一種頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法以及頁巖氣儲層的評價方法與流程
本發(fā)明涉及天然氣勘探技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法以及頁巖氣儲層的評價方法。
背景技術(shù)：
目前，通常使用吸附法、高壓壓汞法測量頁巖儲層的微-納米孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，但在測量時存在的主要問題是：不同方法測量的范圍不同，吸附法和高壓壓汞法均不可能全面表征頁巖儲層微-納米孔隙的孔隙結(jié)構(gòu)特征。這是因?yàn)?，頁巖儲油氣孔隙中較小的有機(jī)孔隙孔徑主要尺度在10-200nm；吸附法(目前常用的bet及bjh理論)測量的為微孔(<2nm)至中孔(2-50nm)范圍，不能獲得50nm以上的微孔信息，且對于中孔以上孔隙，該方法出現(xiàn)測量偏差；高壓壓汞法(最高注入壓力達(dá)400mpa)測量的頁巖微-納米孔隙孔徑范圍在中孔(2-50nm)至宏孔(>50nm)及超大孔。對于中孔，因在高壓注入條件下存在“擴(kuò)喉”作用，所測結(jié)果不能客觀表征中孔以下的孔隙結(jié)構(gòu)特征。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法，該方法能表征全孔徑段的孔隙結(jié)構(gòu)特征，表征結(jié)果更為準(zhǔn)確。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種頁巖氣儲層的評價方法，利用上述頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法測試得到的全孔徑段的孔隙結(jié)構(gòu)特征，表征結(jié)果準(zhǔn)確，對評價頁巖氣儲層的氣藏儲能力有積極作用。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明提出一種頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法，包括以下步驟：
確定吸附法和高壓壓汞法均能夠表征的孔喉半徑的孔徑界線，將用吸附法測量得到的孔徑界線以下的孔隙結(jié)構(gòu)和高壓壓汞法測量得到的孔徑界線以上的孔隙結(jié)構(gòu)拼接，得到頁巖氣儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征。
本發(fā)明還提出一種頁巖氣儲層的評價方法，包括：利用上述頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法得到的結(jié)果對頁巖氣儲層進(jìn)行評價。
本發(fā)明實(shí)施例的一種頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法以及頁巖氣儲層的評價方法的有益效果是：一種頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法，通過確定吸附法和高壓壓汞法均能夠表征的孔喉半徑的孔徑界線，將用吸附法測量得到的孔徑界線以下的孔隙結(jié)構(gòu)和高壓壓汞法測量得到的孔徑界線以上的孔隙結(jié)構(gòu)拼接，能表征全孔徑段的孔隙結(jié)構(gòu)特征，表征結(jié)果更為準(zhǔn)確。
一種頁巖氣儲層的評價方法，利用上述頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法測試得到的全孔徑段的孔隙結(jié)構(gòu)特征，表征結(jié)果準(zhǔn)確，對評價頁巖氣儲層的氣藏儲能力有積極作用。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中的汞進(jìn)入毛細(xì)管中的表面力分析；
圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中泥頁巖樣品三軸條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式中吸附法和高壓壓汞法測量得到的孔徑分布圖；
圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式中泥頁巖樣品在高壓壓汞測試得到的第一毛細(xì)管壓力與第一孔喉半徑之間的關(guān)系；
圖5為本發(fā)明具體實(shí)施方式中不同大小毛細(xì)管中毛細(xì)管凝聚差異；
圖6為本發(fā)明具體實(shí)施方式中典型樣品的吸附法和高壓壓汞法毛細(xì)管壓力曲線對比；
圖7為本發(fā)明具體實(shí)施方式中泥頁巖樣品利用吸附法得到的相對壓力與第二孔喉半徑的關(guān)系圖；
圖8為本發(fā)明具體實(shí)施方式中泥頁巖儲層的毛細(xì)管壓力與孔喉半徑的關(guān)系分布曲線。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
下面對本發(fā)明實(shí)施例的一種頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法以及頁巖氣儲層的評價方法進(jìn)行具體說明。
一種頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法，包括以下步驟：
確定吸附法和高壓壓汞法均能夠表征的孔喉半徑的孔徑界線，將用吸附法測量得到的孔徑界線以下的孔隙結(jié)構(gòu)和高壓壓汞法測量得到的孔徑界線以上的孔隙結(jié)構(gòu)拼接，得到頁巖氣儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征。
進(jìn)行高壓壓汞法測試時，采用四面注汞的方式，如圖1，將汞加壓注入頁巖的柱狀樣品中，按照汞與孔隙表面做功原理，可以建立孔喉半徑與孔隙表面張力、潤濕接觸角及注入壓力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，即瓦什伯恩方程。對于砂巖、碳酸鹽巖儲層，巖石的屈服強(qiáng)度一般較高，其屈服輕度一般在180mpa以上，而常規(guī)壓汞測試的測試壓力一般都在200mpa以下，所以，一般情況下不可能產(chǎn)生施加壓力高于巖石孔隙壁的屈服強(qiáng)度的情況，也就不存在汞進(jìn)入孔喉時的“擴(kuò)喉”作用。而對于富有機(jī)質(zhì)的泥頁巖儲層來說，由于其屈服強(qiáng)度低，一般在100mpa以下，加上泥頁巖儲層中有機(jī)孔的屈服強(qiáng)度更低，在低壓狀態(tài)下，汞被注入大孔徑孔隙，由于泥頁巖中孔隙壁強(qiáng)度大于注入壓力，不可能產(chǎn)生“擴(kuò)喉”。但當(dāng)注入壓力增高后，注入壓力大于泥頁巖孔隙壁的屈服強(qiáng)度，就可能產(chǎn)生“擴(kuò)喉”作用，如圖2中的泥頁巖屈服強(qiáng)度為60mpa，換算成對應(yīng)的孔喉半徑約20nm，即對于該樣品，注入壓力大于60mpa時，20nm以下的孔喉產(chǎn)生“擴(kuò)喉”后，汞分子會進(jìn)入其中。
利用吸附法和高壓壓汞法對同一個樣品進(jìn)行孔徑測試分析，其測試結(jié)果如圖3所示。在高壓壓汞法與吸附法測試的孔徑重疊段(80nm以下)，明顯存在高壓壓汞法測試的孔徑大于吸附法測試的孔徑，高壓壓汞法的“擴(kuò)喉”作用明顯。
對同一個地方采集到的一組泥頁巖樣品進(jìn)行高壓壓汞測試，得到第一毛細(xì)管壓力與第一孔喉半徑之間的關(guān)系，其關(guān)系如圖4所示。從結(jié)果中可以看出，當(dāng)?shù)谝豢缀戆霃?lt;r1時，r1為38nm-42nm之間，進(jìn)汞壓力劇增，說明汞分子進(jìn)入r1以下的孔徑困難，在此孔徑以下，增壓注入汞，可能會造成“擴(kuò)喉”作用。而第一孔喉半徑>r1時，存在“擴(kuò)喉”的可能性較小，因而能夠表征第一孔喉半徑在r1以上的孔徑特征。
利用吸附法測量毛細(xì)管孔徑是建立在凱爾文的毛細(xì)管凝聚理論基礎(chǔ)上的，吸附法測試得到的凱爾文半徑是指毛細(xì)管中氣液彎曲界面曲率半徑。
由于吸附法是等溫升壓實(shí)驗(yàn)，而所加壓力有限，毛細(xì)管的氣體凝聚量也有限。如圖5所示，對于小孔徑毛細(xì)管，凝聚產(chǎn)生的液量可以充滿毛細(xì)管，形成彎曲氣液界面，從而可以計(jì)算得到第二孔喉半徑＝rk+t。其中，rk為kelvin半徑，t為吸附膜厚度。但是對于大孔徑的毛細(xì)管，由于凝聚液量有限，液體可能并沒有充滿毛細(xì)管形成彎曲氣液界面，而是在孔壁形成彎曲液滴。因此，對于大孔徑的毛細(xì)管，計(jì)算得到的kelvin半徑加上吸附膜厚度，并不是實(shí)際的第二孔喉半徑，其應(yīng)該比第二孔喉半徑小。也就是說，利用毛細(xì)管凝聚理論計(jì)算得到的第二孔喉半徑主要能反應(yīng)小孔徑的毛細(xì)管，對于大孔徑的毛細(xì)管是不能準(zhǔn)確表征的。
對同一組樣品進(jìn)行高壓壓汞法和吸附法測試，高壓壓汞法測量得到的第一孔喉半徑與吸附法測量得到的第二孔喉半徑對比，如圖6所示，在大于r2(r2為38nm-42nm)的孔喉區(qū)，高壓壓汞法測試得到的第一孔喉半徑普遍大于吸附法測量得到的第二孔喉半徑，這一結(jié)果也支持了上述毛細(xì)管凝聚的觀點(diǎn)。得到系統(tǒng)相對壓力與第二孔喉半徑之間的關(guān)系，如圖7所示。由兩者關(guān)系可知，在第二孔喉半徑>r2時，吸附等溫曲線變陡，孔喉半徑突增，且變化大。分析認(rèn)為對于頁巖儲層中第二孔喉半徑大于r2的孔喉，在系統(tǒng)相對壓力為室壓(等于1)以下時，其產(chǎn)生的毛細(xì)管凝聚不足以充滿孔喉，按照吸附理論計(jì)算得到的第二孔喉半徑小于實(shí)際值，這樣的孔喉段，吸附法是不能表征的。
根據(jù)上述的描述，可以確定孔徑界線＝r1＝r2，孔徑界線為38-42nm。優(yōu)選地，孔徑界線為40nm。
進(jìn)一步地，在表征泥頁巖儲層樣品的孔隙結(jié)構(gòu)中，以孔徑界線作為分界線，對同一個地方采集到的一組泥頁巖樣品進(jìn)行低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)和高壓壓汞實(shí)驗(yàn)。具體步驟如下：
(1)測試低溫氮?dú)馕角€，按照bet方程計(jì)算比表面積及孔喉體積。
比表面積sa的計(jì)算公式為：
式中：sa為頁巖比表面積；vm為氮?dú)鈫畏肿游襟w積；w為頁巖重量。
孔喉體積的計(jì)算公式為v＝vp；
式中：v為氮?dú)馕搅?；vp為孔喉體積。
(2)由凱爾文方程，按照bjh方法求取kelvin半徑。
kelvin半徑rk的計(jì)算公式為：
式中：vm為氮?dú)鈫畏肿语柡臀搅?；p為氮?dú)庾⑷霑r系統(tǒng)壓力；p0為測試壓；σ為氮?dú)饽蹠r氣液界面張力；t為測試溫度；r為8.314j/(t·mol)。
(3)由吸附滯后環(huán)形態(tài)判斷主要孔喉類型，選擇計(jì)算吸附膜厚度t值的關(guān)系式。
對于孔喉類型為片狀時，采用halsey方程，得到t的計(jì)算式為：
當(dāng)孔喉類型為圓柱型時，得到t的計(jì)算式為：
孔喉類型為圓柱型和片狀型，得到t的計(jì)算式為：
采用halsey方程：
(4)計(jì)算第二孔喉半徑，第二孔喉半徑rp2＝rk+t。
(5)得到系統(tǒng)壓力與第二孔喉半徑之間的關(guān)系。
(6)根據(jù)氣水兩相條件，計(jì)算第二孔喉半徑對應(yīng)的第二毛細(xì)管壓力。
第二毛細(xì)管壓力與系統(tǒng)壓力之間的關(guān)系式為：
(7)進(jìn)而得到第二毛細(xì)管壓力與第二孔喉半徑rp2的關(guān)系。
(8)進(jìn)行高壓壓汞測試，得到第一毛細(xì)管壓力與第一孔喉半徑rp1之間的關(guān)系。
(9)以孔徑界線為分界，孔徑界線以下用吸附法測量得到的孔隙結(jié)構(gòu)特征，孔徑界線以上用高壓壓汞法測量得到的孔隙結(jié)構(gòu)特征，然后將其拼接，得到完整的頁巖氣儲層的毛細(xì)管壓力與孔喉半徑的關(guān)系分布曲線，如圖8所示，從而得到比較完整的孔隙結(jié)構(gòu)特征。
一種頁巖氣儲層的評價方法，包括：利用上述頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法得到的結(jié)果對頁巖氣儲層進(jìn)行評價。
頁巖是一種非均質(zhì)多孔隙介質(zhì)，它的孔隙類型與孔隙結(jié)構(gòu)與頁巖氣的吸附性和流動性密切相關(guān)，是影響氣儲藏集能力和頁巖開采的重要原因。因利用上述頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法測試得到的全孔徑段的孔隙結(jié)構(gòu)特征，表征結(jié)果準(zhǔn)確，因而對評價頁巖氣儲層的氣藏儲集能力具有積極的作用。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實(shí)施例
對同一個地方采集到的一組泥頁巖樣品進(jìn)行高壓壓汞測試，得到第一毛細(xì)管壓力與第一孔喉半徑rp1之間的關(guān)系。確定高壓壓汞法能夠表征的孔喉半徑。對同一組樣品進(jìn)行吸附法測試，具體步驟如下：
(1)測試低溫氮?dú)馕角€，按照bet方程計(jì)算比表面積及孔喉體積。
比表面積sa的計(jì)算公式為：
式中：sa為頁巖比表面積；vm為氮?dú)鈫畏肿游襟w積；w為頁巖重量。
孔喉體積的計(jì)算公式為v＝vp；
式中：v為氮?dú)馕搅?；vp為孔喉體積。
(2)由凱爾文方程，按照bjh方法求取kelvin半徑。
kelvin半徑rk的計(jì)算公式為：
式中：vm為氮?dú)鈫畏肿语柡臀搅浚籶為氮?dú)庾⑷霑r系統(tǒng)壓力；p0為測試壓；σ為氮?dú)饽蹠r氣液界面張力；t為測試溫度；r為8.314j/(t·mol)。
(3)由吸附滯后環(huán)形態(tài)判斷主要孔喉類型，選擇計(jì)算吸附膜厚度t值的關(guān)系式。
對于孔喉類型為片狀時，采用halsey方程，得到t的計(jì)算式為：
當(dāng)孔喉類型為圓柱型時，得到t的計(jì)算式為：
孔喉類型為圓柱型和片狀型，得到t的計(jì)算式為：
采用halsey方程：
(4)計(jì)算第二孔喉半徑，第二孔喉半徑rp2＝rk+t。
(5)得到系統(tǒng)壓力與第二孔喉半徑之間的關(guān)系。
(6)根據(jù)氣水兩相條件，計(jì)算第二孔喉半徑對應(yīng)的第二毛細(xì)管壓力。
第二毛細(xì)管壓力與系統(tǒng)壓力之間的關(guān)系式為：
(7)通過換算能夠得到第二毛細(xì)管壓力與第二孔喉半徑rp2的關(guān)系。確定吸附法能夠表征的孔喉半徑。
根據(jù)上述的高壓壓汞法和吸附法的測試結(jié)果，最終確定吸附法和高壓壓汞法均能夠表征的孔喉半徑的孔徑界線。以孔徑界線為分界，孔徑界線以下用吸附法測量得到的孔隙結(jié)構(gòu)特征，孔徑界線以上用高壓壓汞法測量得到的孔隙結(jié)構(gòu)特征，然后將其拼接，得到完整的頁巖氣儲層的毛細(xì)管壓力與孔喉半徑的關(guān)系分布曲線，從而得到比較完整的孔隙結(jié)構(gòu)特征。
一種頁巖氣儲層的評價方法，包括：利用上述頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法得到的結(jié)果對頁巖氣儲層進(jìn)行評價。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的一種頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法以及頁巖氣儲層的評價方法，頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法通過確定吸附法和高壓壓汞法均能夠表征的孔喉半徑的孔徑界線，將用吸附法測量得到的孔徑界線以下的孔隙結(jié)構(gòu)和高壓壓汞法測量得到的孔徑界線以上的孔隙結(jié)構(gòu)拼接，能表征全孔徑段的孔隙結(jié)構(gòu)特征，表征結(jié)果更為準(zhǔn)確。頁巖氣儲層的評價方法，利用上述頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法測試得到的全孔徑段的孔隙結(jié)構(gòu)特征，表征結(jié)果準(zhǔn)確，對評價頁巖氣儲層的氣藏儲能力有積極作用。
以上所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
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