本發(fā)明涉及一種確定頁巖儲層孔隙直徑大小的方法，屬于頁巖儲層評價(jià)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

頁巖儲層孔隙特征描述對于頁巖油氣的勘探開發(fā)至關(guān)重要。頁巖油氣儲存于頁巖孔隙里，頁巖孔隙的大小決定了儲層油氣量的多少，而連接頁巖孔隙之間的吼道的大小決定了頁巖油氣流動的難易程度。因此，頁巖孔隙特征的描述對頁巖油氣儲量評價(jià)以及頁巖油氣的勘探開發(fā)有著至關(guān)重要的意義。

目前為止，國內(nèi)外對于頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的描述多處于定性描述的階段，主要通過實(shí)驗(yàn)來定性描述頁巖孔隙特征，主要的研究方法包括顯微觀察法，輻射探測法和流體侵入法。顯微觀察法主要通過發(fā)射場掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡，CT掃描和聚焦離子束掃描電子顯微鏡等技術(shù)方法來觀察頁巖孔隙形狀，計(jì)算頁巖孔隙體積等。

輻射探測法主要是通過輻射檢測包括核磁共振和小角度中子散射來測量頁巖的總孔隙率。流體侵入法包括低壓氣體吸附解吸試驗(yàn)法，高壓壓汞法和氦測比重法；其中，流體侵入法可以用于分析孔隙的比表面積，孔隙體積，孔徑分布，孔隙連通性等；高壓壓汞法雖然能在一定程度上通過R＝2σcosθ/Pc計(jì)算孔隙半徑，但是該方法對于較大的孔隙有效，而對于頁巖儲層中納米級的微孔則具有一定的局限性，另外，主要采用高壓壓汞法容易使樣品在高壓條件下產(chǎn)生破壞，形成微裂縫，進(jìn)而使得壓汞所測的孔隙變大。

近年來，隨著混沌數(shù)學(xué)思想和分形理論的逐漸成熟，分形理論已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)各個領(lǐng)域的研究。國內(nèi)外許多學(xué)者的多項(xiàng)研究已經(jīng)證實(shí)，頁巖孔隙具有較好的分形特征。由于分形理論能夠通過計(jì)算分形維數(shù)來定量或半定量的表征不規(guī)則形狀的不規(guī)則程度，所以分形理論已經(jīng)成功應(yīng)用于頁巖孔隙特征描述的研究中。然而這種描述只能通過各種實(shí)驗(yàn)方法來計(jì)算頁巖孔隙的分形特征，并不能直接描述頁巖孔隙大小。

因此，提供一種能夠直接確定頁巖孔隙大小的方法稱為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種確定頁巖孔隙直徑大小的方法，該方法有效解決了頁巖孔隙特征描述困難這一技術(shù)難題，能夠快速有效地確定頁巖孔隙直徑的大小。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種確定頁巖孔隙直徑大小的方法，其包括以下步驟：

步驟一、采集研究區(qū)的頁巖儲層樣品；

步驟二、采用氮?dú)馕锢砦絻x對頁巖儲層樣品進(jìn)行氮?dú)馕锢砦浇馕鼘?shí)驗(yàn)，以獲取頁巖儲層樣品的吸附解吸數(shù)據(jù)；

步驟三、根據(jù)上述吸附解析數(shù)據(jù)中氮?dú)庠谖竭^程中的吸附氣量V₁和相對壓力P₁，對lnV₁和lnln(1/P₁)進(jìn)行線性擬合，獲得lnV₁和lnln(1/P₁)的線性關(guān)系，并由所述線性關(guān)系得到斜率K；

步驟四、根據(jù)斜率K，計(jì)算得到頁巖儲層的孔隙直徑R。

在上述方法中，獲得lnV₁和lnln(1/P₁)的線性關(guān)系后，根據(jù)這一線性關(guān)系可以計(jì)算得到斜率K，斜率K＝ΔlnV₁/Δlnln(1/P₁)。

在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟二中，所述頁巖儲層樣品的吸附解吸數(shù)據(jù)包括氮?dú)庠谖竭^程中的吸附氣量V₁和相對壓力P₁，以及氮?dú)庠诮馕^程中的吸附氣量V₂和相對壓力P₂。

在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟二結(jié)束后，步驟三開始前，該方法還包括利用頁巖儲層樣品的吸附解吸等溫線，對氮?dú)庠谖竭^程中的吸附氣量V₁和相對壓力P₁的可靠性進(jìn)行判斷的步驟。

在上述方法中，優(yōu)選地，對氮?dú)庠谖竭^程中的吸附氣量V₁和相對壓力P₁的可靠性進(jìn)行判斷的過程包括以下步驟：

根據(jù)頁巖儲層樣品的吸附解吸數(shù)據(jù)，繪制氮?dú)獾奈浇馕葴鼐€圖；

在所述吸附解吸等溫線圖中，吸附曲線和解吸曲線形成回滯環(huán)和強(qiáng)迫閉合現(xiàn)象時，判斷氮?dú)庠谖竭^程中的吸附氣量V₁和相對壓力P₁為可靠；

在所述吸附解吸等溫線圖中，吸附曲線和解吸曲線沒有形成回滯環(huán)和/或強(qiáng)迫閉合現(xiàn)象時，判斷氮?dú)庠谖竭^程中的吸附氣量V₁和相對壓力P₁為不可靠，此時需要在原測試樣品的附近重新采樣測試(測試過程同上)，直至吸附氣量V₁和相對壓力P₁為可靠。

對于頁巖儲層樣品而言，由于頁巖的孔隙半徑很小(屬于納米孔隙)，氮?dú)夥肿釉诩{米孔隙表面吸附-解吸的過程中，在表面張力和范德華力的作用下，氮?dú)庠谖竭^程中的吸附氣量V₁和解吸過程中的吸附氣量V₂會出現(xiàn)不均等的情況，這種情況在氮?dú)獾奈降葴鼐€圖中表現(xiàn)為氮?dú)獾奈角€和解吸曲線之間形成“回滯環(huán)”(如圖1所示)；同時吸附解吸過程中，當(dāng)?shù)獨(dú)夥肿佑蓡螌游睫D(zhuǎn)向多層吸附時會出現(xiàn)“強(qiáng)迫閉合”現(xiàn)象，所述“強(qiáng)迫閉合”現(xiàn)象是指在氮?dú)獾奈降葴鼐€圖中解吸曲線突然靠近吸附曲線進(jìn)而形成拐點(diǎn)(如圖1所示)。出現(xiàn)回滯環(huán)和強(qiáng)迫閉合現(xiàn)象時，即表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是可靠的。繪制氮?dú)獾奈浇馕葴鼐€圖時，以相對壓力為橫坐標(biāo)，吸附氣量為縱坐標(biāo)；優(yōu)選地，所述強(qiáng)迫閉合現(xiàn)象在吸附解吸等溫線圖中對應(yīng)的相對壓力為0.4-0.5時(即強(qiáng)迫閉合現(xiàn)象出現(xiàn)在吸附解吸等溫圖中相對壓力為0.4-0.5這一范圍內(nèi))，表明氮?dú)庠谖竭^程中的吸附氣量和相對壓力的數(shù)據(jù)可靠度更高。

在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟三結(jié)束后，步驟四開始前，該方法還包括根據(jù)lnV₁和lnln(1/P₁)兩者的線性關(guān)系的相關(guān)度C(所述相關(guān)度C為lnV₁和lnln(1/P₁)二者的擬合相關(guān)系數(shù))對斜率K的可靠性進(jìn)行判斷的步驟：

相關(guān)度C＞0.8時，判斷斜率K為可靠；

相關(guān)度C≤0.8時，判斷斜率K為不可靠，此時，需要在原測試樣品的附近重新采樣測試(測試過程同上)，直至斜率K為可靠。

在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟四中，根據(jù)斜率K，計(jì)算得到頁巖儲層樣品的孔隙直徑R的過程包括以下步驟：

-1＜K＜0時，判斷K值為有效，表明該頁巖儲層樣品的孔隙直徑可以按照本發(fā)明提供的方法進(jìn)行計(jì)算；此時頁巖儲層樣品的孔隙直徑R與斜率K之間滿足式1所示的關(guān)系

R＝–53.097K–6.431 式1；

K≤-1或K≥0時，判斷K值為無效，表明該頁巖儲層樣品的孔隙直徑不可以按照本發(fā)明提供的方法進(jìn)行計(jì)算，需要采用其他的方式進(jìn)行計(jì)算，例如可以采用實(shí)驗(yàn)儀器Quadrasorb SI中提供的BJH模型對該樣品的孔隙直徑進(jìn)行計(jì)算。

在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟三中，頁巖儲層樣品在吸附過程中的相對壓力P₁＝P_{1實(shí)際}/P₀。

在上述方法中，優(yōu)選地，頁巖儲層樣品在解吸過程中的相對壓力P₂＝P_{2實(shí)際}/P₀。

相對壓力的計(jì)算公式為P_實(shí)際/P₀，在上述相對壓力P₁和P₂的計(jì)算公式中，P_{1實(shí)際}表示吸附過程中的實(shí)際壓力；P_{2實(shí)際}表示解吸過程中的實(shí)際壓力，P₀表示氮?dú)庠?7.3K時的飽和蒸汽壓力。

在上述方法中，優(yōu)選地，在吸附解吸實(shí)驗(yàn)中，氮?dú)獾膲簭?qiáng)<0.127MPa。

在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟一中，所述樣品采集于研究區(qū)的陸相、海相、海陸過渡相頁巖中的一種或幾種的組合，盡量保證采集的樣品在研究區(qū)均勻分布，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的技術(shù)方案操作簡單，能夠準(zhǔn)確有效地計(jì)算頁巖儲層孔隙的大小，為頁巖儲層的評價(jià)提供了新的思路。

附圖說明

圖1為氮?dú)獾奈浇馕葴鼐€；

圖2為根據(jù)氮?dú)庠谖竭^程中的吸附氣量V₁和相對壓力P₁，擬合得到的lnV₁與lnln(1/P₁)的線性關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。

以下實(shí)施例是以中國中部鄂爾多斯盆地富縣-下寺灣地區(qū)長7和長9段頁巖儲層為研究對象。鄂爾多斯盆地中生界三疊系延長組廣泛發(fā)育湖湘沉積體系，其中長7段和長9段主要分布湖相-半深湖相的暗色泥頁巖，有機(jī)質(zhì)豐度大，沉積厚度大，有機(jī)質(zhì)成熟度較高，是鄂爾多斯盆地頁巖油氣的主要產(chǎn)層。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種確定頁巖孔隙直徑大小的方法，其包括以下步驟：

1)從鄂爾多斯盆地富縣-下寺灣地區(qū)的9口取芯井中，在對應(yīng)深度為1139.1-1625.24m(長7段)和1360-1754.43m(長9段)的范圍內(nèi)共取樣品45個，樣品在研究區(qū)分布相對均勻，且均屬于陸相頁巖。

2)用比表面測定儀Quadrasorb SI對這些樣品進(jìn)行氮?dú)馕浇馕鼘?shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程采用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T19587-2004，將樣品在90℃加熱1小時、350℃加熱5小時。在-196.15℃條件下連續(xù)測得相對壓力在0.004-0.995范圍內(nèi)的對應(yīng)的吸附體積。

表1

3)在獲取每個樣品吸附解吸過程的相對壓力和對應(yīng)的吸附體積的數(shù)據(jù)之后，作氮?dú)獾奈降葴鼐€。以樣品S1為例，樣品S1的吸附解吸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

4)樣品S1的吸附等溫線如圖1所示，從圖1中可以看出，樣品S1的吸附曲線和解吸曲線之間形成了明顯的“回滯環(huán)”，并在相對壓力為0.43的位置上有明顯的“強(qiáng)迫閉合”現(xiàn)象的產(chǎn)生，說明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

5)根據(jù)吸附解析實(shí)驗(yàn)中獲取的氮?dú)庠谖竭^程中的相對壓力P₁和對應(yīng)的吸附體積V₁，對lnV₁和lnln(1/P₁)作散點(diǎn)圖，如圖2所示；

擬合樣品S1的lnV₁和lnln(P₀/P_{1實(shí)際})的線性關(guān)系(如圖2所示)，獲得y＝-0.5302x+0.9375，由該線性關(guān)系確定斜率K＝-0.5302，相關(guān)度C＝0.9892；

利用相關(guān)度C對斜率K的可靠性進(jìn)行判斷，上述相關(guān)度C＞0.8，說明斜率K是可靠的。

6)根據(jù)斜率K，計(jì)算頁巖儲層樣品的孔隙直徑R

當(dāng)-1＜K＜0時，判斷K值為有效；此時，斜率K和頁巖儲層樣品的孔隙直徑R之間滿足式1所示的關(guān)系

R＝–53.097K–6.431 式1；

當(dāng)K≤-1或K≥0時，判斷K值為無效；此時，無法采用本實(shí)施例提供的方法進(jìn)行計(jì)算，可以利用比表面測定儀Quadrasorb SI中的BJH計(jì)算模型對該樣品的孔隙直徑進(jìn)行計(jì)算。

對于樣品S1，由于K＝-0.5302，介于-1到0之間，因此，該頁巖樣品的孔隙直徑R＝–53.097K–6.431，即頁巖儲層樣品的孔隙直徑為21.721nm。利用比表面測定儀Quadrasorb SI中的BJH計(jì)算模型對該樣品的孔隙直徑進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為19.96nm，和本方法的計(jì)算結(jié)果誤差為8.11％，充分說明了本發(fā)明提供的技術(shù)方案是可靠的。

參照樣品S1孔隙直徑的確定方法，對其他樣品進(jìn)行相應(yīng)的操作，以獲得其他樣品孔隙直徑的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

在計(jì)算出所有樣品的孔隙直徑之后，在研究區(qū)儲層平面圖上繪制孔隙直徑分布的等值線，進(jìn)而與研究區(qū)頁巖儲層的孔隙分布進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而指導(dǎo)頁巖油氣的勘探開發(fā)等相關(guān)工作。