A kinetic model for multicomponent gas transport in shale gas reservoirs and its applications

滑脱 努森扩散 努森数 扩散 石油工程 油页岩 工作(物理) 组分(热力学) 输运现象 吸附 热力学 物理 化学 地质学 材料科学 古生物学 复合材料 有机化学
作者
Shihao Wang,Yanbin Zhang,Haiyi Wu,Seong H. Lee,Rui Qiao,Xian‐Huan Wen
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:34 (8) 被引量:15
标识
DOI:10.1063/5.0101272
摘要

An accurate gas transport model is of vital importance to the simulation and production optimization of unconventional gas reservoirs. Although great success has been achieved in the development of single-component transport models, limited progress has been made in multicomponent systems. The major challenge of developing non-empirical multicomponent gas transport models lies in the absence of the quantification of the concentration impact on the fluid dynamic properties. To fill such a gap, this work presents a comprehensive transport model for multicomponent gas transport in shale and tight reservoirs. In developing the model, we first conducted molecular dynamic simulations to qualitatively understand the differential release of hydrocarbons from unconventional shale and tight reservoirs. It is found that the gas slippage, differential adsorption, and surface diffusion are the primary transport mechanisms in the working range of Knudsen number during reservoir production. Based on the molecular dynamic study, a quantitative transport model has been developed and validated, which extends existing models from single-component systems to multiple-component systems. The kinetic theory of gases is adopted and modified to model the multicomponent slippage effect. A generalized Maxwell–Stefan formulation with extended Langmuir adsorption isotherm is used to model the multicomponent surface diffusion process. The accuracy of the proposed model is above 90% for low to moderate Knudsen numbers in modeling the differential release phenomenon in unconventional reservoirs.

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