一種頁巖氣儲層孔隙結構的檢測算法
【專利摘要】本發明公開了一種頁巖氣儲層孔隙結構的檢測算法，包括采用氮氣吸附法比表面分析檢測得到部分數據，還包括以下步驟：(1)在氮氣吸附至最大壓力后的降壓過程中，逐漸將氮氣的階段脫附量分別轉換成階段脫出的潤濕相體積占巖心孔隙體積的百分數和脫出氮氣體積占巖心總體積的百分數；(2)根據氮氣吸附比表面、巖心密度，采用計算水膜厚度的數學模型分別計算出階段脫附過程中的潤濕膜厚度，即該過程的喉道半徑；(3)根據毛管壓力理論關系得到對應相對壓力下的毛管壓力和全部脫附過程中的毛細管壓力曲線。通過本發明，能直觀地描述頁巖氣儲層的孔隙結構特征和天然氣的滲流與產出特征，進而評估頁巖氣儲層的價值，具有很高的實用價值和應用前景。
【專利說明】一種頁巖氣儲層孔隙結構的檢測算法
【技術領域】
[0001]本發明涉及頁巖氣儲層的孔隙結構研究以及頁巖氣儲層的分類評價技術，具體地說，是涉及一種頁巖氣儲層孔隙結構的檢測算法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，頁巖氣儲層的價值評定對天然氣勘探開發具有十分重要的影響，它決定著天然氣勘探的準確率、天然氣開發的投入計劃和天然氣田的利用價值。而天然氣領域中頁巖氣的儲層主要由泥巖和頁巖構成，目前的頁巖氣儲層價值評估方法有兩種:(I)通過氮氣吸附比表面分析檢測來獲得相應壓力下的吸附脫附氮氣量、吸附脫附曲線、BET和BJH比表面、孔徑-孔容分布曲線、孔體積和孔隙半徑，最后通過這些數據來得到頁巖氣儲層巖心的孔徑大小，并通過巖心的孔徑大小來評價頁巖氣儲層的價值；(2)通過壓汞技術來研究常規儲層孔隙結構，進而實現頁巖氣儲層的價值評估。
[0003]但是，實際上，巖心的孔徑大小并不能完全體現頁巖氣儲層的真正價值，因為在孔隙的周圍還存在孔徑更小的部分，即本技術中所稱的喉道，而喉道的大小則控制了天然氣的滲流與產出。氮氣吸附、脫附的比表面分析檢測方法雖能確定泥、頁巖的孔隙大小，但對控制天然氣滲流、產出的重要通通-喉道大小則根本無法測定；壓汞技術又因測試壓力低而無法測定泥、頁巖的孔喉大小、分布以及孔喉之間的相互連通關系。因此，現有的價值評估方法都無法對頁巖氣儲層(泥、頁巖)進行有效地分類評價，極大地阻礙了頁巖氣的有效勘探和開發。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種頁巖氣儲層孔隙結構的檢測算法，解決現有技術中存在的無法有效測定頁巖氣儲層巖心喉道大小、分布以及孔喉之間連通關系的問題，為頁巖氣儲層的價值評估提供準確有效的依據。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0006]一種頁巖氣儲層孔隙結構的檢測算法，包括采用氮氣吸附比表面分析檢測方法得到不同壓力下的氮氣脫附量、比表面積、BET或BJH比表面、孔徑-孔容分布曲線、孔隙半徑，還包括以下步驟:
[0007](I)在氮氣吸附至最大壓力后的降壓過程中，逐漸將氮氣的階段脫附量分別轉換成階段脫出的潤濕相體積占巖心孔隙體積的百分數和脫出氮氣體積占巖心總體積的百分數；
[0008](2)根據氮氣吸附比表面積和巖心密度，采用計算水膜厚度的數學模型分別計算出階段脫附過程中的潤濕相膜厚度，即該過程的喉道半徑^ ；
[0009](3)根據毛管壓力理論關系式Pc = 7.5/10r得到對應壓力下的毛管壓力。
[0010]進一步地，所述步驟(1)的具體方法為:
[0011]首先根據頁巖氣儲層巖心的氮氣吸附比表面分析檢測中的氮氣脫附量和巖心重量計算脫出的氮氣體積；
[0012]然后根據最大吸附壓力下的氮氣體積、階段脫出氣體體積和被測巖心體積分別計算潤濕相體積占巖心孔隙體積的百分數和脫出氮氣體積占巖心總體積的百分數。
[0013]再進一步地，所述步驟(2)中喉道半徑為
[0014]T1 = K^O^SWi/Sb* P r
[0015]其中，K為常數0.7，Oi為相應壓力下脫出的氣體孔隙度；SWi為相應壓力下的潤濕相飽和度；Sb為巖心比表面積，P r為巖石密度。
[0016]本發明的設計思路源于前蘇聯科學家計算水膜厚度的方法，現有的氮氣吸附比表面分析檢測報告中只有相對壓力、對應壓力下的氮氣吸、脫附量，以及根據氮氣吸、脫附量所計算的BET比表面、BJH比表面、孔體積、孔徑、氮氣吸附比表面分析中的巖心重量、氮氣脫附溫度和當天大氣壓等資料。此外，還可能提供其他分析手段得到的巖心孔隙度、滲透率、巖石密度。在氮氣脫附過程中的每一脫附壓力下，將有相應厚度的凝聚液態氮分子層脫出，因此，即可根據前蘇聯科學家計算水膜厚度的方法計算出該分子層的厚度:
[0017]H = 0.7*Gw/Sb* P w
[0018]將上式做孔隙度和潤濕相 飽和度轉換，并將單位作適當變換，上式將改寫為:
[0019]H = 0.7 Φ Sw/Sb* P r
[0020]公式中H為水膜厚度；Φ為孔隙度；Sw為潤濕相飽和度；Sb為巖心比表面積；P r為巖石密度。
[0021]很顯然，公式中的孔隙度是每一對應壓力下從巖心中脫出的氮氣占巖石體積的百分數。
[0022]由此，本發明對氮氣吸附、脫附的比表面分析檢測結果進行計算和適當轉換，即可得到喉道半徑及毛管壓力曲線，從而直接描述頁巖氣儲層巖心的孔隙結構特征、儲層的滲流特征和產出特征，可直接對頁巖氣儲層進行分類評價。
[0023]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0024](I)本發明改變了現有技術通過巖心孔徑大小來評估頁巖氣儲層價值的方法，放棄了壓汞技術研究常規儲層孔隙結構的方法，通過將氮氣吸附比表面分析檢測結果轉換成喉道半徑、毛管壓力和毛管壓力曲線的孔隙結構研究方法，從而可直接展示頁巖氣儲層的品質優劣、頁巖氣儲層中天然氣的滲流特征和產出特征，使得頁巖氣儲層的價值評估更加準確、有效。
[0025](2)本發明解決了現有技術無法準確評估頁巖氣儲層價值的技術難題，為頁巖氣儲層的評估研究開辟了全新的思路和切實可行的方法。由于喉道半徑直接決定了頁巖氣儲層中天然氣的滲透與產出，因此本發明從根本上確保了價值評估的準確性，從而帶動頁巖氣儲層的深入研究和價值評估。
[0026](3)本發明為頁巖氣儲層的分類評價、準確勘探和有效開發提供了準確的理論依據，具有十分重要的理論和現實意義，以及不可估量的經濟價值和實用價值。
[0027](4)本發明主要用于天然氣勘探開發領域，還可檢測壓汞法不能測定的一切致密巖心、工程塑料、陶瓷、催化劑等材料的喉道半徑，應用前景十分廣闊。
【專利附圖】
【附圖說明】[0028]圖1為頁巖氣儲層孔隙結構示意圖。
[0029]圖2為本發明中樣品的毛管壓力-潤濕相飽和度關系曲線圖。
[0030]圖3為本發明中樣品的孔喉分布頻率-喉道大小區間直方圖。
[0031]圖4為本發明中樣品的孔喉分布頻率-喉道半徑直方圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和實例對本發明作進一步說明，本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。
[0033]實施例
[0034]本發明提供的頁巖氣儲層孔隙結構檢測算法，主要用于檢測頁巖氣儲層巖心的喉道半徑，并由此獲得毛管壓力和毛管壓力曲線，進而為頁巖氣儲層的價值評估提供切實可靠的依據。
[0035]本發明以現有的氮氣吸附比表面分析檢測方法為基礎，選擇在氮氣吸附至最大壓力后的逐漸降壓過程中，將氮氣的階段脫附量分別轉換成階段脫出的潤濕相體積占巖心孔隙體積的百分數(可稱為階段脫出的潤濕相飽和度)和脫出氮氣體積占巖心總體積百分數(可稱為階段脫出的氮氣孔隙度)，并最終獲得毛管壓力曲線，從而實現頁巖氣儲層的價值評估。
[0036]具體地說，本發 明通過以下步驟實現上述目的:
[0037]首先，按照常規的氮氣吸附比表面分析檢測方法測得巖心的相關數據，包括:不同壓力下的氮氣脫附量、比表面積。頁巖氣儲層的孔隙結構如圖1所示，其中2R為孔隙直徑，
為喉道直徑。以四川地區的部分黑色泥巖巖心為樣品作氮氣吸附比表面分析檢測，部分數據如表一:
[0038]
【權利要求】
1.一種頁巖氣儲層孔隙結構的檢測算法，包括采用氮氣吸附比表面分析檢測方法得到不同壓力下的氮氣脫附量、比表面積、孔徑-孔容分布曲線、孔隙半徑，其特征在于，還包括以下步驟: (1)在氮氣吸附至最大壓力后的降壓過程中，逐漸將氮氣的階段脫附量分別轉換成階段脫出的潤濕相體積占巖心孔隙體積的百分數和脫出氮氣體積占巖心總體積的百分數； (2)根據氮氣吸附比表面積和巖心密度，采用計算水膜厚度的數學模型分別計算出階段脫附過程中的潤濕相膜厚度，即該過程的喉道半徑^ ； (3)根據毛管壓力理 論關系式Pc= 7.5/10巧得到對應壓力下的毛管壓力。
2.根據權利要求1所述的一種頁巖氣儲層孔隙結構的檢測算法，其特征在于，所述步驟(I)的具體方法為: 首先根據頁巖氣儲層巖心的氮氣吸附比表面分析檢測中的氮氣脫附量和巖心重量計算脫出的氮氣體積； 然后根據最大吸附壓力下的氮氣體積、階段脫出氣體體積和被測巖心體積分別計算潤濕相體積占巖心孔隙體積的百分數和脫出氮氣體積占巖心總體積的百分數。
3.根據權利要求1所述的一種頁巖氣儲層孔隙結構的檢測算法，其特征在于，所述步驟(2)中喉道半徑為
r.= Κ*Φ j^SWi/Sb* P r 其中，K為常數0.7，Oi為相應壓力下脫出的氣體孔隙度；SWi為相應壓力下的潤濕相飽和度；Sb為巖心比表面積，P r為巖石密度。
【文檔編號】G01N15/08GK104034645SQ201410263711
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月7日 優先權日:2014年6月7日
【發明者】向丹, 黃大志, 向冬, 向陽 申請人:向丹