粗糙孔壁对微/纳米尺度下致密砂岩气流动的影响

致密砂岩气藏具有明显的低孔低渗特征,基于常规低渗透气藏开发理论的实验手段和数值模拟方法无法准确揭示致密砂岩气藏的微观流动规律.同时,以往研究多针对简单平直通道或随机生成多孔介质开展流动模拟,而关于粗糙孔壁对致密砂岩气流动的影响研究较少.为此,考虑滑脱效应、边界克努森层以及非理想气体稠密性影响,基于LBGK-D2Q9模型构建了致密砂岩气藏微/纳米尺度流动数学模型,引入正则化算子消除格子Boltzmann方法在模拟微/纳米尺度复杂多孔介质流动中的非正常物理现象,提出了适用于模型的组合反弹/反射滑移边界条件关键参数,通过与文献中多种数值模拟方法的计算结果对比验证了模型的正确性.在此基础上,研究了孔道壁面分形维数、相对粗糙度、孔径、压力以及克努森数(Kn)对致密砂岩气流动影响规律,并通过大量模拟数据拟合得到孔道中致密砂岩气渗透率与Kn、壁面分形维数及相对粗糙度的数学关系式.研究结果表明:壁面分形维数和相对粗糙度越大,孔道中致密砂岩气平均流速越小,从而使得气体质量流量减小,渗透率显著下降;微尺度效应可促进致密砂岩气流动,且孔道壁面越粗糙其促进作用越弱;在给定粗糙孔道中,致密砂岩气流动特征主要受Kn控制,并且随Kn增大气体流动能力增加;孔道粗糙壁面对致密砂岩气流动能力的阻碍作用远大于微尺度效应的促进作用,并且Kn越大阻碍作用越明显,忽略粗糙孔壁对微/纳米尺度气体流动的阻碍作用会导致对气藏渗流能力的过高估计.