叶流动的数值解
        4.2.2 格子Boltzmann方法的结果验证
    4.3 页岩气在微纳孔隙中流动结果分析
        4.3.1 高克努森数对页岩气流动的影响
        4.3.2 气体的滑移效应对页岩气流动的影响
        4.3.3 吸附及扩散作用对页岩气流动的影响
        4.3.4 孔隙尺寸对页岩气流动的影响
        4.3.5 孔隙内温度对页岩气流动的影响
        4.3.6 气体吸附量对页岩气流动的影响
        4.3.7 气体扩散系数对页岩气流动的影响
    4.4 本章小结
第五章 页岩气在微纳多孔介质中的渗流规律
    5.1 多孔介质图片的获取及前期处理
    5.2 多孔介质图片的识别
    5.3 二维多孔介质中的参数选取及数值模拟
    5.4 页岩气在多孔介质中的模拟结果
        5.4.1 表面滑移对页岩气在多孔介质中流动的影响
        5.4.2 气体吸附作用对页岩气在多孔介质中流动的影响
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国页岩气地质特征、资源评价方法及关键参数[J]. 董大忠,王玉满,黄旭楠,张晨晨,管全中,黄金亮,王淑芳,李新景.  天然气地球科学. 2016(09)
[2]基于数字岩心的砂粒对储集层渗透特性影响[J]. 薛健康,王玉斗,王殿生,周伟,王雪英.  新疆石油地质. 2016(04)
[3]页岩气藏“甜点”构成要素及富气特征分析——以四川盆地长宁地区龙马溪组为例[J]. 潘仁芳,龚琴,鄢杰,金吉能.  天然气工业. 2016(03)
[4]恒粘度可压流N-S方程解的存在及性质[J]. 张美花.  九江学院学报(自然科学版). 2016(01)
[5]多孔介质渗流力学理论研究现状及发展趋势[J]. 孙婉.  上海国土资源. 2013(03)
[6]页岩气开发综述[J]. 张东晓,杨婷云.  石油学报. 2013 (04)
[7]中国页岩气资源勘探开发挑战初论[J]. 王道富,高世葵,董大忠,黄旭楠,王玉满,黄金亮,王淑芳,蒲泊伶.  天然气工业. 2013(01)
[8]中国非常规油气资源与勘探开发前景[J]. 贾承造,郑民,张永峰.  石油勘探与开发. 2012(02)
[9]页岩气储层的形成条件与储层的地质研究内容[J]. 郭岭,姜在兴,姜文利.  地质通报. 2011(Z1)
[10]页岩气资源潜力与勘探开发前景[J]. 董大忠,邹才能,李建忠,王社教,李新景,王玉满,李登华,黄金亮.  地质通报. 2011(Z1)

硕士论文
[1]基于格子Boltzmann方法的二维多孔介质渗流研究[D]. 邓平平.大连理工大学 2014



本文编号：3194211