頁(yè)巖全孔徑孔隙體積的表征方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)，尤其設(shè)及一種頁(yè)巖全孔徑孔隙體積的表征 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 頁(yè)巖氣是當(dāng)今熱口的非常規(guī)油氣資源。對(duì)頁(yè)巖進(jìn)行開(kāi)發(fā)之前，為了正確評(píng)價(jià)頁(yè)巖 儲(chǔ)層，需要對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層中發(fā)育的不同的孔徑的孔隙體積進(jìn)行定量分析表征，從而為頁(yè)巖氣 賦存狀態(tài)和流動(dòng)研究提供關(guān)鍵的參數(shù)，避免勘探開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)損失或可采資源的遺失。
[0003] 頁(yè)巖孔隙比常規(guī)砂巖小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC)按照孔 隙直徑大小將孔隙分為微孔（<2.Onm)、中孔(2.0~50.0皿)和宏孔（>50.0皿）。目前定量 表征頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的方法主要有:高壓壓隸實(shí)驗(yàn)、氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)和二氧化碳吸附實(shí)驗(yàn)。在現(xiàn) 有的實(shí)驗(yàn)條件下，通常認(rèn)為高壓壓隸實(shí)驗(yàn)主要適合于表征頁(yè)巖宏孔結(jié)構(gòu)，氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)主 要適合于表征頁(yè)巖中孔結(jié)構(gòu)，二氧化碳主要適合于表征頁(yè)巖微孔結(jié)構(gòu)。因此在現(xiàn)有技術(shù)中， 僅通過(guò)化m和50nm為界，人為的劃分頁(yè)巖空隙區(qū)間而選擇相應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法的分析結(jié)果對(duì)頁(yè)巖 孔徑進(jìn)行表征，難W確定上述Ξ種方法對(duì)于頁(yè)巖孔徑最有效的表征區(qū)間，無(wú)法合理的對(duì)頁(yè) 巖孔隙結(jié)構(gòu)全孔徑進(jìn)行表征，極大地影響了頁(yè)巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)的客觀性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種頁(yè)巖全孔徑孔隙體積的表征方法，用來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)中人為劃分 頁(yè)巖孔隙區(qū)間而選擇實(shí)驗(yàn)方法的缺陷。
[0005] 本發(fā)明提供一種頁(yè)巖全孔徑孔隙體積的表征方法，包括如下步驟：
[0006] 1)分別對(duì)柱狀頁(yè)巖、第一粉狀頁(yè)巖和第二粉狀頁(yè)巖依次進(jìn)行脫水處理和脫氣處 理；
[0007] 2)采用高壓壓隸法對(duì)處理后的柱狀頁(yè)巖進(jìn)行分析，結(jié)合Washburn方程得到第一孔 徑范圍內(nèi)各孔徑的孔隙體積；
[000引3)采用氮?dú)馕椒▽?duì)處理后的第一粉狀頁(yè)巖進(jìn)行分析，結(jié)合BJH模型得到第二孔 徑范圍內(nèi)各孔徑的孔隙體積；
[0009] 4)采用二氧化碳吸附法對(duì)處理后的第二粉狀頁(yè)巖進(jìn)行分析，結(jié)合DFT模型得到第 Ξ孔徑范圍內(nèi)各孔徑的孔隙體積；
[0010] 5)如所述第一孔徑范圍、第二孔徑范圍和第Ξ孔徑范圍之間具有重疊范圍，則采 用加權(quán)平均法得到重疊范圍內(nèi)各孔徑的孔隙體積。
[0011] 在步驟1)中，Ξ例頁(yè)巖樣品均出自同一頁(yè)巖。為了保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，柱狀頁(yè) 巖為長(zhǎng)2~4cm，直徑為2~3cm的圓柱體，第一粉狀頁(yè)巖和第二粉狀頁(yè)巖分別為重3~5g、粒 徑為0.16~0.2mm的粉體。優(yōu)選地，柱狀頁(yè)巖為長(zhǎng)3cm，直徑為2.5cm的圓柱體，第一粉狀頁(yè)巖 和第二粉狀頁(yè)巖分別為重4g、粒徑為0.18的粉體。
[0012] 步驟2)中，采用高壓壓隸儀對(duì)處理后的柱狀頁(yè)巖進(jìn)行高壓壓隸實(shí)驗(yàn)，高壓壓隸實(shí) 驗(yàn)?zāi)軌蚍从吃趬毫Φ脑黾酉?，?yè)巖吸附隸量的具體變化w及在壓力遞減的情況下，頁(yè)巖脫 吸附隸量的具體變化。同時(shí)，結(jié)合Washburn方程對(duì)高壓壓隸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能夠得到采 用高壓壓隸法獲取的頁(yè)巖的第一孔徑范圍內(nèi)各孔徑的孔隙體積。
[0013] 具體的，was化urn方程為下述式1，是關(guān)于壓力-半徑的方程，因此，能夠?qū)⒃诟邏?壓隸實(shí)驗(yàn)中獲取的壓力-進(jìn)隸量(脫隸量)數(shù)據(jù)中的壓力值帶入方程中，獲取和壓力對(duì)應(yīng)的 孔隙半徑值，從而獲取了孔隙半徑-進(jìn)隸量數(shù)值，即高壓壓隸法對(duì)應(yīng)的頁(yè)巖的第一孔徑范圍 內(nèi)各孔徑的孔隙體積曲線圖。其中，第一孔徑范圍即為高壓壓隸法所能夠測(cè)量的頁(yè)巖的有 效的孔徑范圍。
[0014]
[001引其中，P為壓力，MPa;r為孔隙半徑，μπι;θ為潤(rùn)濕角；丫為液體表面張力。
[0016] 步驟3)中，采用氮?dú)馕椒▽?duì)處理后的第一粉狀頁(yè)巖進(jìn)行氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)，氮?dú)馕?附實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍从吃趬毫Φ脑黾酉?，?yè)巖吸附氮?dú)饬康木唧w變化。同時(shí)，結(jié)合BJH模型對(duì)氮?dú)?吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能夠得到采用氮?dú)馕椒ǐ@取的頁(yè)巖的第二孔徑范圍內(nèi)各孔徑的 孔隙體積。
[0017] 具體地，BJH模型是基于毛細(xì)凝聚現(xiàn)象和體積等效代換的原理，在不同的相對(duì)壓力 (Ρ/Ρο)下，存在臨界孔半徑化，半徑小于化的孔發(fā)生凝聚現(xiàn)象，氮?dú)獬涮钇渲?，半徑大于化?孔，凝聚液氣化并脫附出來(lái)，臨界半徑Rk由凱爾文方程，即式2給出。因此，能夠?qū)⒃诘獨(dú)馕?附實(shí)驗(yàn)中獲取的壓力-液壓吸附量數(shù)據(jù)中的壓力值帶入方程中，獲取和壓力對(duì)應(yīng)的孔隙半 徑值，從而獲取了孔隙半徑-液壓吸附量數(shù)值，即液壓吸附法對(duì)應(yīng)的頁(yè)巖的第二孔徑范圍內(nèi) 各孔徑的孔隙體積曲線圖。其中，第二孔徑范圍即為氮?dú)馕椒ㄋ軌驕y(cè)量的頁(yè)巖的有效 的孔徑范圍。
[001 引
[0019] 其中，P為瞬時(shí)壓力，Po為正常大氣壓。
[0020] 步驟4)中，采用二氧化碳吸附法對(duì)處理后的第二粉狀頁(yè)巖進(jìn)行二氧化碳吸附實(shí) 驗(yàn)，二氧化碳吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍从吃趬毫Φ脑黾酉?，?yè)巖吸附二氧化碳量的具體變化。同時(shí)， 結(jié)合DFT模型對(duì)二氧化碳吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能夠得到采用二氧化碳吸附法獲取的頁(yè) 巖的第Ξ孔徑范圍內(nèi)各孔徑的孔隙體積。
[0021] 具體地，DFT模型基于密度泛函理論，用電子密度取代波函數(shù)作為研究的基本量， 電子就是電子云的密度分布。通過(guò)DFT或MC模擬得到一組N(P/P〇，W)等溫線，再結(jié)合二氧化 碳吸附實(shí)驗(yàn)中獲取的壓力-二氧化碳吸附量數(shù)據(jù)，通過(guò)快速非負(fù)數(shù)最小二乘法解方程就能 推導(dǎo)出頁(yè)巖的第Ξ孔徑范圍內(nèi)各孔徑的孔隙體積曲線圖。其中，第Ξ孔徑范圍即為二氧化 碳吸附法所能夠測(cè)量的頁(yè)巖的有效的孔徑范圍。
[0022] 當(dāng)通過(guò)上述Ξ種實(shí)驗(yàn)方法依次確定了每種實(shí)驗(yàn)所能夠確定的該實(shí)驗(yàn)方法對(duì)于頁(yè) 巖所能夠有效測(cè)量的孔徑范圍后，如果Ξ種孔徑范圍之間不存在重疊區(qū)間，則可W通過(guò)將 Ξ種孔徑范圍內(nèi)各孔徑的孔隙體積進(jìn)行組合拼接，從而得到頁(yè)巖的全孔徑的孔隙體積。但 是，在多數(shù)情況下，Ξ種孔徑范圍都會(huì)出現(xiàn)重疊范圍，即重疊范圍內(nèi)的孔徑值會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)孔 隙體積值。一般的，由于二氧化碳吸附法測(cè)出的第Ξ孔徑范圍較小，氮?dú)馕椒y(cè)出的第二 孔徑范圍中等，高壓壓隸法測(cè)出的第一孔徑范圍較大，因此多會(huì)出現(xiàn)第一孔徑范圍與第二 孔徑范圍出現(xiàn)重疊，第二孔徑范圍與第Ξ孔徑范圍出現(xiàn)重疊。經(jīng)過(guò)發(fā)明人的大量研究，本發(fā) 明采用加權(quán)平均法確定重疊范圍區(qū)間的孔徑對(duì)應(yīng)的唯一孔隙體積值。
[0023] W第二孔徑范圍與第Ξ孔徑范圍出現(xiàn)重疊為例，例如，第二孔徑范圍為1~200nm， 第Ξ孔徑范圍為0.3~1.6nm，因此在重疊范圍1~1.6nm內(nèi)，一個(gè)孔徑會(huì)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)孔隙 體積。本發(fā)明采用的加權(quán)平均法為:將重疊范圍分為100個(gè)單位，每個(gè)單位為0. 〇6nm，由于二 氧化碳吸附法測(cè)出的第Ξ孔徑范圍較小，氮?dú)馕椒y(cè)出的第二孔徑范圍中等，因此二氧 化碳法測(cè)出的數(shù)值在孔徑由小至大的重疊范圍中，其權(quán)數(shù)從100%依次遞減為0,相反地，氮 氣吸附法測(cè)出的數(shù)值在由小至大的孔徑重疊范圍中，其權(quán)數(shù)從0依次遞增為100%。具體地， 在孔徑為Inm時(shí)，其對(duì)應(yīng)的孔隙體積應(yīng)該為第Ξ孔徑范圍中Inm對(duì)應(yīng)的孔隙體積乘W100% 與第二孔徑范圍中Inm對(duì)應(yīng)的孔隙體積乘W0之和;在孔徑為1.06nm時(shí)，其對(duì)應(yīng)的孔隙體積 應(yīng)該為第Ξ孔徑范圍中1. 〇6nm對(duì)應(yīng)的孔隙體積乘W99%與第二孔徑范圍中1.06nm對(duì)應(yīng)的 孔隙體積乘%之和；在孔徑為1.12nm時(shí)，其對(duì)應(yīng)的孔隙體積應(yīng)該為第Ξ孔徑范圍中 1.1化m對(duì)應(yīng)的孔隙體積乘W98%與第二孔徑范圍中1.12nm對(duì)應(yīng)的孔隙體積乘W2%之和。 W此類(lèi)推，直至求出該范圍內(nèi)100個(gè)孔徑對(duì)應(yīng)的孔隙體積。
[0024] 因此，在經(jīng)過(guò)對(duì)重疊范圍內(nèi)的孔徑進(jìn)行了孔隙體積計(jì)算后，該頁(yè)巖的全孔徑孔隙 體積就是在第一孔徑范圍選取未在重疊范圍內(nèi)的孔徑W及孔徑的孔隙體積，在第二孔徑范 圍選取未在重疊范圍內(nèi)的孔徑W及孔徑的孔隙體積，在第Ξ孔徑范圍選取未在重疊范圍內(nèi) 的孔徑W及孔徑的孔隙體積，再通過(guò)上述的加權(quán)平均法求出重疊范圍內(nèi)的孔徑W及孔徑的 孔隙體積，將該四者組合拼接，得到頁(yè)巖的全孔徑的孔隙體積。并可依據(jù)全孔徑的孔隙體積 繪制出頁(yè)巖的全孔徑-孔隙體積曲線圖對(duì)頁(yè)巖進(jìn)行客觀表征。
[0025] 本發(fā)明取自同一頁(yè)巖的第二孔徑范圍Ξ例頁(yè)巖樣品，經(jīng)過(guò)高壓壓隸實(shí)驗(yàn)、氮?dú)馕?附實(shí)驗(yàn)W及二氧化碳吸附實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合Washburn方程、BJH模型W及DFT模型，最終確定各實(shí) 驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)?yīng)測(cè)量的有效的孔徑范圍，并且對(duì)出現(xiàn)重復(fù)的孔徑范圍采用加權(quán)平均方法進(jìn)行處 理，使頁(yè)