CN104034645A - 一种页岩气储层孔隙结构的检测算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气储层孔隙结构的检测算法，包括采用氮气吸附法比表面分析检测得到部分数据，还包括以下步骤：(1)在氮气吸附至最大压力后的降压过程中，逐渐将氮气的阶段脱附量分别转换成阶段脱出的润湿相体积占岩心孔隙体积的百分数和脱出氮气体积占岩心总体积的百分数；(2)根据氮气吸附比表面、岩心密度，采用计算水膜厚度的数学模型分别计算出阶段脱附过程中的润湿膜厚度，即该过程的喉道半径；(3)根据毛管压力理论关系得到对应相对压力下的毛管压力和全部脱附过程中的毛细管压力曲线。通过本发明，能直观地描述页岩气储层的孔隙结构特征和天然气的渗流与产出特征，进而评估页岩气储层的价值，具有很高的实用价值和应用前景。

Description

一种页岩气储层孔隙结构的检测算法

技术领域

本发明涉及页岩气储层的孔隙结构研究以及页岩气储层的分类评价技术，具体地说，是涉及一种页岩气储层孔隙结构的检测算法。

背景技术

众所周知，页岩气储层的价值评定对天然气勘探开发具有十分重要的影响，它决定着天然气勘探的准确率、天然气开发的投入计划和天然气田的利用价值。而天然气领域中页岩气的储层主要由泥岩和页岩构成，目前的页岩气储层价值评估方法有两种：(1)通过氮气吸附比表面分析检测来获得相应压力下的吸附脱附氮气量、吸附脱附曲线、BET和BJH比表面、孔径-孔容分布曲线、孔体积和孔隙半径，最后通过这些数据来得到页岩气储层岩心的孔径大小，并通过岩心的孔径大小来评价页岩气储层的价值；(2)通过压汞技术来研究常规储层孔隙结构，进而实现页岩气储层的价值评估。

但是，实际上，岩心的孔径大小并不能完全体现页岩气储层的真正价值，因为在孔隙的周围还存在孔径更小的部分，即本技术中所称的喉道，而喉道的大小则控制了天然气的渗流与产出。氮气吸附、脱附的比表面分析检测方法虽能确定泥、页岩的孔隙大小，但对控制天然气渗流、产出的重要通通-喉道大小则根本无法测定；压汞技术又因测试压力低而无法测定泥、页岩的孔喉大小、分布以及孔喉之间的相互连通关系。因此，现有的价值评估方法都无法对页岩气储层(泥、页岩)进行有效地分类评价，极大地阻碍了页岩气的有效勘探和开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种页岩气储层孔隙结构的检测算法，解决现有技术中存在的无法有效测定页岩气储层岩心喉道大小、分布以及孔喉之间连通关系的问题，为页岩气储层的价值评估提供准确有效的依据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种页岩气储层孔隙结构的检测算法，包括采用氮气吸附比表面分析检测方法得到不同压力下的氮气脱附量、比表面积、BET或BJH比表面、孔径-孔容分布曲线、孔隙半径，还包括以下步骤：

(1)在氮气吸附至最大压力后的降压过程中，逐渐将氮气的阶段脱附量分别转换成阶段脱出的润湿相体积占岩心孔隙体积的百分数和脱出氮气体积占岩心总体积的百分数；

(2)根据氮气吸附比表面积和岩心密度，采用计算水膜厚度的数学模型分别计算出阶段脱附过程中的润湿相膜厚度，即该过程的喉道半径r_i；

(3)根据毛管压力理论关系式Pc＝7.5/10r得到对应压力下的毛管压力。

进一步地，所述步骤(1)的具体方法为：

首先根据页岩气储层岩心的氮气吸附比表面分析检测中的氮气脱附量和岩心重量计算脱出的氮气体积；

然后根据最大吸附压力下的氮气体积、阶段脱出气体体积和被测岩心体积分别计算润湿相体积占岩心孔隙体积的百分数和脱出氮气体积占岩心总体积的百分数。

再进一步地，所述步骤(2)中喉道半径为

r_i＝K*Φ_i*Sw_i/Sb*ρ_r

其中，K为常数0.7，Φ_i为相应压力下脱出的气体孔隙度；Sw_i为相应压力下的润湿相饱和度；Sb为岩心比表面积，ρ_r为岩石密度。

本发明的设计思路源于前苏联科学家计算水膜厚度的方法，现有的氮气吸附比表面分析检测报告中只有相对压力、对应压力下的氮气吸、脱附量，以及根据氮气吸、脱附量所计算的BET比表面、BJH比表面、孔体积、孔径、氮气吸附比表面分析中的岩心重量、氮气脱附温度和当天大气压等资料。此外，还可能提供其他分析手段得到的岩心孔隙度、渗透率、岩石密度。在氮气脱附过程中的每一脱附压力下，将有相应厚度的凝聚液态氮分子层脱出，因此，即可根据前苏联科学家计算水膜厚度的方法计算出该分子层的厚度：

H＝0.7*Gw/Sb*ρ_w

将上式做孔隙度和润湿相饱和度转换，并将单位作适当变换，上式将改写为：

H＝0.7ΦSw/Sb*ρ_r

公式中H为水膜厚度；Φ为孔隙度；Sw为润湿相饱和度；Sb为岩心比表面积；ρ_r为岩石密度。

很显然，公式中的孔隙度是每一对应压力下从岩心中脱出的氮气占岩石体积的百分数。

由此，本发明对氮气吸附、脱附的比表面分析检测结果进行计算和适当转换，即可得到喉道半径及毛管压力曲线，从而直接描述页岩气储层岩心的孔隙结构特征、储层的渗流特征和产出特征，可直接对页岩气储层进行分类评价。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明改变了现有技术通过岩心孔径大小来评估页岩气储层价值的方法，放弃了压汞技术研究常规储层孔隙结构的方法，通过将氮气吸附比表面分析检测结果转换成喉道半径、毛管压力和毛管压力曲线的孔隙结构研究方法，从而可直接展示页岩气储层的品质优劣、页岩气储层中天然气的渗流特征和产出特征，使得页岩气储层的价值评估更加准确、有效。

(2)本发明解决了现有技术无法准确评估页岩气储层价值的技术难题，为页岩气储层的评估研究开辟了全新的思路和切实可行的方法。由于喉道半径直接决定了页岩气储层中天然气的渗透与产出，因此本发明从根本上确保了价值评估的准确性，从而带动页岩气储层的深入研究和价值评估。

(3)本发明为页岩气储层的分类评价、准确勘探和有效开发提供了准确的理论依据，具有十分重要的理论和现实意义，以及不可估量的经济价值和实用价值。

(4)本发明主要用于天然气勘探开发领域，还可检测压汞法不能测定的一切致密岩心、工程塑料、陶瓷、催化剂等材料的喉道半径，应用前景十分广阔。

附图说明

图1为页岩气储层孔隙结构示意图。

图2为本发明中样品的毛管压力-润湿相饱和度关系曲线图。

图3为本发明中样品的孔喉分布频率-喉道大小区间直方图。

图4为本发明中样品的孔喉分布频率-喉道半径直方图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

本发明提供的页岩气储层孔隙结构检测算法，主要用于检测页岩气储层岩心的喉道半径，并由此获得毛管压力和毛管压力曲线，进而为页岩气储层的价值评估提供切实可靠的依据。

本发明以现有的氮气吸附比表面分析检测方法为基础，选择在氮气吸附至最大压力后的逐渐降压过程中，将氮气的阶段脱附量分别转换成阶段脱出的润湿相体积占岩心孔隙体积的百分数(可称为阶段脱出的润湿相饱和度)和脱出氮气体积占岩心总体积百分数(可称为阶段脱出的氮气孔隙度)，并最终获得毛管压力曲线，从而实现页岩气储层的价值评估。

具体地说，本发明通过以下步骤实现上述目的：

首先，按照常规的氮气吸附比表面分析检测方法测得岩心的相关数据，包括：不同压力下的氮气脱附量、比表面积。页岩气储层的孔隙结构如图1所示，其中2R为孔隙直径，2r_i为喉道直径。以四川地区的部分黑色泥岩岩心为样品作氮气吸附比表面分析检测，部分数据如表一：

表一

上述检测过程中，在氮气吸附至最大压力后的逐渐降压过程中，将氮气的阶段脱附量分别转换为阶段脱出的润湿相体积占岩心孔隙体积的百分数(可称为阶段脱出的润湿相饱和度)和阶段脱出的氮气体积占岩心总体积的百分数(可称为阶段脱出的氮气孔隙度)，具体方法为：首先根据岩心的氮气吸附比表面测定中的氮气脱附量和实验岩心重量计算出脱附出的氮气体积，然后根据最大吸附压力下的氮气体积、阶段脱出气体体积和被测岩心体积计算脱出的润湿相饱和度和脱出的氮气孔隙度。

被测岩石体积V_r：V_r＝ρ_r×G_r

常温常压下脱出的氮气体积V_i：V_i＝m_i×G_r

对应压力下脱出的氮气体积系数Bg：

P₁V₁/T₁＝P₂V₂/T₂

V₂＝V₁/Bg

对应温度压力下脱出的氮气体积V_ip：

V_ip＝V_i×Bg

对应压力下脱出的氮气孔隙度Φ_i：

Φ_i＝(V_ip/V_r)×100％

对应压力下的润湿相饱和度Sw_i：

Sw_i＝(V_i/V₁)×100％

此后，根据氮气吸附比表面、岩心密度，采用计算水膜厚度的数学模型分别计算出阶段脱附过程中的润湿膜厚度，即该过程的喉道半径r_i。

r_i＝K*Φ_i*Sw_i/Sb*ρ_r

最后，根据毛管压力理论关系式算出对应压力下的毛管压力Pc：

Pc＝7.5/10r_i

在此基础上，根据逐级毛管压力和相应润湿相饱和度作图，即可得到样品岩心的毛管压力-润湿相饱和度关系曲线及孔喉分布直方图。

其中，i为角标，表示某一时刻；ρ_r为岩石密度，G_r为岩石重量，P₁标准压力，V₁标准压力下氮气体积，T₁为标准温度，P₂检测压力，V₂为检测过程中脱出的氮气体积，T₂为检测过程中的温度，K为常数0.7，Sb为岩心比表面积。

按照上述方法，可得到如表二所示的结果：

表二

相应的毛管压力曲线的主要特征值如表三：

表三

该79号样品的毛管压力-润湿相饱和度关系曲线如图2所示，孔喉分布频率与喉道大小区间、喉道半径分布直方图分别见图3和图4所示。通过图2～图4可以看出页岩气储层岩心的毛细管压力曲线特征、孔隙结构特征、孔喉大小分布特征，对页岩气储层评价具有重要的实际意义和经济价值。与现有技术相比，本发明为页岩气储层的价值评估提供了完全不同的、更加直接的技术评价指标，能够有效提高页岩气储层价值评估的准确性、可靠性。

上述实施实例并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化以及应用本方法对氮气吸附比表面分析检测资料所进行的处理和转换应用，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种页岩气储层孔隙结构的检测算法，包括采用氮气吸附比表面分析检测方法得到不同压力下的氮气脱附量、比表面积、孔径-孔容分布曲线、孔隙半径，其特征在于，还包括以下步骤：

(1)在氮气吸附至最大压力后的降压过程中，逐渐将氮气的阶段脱附量分别转换成阶段脱出的润湿相体积占岩心孔隙体积的百分数和脱出氮气体积占岩心总体积的百分数；

(2)根据氮气吸附比表面积和岩心密度，采用计算水膜厚度的数学模型分别计算出阶段脱附过程中的润湿相膜厚度，即该过程的喉道半径r_i；

(3)根据毛管压力理论关系式Pc＝7.5/10r_i得到对应压力下的毛管压力。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气储层孔隙结构的检测算法，其特征在于，所述步骤(1)的具体方法为：

首先根据页岩气储层岩心的氮气吸附比表面分析检测中的氮气脱附量和岩心重量计算脱出的氮气体积；

然后根据最大吸附压力下的氮气体积、阶段脱出气体体积和被测岩心体积分别计算润湿相体积占岩心孔隙体积的百分数和脱出氮气体积占岩心总体积的百分数。

3.根据权利要求1所述的一种页岩气储层孔隙结构的检测算法，其特征在于，所述步骤(2)中喉道半径为

r_i＝K*Φ_i*Sw_i/Sb*ρ_r

其中，K为常数0.7，Φ_i为相应压力下脱出的气体孔隙度；Sw_i为相应压力下的润湿相饱和度；Sb为岩心比表面积，ρ_r为岩石密度。