申请/专利权人：中国石油大学(华东)

申请日：2024-02-07

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN117725445B

主分类号：G06F18/2321

分类号：G06F18/2321;G06F17/11;G06F18/241

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2024.04.05#实质审查的生效;2024.03.19#公开

摘要：本发明公开了一种基于电导率的砂岩储层超临界二氧化碳饱和度计算方法，涉及油气田勘探开发技术领域。本发明根据岩石真实内部结构建立复杂结构多孔介质模型，基于分形理论表征多孔介质后，在复杂结构多孔介质模型中构建呈矩形的毛管束模型，设置其横截面形状和壁面粗糙度，并表征代表单元体中不同孔径毛管束的放大半径，构建润湿性和混相流体对毛管束的影响以及考虑离子流动、润湿壁面离子交换和超临界二氧化碳溶解的电导率模型，利用复杂结构多孔介质模型反演得到各相流体饱和孔径和超临界二氧化碳饱和度的变化情况。本发明实现了对砂岩储层中复杂多孔介质结构和岩石电导率的准确表征，提高了对砂岩储层中超临界二氧化碳饱和度的监测精度。

主权项：1.基于电导率的砂岩储层超临界二氧化碳饱和度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据多孔介质的真实结构，构建复杂结构多孔介质模型，并基于分形理论表征复杂结构多孔介质模型中的多孔介质；步骤2，在复杂结构多孔介质模型中构建呈矩形的毛管束模型，设置毛管束模型的横截面形状和壁面粗糙度；步骤3，在复杂结构多孔介质模型中选取代表单元体，表征代表单元体中不同孔径毛管束的放大半径；步骤4，构建润湿性和混相流体对不同孔径毛管束的影响；步骤5、构建考虑离子流动、润湿壁面离子交换和超临界二氧化碳溶解的电导率模型；步骤6、利用复杂结构多孔介质模型反演得到不同时刻各相流体的饱和孔径和超临界二氧化碳饱和度，得到各相流体饱和孔径和超临界二氧化碳饱和度的变化情况；所述步骤1中，基于多孔介质的真实结构，获取多孔介质中孔隙尺寸的分布规律，如公式（1）所示： （1）式中，为毛管束总数量，无量纲；为砂岩多孔介质内的最大毛管束半径，单位为μm；为砂岩多孔介质内的毛管束半径，单位为μm；为孔隙面积分形维数，二维尺度上，无量纲；对公式（1）进行求导，得到孔隙半径范围内为孔隙数量与孔隙尺寸之间的关系，如公式（2）所示： （2）式中，为无限小范围内的毛管束，为无限小范围内的孔隙；确定砂岩多孔介质中最小毛管束半径与最大毛管束半径之间的毛管束总数为： （3）式中，为砂岩多孔介质中的最小毛管束半径，单位为μm；将公式（2）和公式（3）相结合，得到概率密度分布函数，如公式（4）所示： （4）式中，为概率密度函数，无量纲；对概率密度分布函数积分确定分形理论的适用条件，得到或时采用分形理论，分形理论公式为： （5）其中， （6）式中，为多孔介质的孔隙度，无量纲；所述步骤2中，将微型圆锥型结构几何均匀分布于毛管束模型的表面，用于表征毛管束壁面的粗糙表面，如公式（7）所示： （7）式中，为微型圆锥的平均高度，单位为μm；为微型圆锥的高度，单位为μm；为孔隙尺寸长度，单位为μm；为壁面粗糙孔隙度，无量纲；设置毛管束模型中毛管束的真实孔隙半径，如公式（8）所示： （8）式中，为真实孔隙中单元截面上的最小孔隙半径，单位为μm；为真实孔隙中束缚水饱和最大孔隙半径，单位为μm；为真实孔隙中水饱和最大孔隙半径，单位为μm；为真实孔隙中超临界二氧化碳与水的混相饱和最大孔隙半径，单位为μm；为真实孔隙中单元截面上的最大孔隙半径，单位为μm；为真实孔隙半径，单位为μm；为砂岩多孔介质中超临界二氧化碳与水的混相饱和最大孔隙半径，单位为μm；为砂岩多孔介质中束缚水饱和最大孔隙半径，单位为μm；所述步骤3中，在复杂结构多孔介质模型中选取代表单元体，改变代表单元体中不同孔径毛管束的放大半径，表征砂岩内部毛管束的放大变形情况；选取代表单元体，计算代表单元体中弯曲毛管束的总长度，如公式（9）所示： （9）式中，为毛管束几何迂曲度的分形维数，二维空间中，无量纲；为弯曲毛管束总长度，单位为μm；为平均孔隙半径，单位为μm；为代表单元体的总长度，单位为μm；将不同孔径的毛管束半径表征为： （10）式中，为真实孔隙的最大毛管束增长半径，单位为μm；为最大毛管束增长半径，单位为μm；为真实孔隙中最大孔隙毛管束在代表单元体内的最大半径，单位为μm；为毛管束半径变化周期，无量纲；确定单根毛管束的体积为： （11）式中，为砂岩多孔介质内毛管束的体积，单位为μm3；所述步骤4中，针对不同孔径的毛管束饱和流体进行分类，表征水湿岩石壁面润湿性和超临界二氧化碳与水混相对各孔径毛管束的影响；分别确定代表单元体的总孔隙体积以及代表单元体内部的束缚水毛管束总体积、水饱和毛管束总体积、混相饱和毛管束总体积和超临界二氧化碳饱和毛管束总体积；所述代表单元体的总孔隙体积计算公式为： （12）式中，为代表单元体的总孔隙体积，单位为μm3；所述代表单元体内部的束缚水毛管束总体积计算公式为： （13）式中，为代表单元体内部的束缚水毛管束总体积，单位为μm3；所述代表单元体内部的水饱和毛管束总体积计算公式为： （14）式中，为代表单元体内部的水饱和毛管束总体积，单位为μm3；所述代表单元体内部的混相饱和毛管束总体积计算公式为： （15）式中，为代表单元体内部的混相饱和毛管束总体积，单位为μm3；所述代表单元体内部的超临界二氧化碳饱和毛管束总体积计算公式为： （16）式中，为代表单元体内部的超临界二氧化碳饱和毛管束总体积，单位为μm3；基于代表单元体的总孔隙体积以及代表单元体内部的束缚水毛管束总体积、水饱和毛管束总体积、混相饱和毛管束总体积和超临界二氧化碳饱和毛管束总体积，确定代表单元体的束缚水饱和度、水相饱和度、混相流体饱和度和超临界二氧化碳饱和度；所述代表单元体的束缚水饱和度计算公式为： （17）式中，为代表单元体的束缚水饱和度；所述代表单元体的水相饱和度计算公式为： （18）式中，为代表单元体的水相饱和度；所述代表单元体的混相流体饱和度计算公式为： （19）式中，为代表单元体的混相流体饱和度；所述代表单元体的超临界二氧化碳饱和度计算公式为： （20）式中，为代表单元体的超临界二氧化碳饱和度；所述步骤5中，所述电导率模型中，水饱和毛管束的电阻率为： （21）式中，为水饱和毛管束的电阻率，单位为Ω·m；为形状因子，单位为μm；为水相饱和毛细管半径，单位为μm；为水相润湿壁面离子交换的比表面电导率，单位为S；为代表单元体的横截面积，单位为μm2；超临界二氧化碳和水混相饱和毛管束的电阻率为： （22）式中，为超临界二氧化碳和水混相饱和毛管束的电阻率，单位为Ω·m；为归一化电导率系数，无量纲；为混相壁面离子交换的比表面电导率，单位为S；为混相饱和毛细管半径，单位为μm；为储层压力，单位为MPa；、、、、、、、均为经验参数；为水相中的NaCl浓度，单位为gL；为温度，单位为K；所述代表单元体的总电导率为： （23）式中，为代表单元体的总电导率，单位为Sm；结合迂曲度，将代表单元体的总电导率简化为： （24）式中，为毛管束迂曲度，，无量纲；所述步骤6中，由于超临界二氧化碳和水相的混相体积与超临界二氧化碳在水相中的溶解度有关，设置复杂结构多孔介质模型内水相中溶解的混相饱和毛管束总体积，如公式（25）所示： （25）其中， （26） （27）式中，为电导率模型内水相中溶解的混相饱和毛管束总体积；为超临界二氧化碳的体积分数，无量纲；为超临界二氧化碳的饱和度；为超临界二氧化碳在含NaCl离子水中的溶解度，单位为molkg；为超临界二氧化碳在水中的溶解度，单位为molkg；为阴离子、阳离子与超临界二氧化碳的三元作用参数；为钠离子的摩尔质量浓度；为氯离子的摩尔质量浓度，单位为molL；为超临界二氧化碳与水的二元作用参数，无量纲，，其中，、、均为二元作用系数，无量纲；所述超临界二氧化碳在水溶液中的溶解度为： （28）式中，、、、、、、均为温度相关参数，无量纲，计算公式为： （29）式中，为温度相关参数，为温度相关参数的序号，且为整数；、、、、、均为超临界二氧化碳溶解实验拟合系数，无量纲。

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百度查询： 中国石油大学(华东) 基于电导率的砂岩储层超临界二氧化碳饱和度计算方法

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