CN105628559B - 一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统 - Google Patents
一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105628559B CN105628559B CN201410597334.1A CN201410597334A CN105628559B CN 105628559 B CN105628559 B CN 105628559B CN 201410597334 A CN201410597334 A CN 201410597334A CN 105628559 B CN105628559 B CN 105628559B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shale
- diffusion
- shale gas
- gas
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 323
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 10
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 4
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 3
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明公开了一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统，属于页岩气开发领域。所述方法包括：获取页岩样品的数据；当在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据；根据扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数。本发明考虑了页岩气在页岩样品中的吸附效应，且让页岩气在页岩样品中自由扩散，符合页岩基质岩块的实际流动情况，通过使用根据页岩气扩散数据和第一公式计算得到页岩气扩散系数或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力，使得评价结果更准确，更能有效的反应页岩气在页岩样品中的流动能力。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气开发领域，特别涉及一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统。
背景技术
页岩气体的流动能力(即页岩气在页岩基质块中的流动能力)的评价是一种重要的页岩气开发动态分析技术，也是页岩气井产能预测、递减规律分析以及开发方案制定必不可少的重要技术。
常规的岩块流动能力(即流体在岩块中的流动能力)评价方法是根据达西定律(反映水在岩土孔隙中渗流规律的实验定律)来建岩块流动能力数学模型的。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
实际中，页岩气体的流动是以扩散的方式进行的，且页岩气在页岩基质岩块存在吸附效应，这不符合达西定律中需要假定流体在岩块中流动时不与岩块发生吸附物理和化学反应(包括吸附效应)的应用条件，因此采用现有的评价方法不能准确检测页岩气的扩散能力。
发明内容
为了解决常规岩块流动能力评价方法并不适用于页岩基质岩块的流动能力评价的问题，本发明实施例提供了一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种页岩气扩散能力检测方法，所述方法包括：
获取页岩样品的数据，所述页岩样品的数据包括：所述页岩样品的长度和所述页岩样品的直径；
当在所述页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集所述页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，所述扩散数据包括：所述页岩气自由扩散的扩散时间和与所述扩散时间对应的所述页岩气的累计扩散气量；
根据所述扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数，所述第一公式包括：
y＝a+bt，-Dλ1 2＝b，以及
其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N0为页岩气在所述页岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为所述页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，M为从所述页岩样品中扩散出的页岩气质量，λ为大于0的常数，M＝M1，λ＝λ1，D为所述页岩气扩散系数，σ为所述页岩气流动系数。
具体地，所述方法还包括：
根据所述页岩气扩散数据和第二公式来计算页岩气扩散速率，所述第二公式包括:Q＝d+ct，其中，t为所述页岩气开始自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，c为所述页岩气扩散速率。
具体地，所述方法还包括：
根据所述页岩气扩散数据和第三公式来计算页岩气扩散效率，所述第三公式包括:其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N0为页岩气在所述页岩样品中达到吸附平衡下状态时的浓度，R为所述页岩气扩散效率，Q为与所述扩散时间对应的所述页岩气的累计扩散气量。
进一步地，所述方法还包括：
在所述页岩气自由扩散过程中，保持所述页岩样品的围压和/或所述页岩气的温度不变。
另一方面，提供了一种页岩气扩散能力检测装置，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取页岩样品的数据，所述页岩样品的数据包括：所述页岩样品的长度和所述页岩样品的直径；
第二获取模块，用于当在所述页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集所述页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，所述页岩样品的数据包括：所述页岩样品的长度和所述页岩样品的直径，所述扩散数据包括：所述页岩气自由扩散的扩散时间和与所述扩散时间对应的所述页岩气的累计扩散气量；
第一处理模块，用于根据所述页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数，所述第一公式包括：
y＝a+bt，-Dλ1 2＝b，以及
其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N0为页岩气在所述页岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为所述页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，M为从所述岩样品中扩散出的页岩气质量，λ为大于0的常数，M＝M1，λ＝λ1，D为所述页岩气扩散系数，σ为所述页岩气流动系数。
具体地，所述装置还包括：
第二处理模块，用于根据所述页岩气扩散数据和第二公式来计算页岩气扩散速率，所述第二公式包括:Q＝d+ct，t为所述页岩气开始自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，c为所述页岩气扩散速率。
具体地，所述装置还包括：
第三处理模块，用于根据所述页岩气扩散数据和第三公式来计算页岩气扩散效率，所述第三公式包括:其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N0为页岩气在所述页岩样品中达到吸附平衡下状态时的浓度，R为所述页岩气扩散效率。
另一方面，提供了一种页岩气扩散能力检测系统，所述系统包括：
岩心夹持器，所述岩心夹持器内安置有页岩样品；
气体容器，用于储存待测的页岩气，所述气体容器通过第一控制阀与所述岩心夹持器连通；
增压泵，用于向所述气体容器内通入所述页岩气，所述增压泵通过第二控制阀与所述气体容器连通；
第一压力计，用于检测所述气体容器中的气体压力；
气体流量计，所述气体流量计通过出口阀与所述岩心夹持器连通；
如前文所述的页岩气扩散能力检测装置，所述装置与所述气体流量计连接。
具体地，所述系统还包括：
保温箱，所述保温箱内安置有所述气体容器和所述岩心夹持器。
具体地，所述系统还包括：
水体围压泵，所述水体围压泵与所述岩心夹持器连通；
第二压力计，用于检测所述水体围压泵提供的围压大小。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过获取页岩样品的数据；然后当吸附在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据；最后根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数。其中，该方法考虑了页岩气在页岩样品中的吸附效应，且让页岩气在页岩样品中自由扩散，符合页岩基质岩块的实际流动情况，通过使用根据页岩气扩散数据和第一公式计算得到页岩气扩散系数或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力，使得评价结果更准确，更能有效的反应页岩气在页岩样品中的流动能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种页岩气扩散能力检测方法流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种页岩气扩散能力检测方法流程图；
图3是本发明实施例二提供的页岩样品模型示意图；
图4是本发明实施例三提供的一种页岩气扩散能力检测装置结构示意图；
图5是本发明实施例四提供的一种页岩气扩散能力检测装置结构示意图；
图6是本发明实施例五提供的一种页岩气扩散能力检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种页岩气扩散能力检测方法，参见图1，该方法流程包括：
步骤S11，获取页岩样品的数据，该页岩样品的数据包括：页岩样品的长度和页岩样品的直径。
步骤S12，当在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，该扩散数据包括：页岩气自由扩散的扩散时间和与该扩散时间对应的页岩气的累计扩散气量。
在实际应用中，页岩样品可根据实际需求选取需要测试的页岩层中的页岩制作样品。在本实施例中，页岩样品选取为圆柱体，选取好页岩样品后会检测页岩样品的长度和直径。
具体地，页岩气开始自由扩散的扩散时间为页岩气在吸附平衡状态下从自由扩散开始记录的扩散时间。
具体地，页岩气的吸附平衡状态是指页岩样品对页岩气的吸附与解吸作用达到平衡。在本实施例中，通过盛有一定压力的页岩气气体容器对盛有页岩样品的岩心夹持器通入页岩气，当气体容器的页岩气不在向气体容器扩散时，岩心夹持器中的页岩气达到吸附平衡状态。且根据气体容器从开始对岩心夹持器通入页岩气到岩心夹持器的页岩气达到吸附平衡状态时气体容器内页岩气的压力差值和气体容器的容积，算出通入岩心夹持器里页岩气的质量，进而算出吸附平衡状态下页岩气的浓度N0。
步骤S13，根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数，该第一公式包括：
y＝a+bt，-Dλ1 2＝b，以及
，其中，L为页岩样品的长度，d为页岩样品的直径，N0为页岩气在页岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与扩散时间t对应的页岩气的累计扩散气量，M为从页岩样品中扩散出的页岩气质量，λ为大于0的常数，M＝M1，λ＝λ1，D为页岩气扩散系数，σ为页岩气流动系数。
具体地，可以根据页岩气扩散系数或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力。
本发明实施例通过获取页岩样品的数据；然后当吸附在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据；最后根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数。其中，该方法考虑了页岩气在页岩样品中的吸附效应，且让页岩气在页岩样品中自由扩散，符合页岩基质岩块的实际流动情况，通过使用根据页岩气扩散数据和第一公式计算得到页岩气扩散系数或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力，使得评价结果更准确，更能有效的反应页岩气在页岩样品中的流动能力。
实施例二
本发明实施例提供了一种页岩气扩散能力测试方法，参见图2，该方法流程包括：
步骤S21，获取页岩样品的数据，该页岩样品的数据包括：页岩样品的长度和页岩样品的直径。
步骤S22，当在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，该扩散数据包括：页岩气自由扩散的扩散时间和与该扩散时间对应的页岩气的累计扩散气量。
在实际应用中，页岩样品可根据实际需求选取需要测试的页岩层中的页岩制作样品。在本实施例中，页岩样品选取为圆柱体，选取好页岩样品后会检测页岩样品的长度和直径。
具体地，页岩气开始自由扩散的扩散时间为页岩气在吸附平衡状态下从自由扩散开始记录的扩散时间。
具体地，页岩气的吸附平衡状态是指页岩样品对页岩气的吸附与解吸作用达到平衡。在本实施例中，通过盛有一定压力的页岩气气体容器对盛有页岩样品的岩心夹持器通入页岩气，当气体容器的页岩气不在向气体容器扩散时，岩心夹持器中的页岩气达到吸附平衡状态。且根据气体容器从开始对岩心夹持器通入页岩气到岩心夹持器的页岩气达到吸附平衡状态时气体容器内页岩气的压力差值和气体容器的容积，算出通入岩心夹持器里页岩气的质量，进而算出吸附平衡状态下页岩气的浓度N0。
步骤S23，在页岩气自由扩散过程中，保持页岩样品的围压不变。
在本实施例中，保持页岩样品的围压不变，能更好的模拟页岩样品在实际环境中所处的状态，利于提高检测数据的精确度。
步骤S24，在页岩气自由扩散过程中，保持页岩气的温度不变。
在本实施例中，保持页岩气的温度不变，可以使得页岩气在自由扩散的过程中免除温度因素的影响。
步骤S25，根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数，该第一公式包括：
y＝a+bt，-Dλ1 2＝b，以及
其中，L为页岩样品的长度，d为页岩样品的直径，N0为页岩气在页岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与扩散时间t对应的页岩气的累计扩散气量，M为从页岩样品中扩散出的页岩气质量，λ为大于0的常数，M＝M1，λ＝λ1，D为页岩气扩散系数，σ为页岩气流动系数。
具体地，可以根据页岩气扩散系数或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力。
步骤S26，根据页岩气扩散数据和第二公式来计算页岩气扩散速率，该第二公式包括:Q＝d+ct，其中，t为页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与扩散时间t对应的页岩气的累计扩散气量，c为页岩气扩散速率。
在本实施例中，页岩气扩散速率是指页岩气单位时间扩散气体量。页岩气扩散速率也可以用于评价页岩气扩散能力。
步骤S27，根据页岩气扩散数据和第三公式来计算页岩气扩散效率，该第三公式包括:其中，L为页岩样品的长度，d为页岩样品的直径，N0为页岩气在页岩样品中达到吸附平衡下状态时的浓度，R为页岩气扩散效率，Q为与扩散时间对应的页岩气的累计扩散气量。
在本实施例中，页岩气扩散效率为页岩气被吸附的气体质量与扩散的气体质量之比。页岩气扩散效率也可以用于评价页岩气扩散能力。
下面简述一下页岩气扩散模型的建立和与其对应的推导公式的推导过程。
1，建立页岩样品的数学模型
如图3所示，页岩样品可以看成均匀细杆，页岩气从页岩样品的一端通入，从另一端扩散出去。
2，扩散方程推导
设定函数N(x,y,z,t)表示物体G在位置(x,y,z)及时刻t的浓度，M(x,y,z,t)表示单位体积中所扩散物质的质量。
物体在无穷小时段dt内沿法线方向n流过一个无穷小面积dS的质量dM与物体浓度沿曲面dS法线方向的方向导数成正比，即
其中，D(x,y,z)称为物体在点(x,y,z)处的扩散系数，它应取正值。(1)式中负号的出现时由于浓度总是从浓度高的一侧流向浓度低的一侧，因此，dM应和异号。
在物体G内任取点Γ，它所包围的区域记为Ω，由(1)式从时刻t1到t2流进此闭曲面Ω的全部质量为
其中，表示沿Γ上单位外法线方向n的方向导数。
流入的质量使物体内部浓度发生变化，在时间间隔(t1,t2)中物体浓度从u(x,t1)变化到u(x,t2)，它所应该增加的物体质量是
∫∫∫[N(x,y,z,t2)-N(x,y,z,t1)]dxdydz (3)
假设函数N关于变量x,y,z具有二阶连续偏导数，关于t具有一阶连续偏导数，利用格林公式得：
交换积分次序，就得到
由于t1、t2和Ω都是任意的，则得到
此时D为常数，则得到
由于页岩样品的初始条件具有一定的围压，即页岩样品的侧面不产生扩散。
假设浓度在同一截面是相同的，则浓度仅与位置x和时间t有关，则可得到气体在岩样中流动的一维扩散方程
3、定解条件
如果知道了物体在边界上的浓度状况和物体初始时刻的浓度，就可以完全确定物体在以后时刻的浓度，故先确定页岩气的初始条件和边界条件。
初始条件如下：
N(x，0)|0＜x＜L＝N0 (9)
其中，N0为页岩在初始吸附平衡下的页岩气浓度；L为岩样长度。
边界条件如下：
利用物理学中扩散实验定律(牛顿定律)：从页岩样品中扩散出的页岩气质量与与其浓度差成正比：
dM＝σ(N1-N2)dSdt (10)
其中，σ为流动系数；N1为扩散前浓度；N2为扩散后浓度。
考察流过页岩样品表面的页岩气的质量，从页岩样品内部一侧来看它应由傅里叶定律确定，而从物体与介质接触面的扩散规律来看，它应该由牛顿定律所决定，因此：
即
这种边界条件可以写成
这类边界条件成为扩散方程的第三类边界条件。
综合式(8)、(9)、(13)和(14)共同构成了页岩气一维扩散数学模型的综合本构方程组。
4，扩散方程的求解
用分离变量法求解方程组：令
N(x,t)＝X(x)T(t) (15)
这里的X(x)和T(t)分别表示仅与x有关和仅与t有关的函数，把他们代入方程(8)中，得到：
XT′＝DX″T (16)
即
这等式只有两边均等于常数时才成立。令此常数为-λ2，λ是大于0的常数，则有
T′+λ2DT＝0 (18)
X″+λ2X＝0 (19)
对于式(18)，有通解为
对于式(19)，有通解为
X(x)＝Bcos(λx)+Csin(λx)(21)
则得到N(x,t)的通解为
N(x,t)＝Ae-Dλt[Bcos(λx)+Csin(λx)](22)
先根据边界条件(13)和(14)求解方程(21)：
对于边界条件(13)式
由于T(t)不等于0，则得到
对于边界条件(14)式
同理，由于T(t)不等于0，则得到
根据(21)式求得
X(x)′＝-Bλsin(λx)+Cλcos(λx) (27)
将边界条件(24)代入(27)式
X(0)′＝-Bλsin(0)+Cλcos(0)＝Cλ＝0
因为λ＞0，则得到C＝0。
则方程(21)和(27)变为
X(x)＝Bcos(λx) (28)
X(x)′＝-Bλsin(λx) (29)
将(26)式代入(29)式
DX(L)′+σX(L)＝-DBλsin(λL)+σBcos(λL)＝0
Dλsin(λL)＝σcos(λL)
即
方程(30)是一个超越方程的正解，存在着无穷多个固有值λk(k＝1,2,…)。
则对应的一系列固有函数为
Xk(x)＝Bkcos(λkx) (31)
由于方程(8)和边界条件(13)和(14)都是齐次的，故可利用叠加原理构造级数形式的解
其中，Gk＝Ak×Bk。
为求系数Gk，根据式(9)初始条件可得
为确定系数Gk，须先证明固有函数系{Xk}＝{cos(λkx)}在[0，L]上正交，设固有函数Xn和Xm分别对应于不同λn和λm，则代入(19)式
用Xm和Xn分别乘以式(36)和(37)，得到
式(38)和(39)相减并在[0，L]上积分，得到
由于Xm和Xn满足边界条件，则将边界条件式(24)和(26)代入上式得：
由于λn≠λm，故得固有函数系具有正交性：
令
在(33)式两边同时乘以cos(λkx)，再进行积分，利用正交性可得
则得到
将式(40)代入式(35)得到页岩气浓度分布表达式
根据(41)式可得到任意时刻t累计扩散的页岩气量Q：
由于式中存在因子因此对于任意的t≥0时，级数收敛，因此取第一项可满足要求，则得到
令-Dλ1 2＝b，则(39)式为y＝a+bt(43)
根据统计的扩散时间t和与扩散时间t对应的页岩气的累计扩散气量Q，可以通过最小二乘法回归分析得出a、b的数值，然后根据公式-Dλ1 2＝b，以及先计算出M1和λ1的值，其中，M取M1，λ取λ1；然后在计算出页岩气扩散系数D和页岩气流动系数σ。
扩散速率是指单位时间扩散气体量，故可以建立页岩气的累计扩散气量Q与扩散时间t的关系式Q＝d+ct，然后通过最小二乘法回归分析得出c、d的数值，其中，c为页岩气扩散速率。
扩散效率为页岩气吸附在页岩样品中的质量与扩散出的质量之比，页岩气扩散效率R可以通过关系式来计算。
本发明实施例通过获取页岩样品的数据；然后当吸附在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据；最后根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数。其中，该方法考虑了页岩气在页岩样品中的吸附效应，且让页岩气在页岩样品中自由扩散，符合页岩基质岩块的实际流动情况，通过使用根据页岩气扩散数据和第一公式计算得到页岩气扩散系数或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力，使得评价结果更准确，更能有效的反应页岩气在页岩样品中的流动能力。
实施例三，
本发明实施例提供了一种页岩气扩散能力检测装置，参见图4，该装置包括：
第一获取模块301，用于获取页岩样品的数据，该页岩样品的数据包括：页岩样品的长度和页岩样品的直径。
第二获取模块302，用于当在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，该页岩样品的数据包括：页岩样品的长度和页岩样品的直径，该扩散数据包括：页岩气自由扩散的扩散时间和与该扩散时间对应的页岩气的累计扩散气量。
第一处理模块303，用于根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数，该第一公式包括：
y＝a+bt，-Dλ1 2＝b，以及
其中，L为页岩样品的长度，d为页岩样品的直径，N0为页岩气在页岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与扩散时间t对应的页岩气的累计扩散气量，M为从页岩样品中扩散出的页岩气质量，λ为大于0的常数，M＝M1，λ＝λ1，D为页岩气扩散系数，σ为页岩气流动系数。
在实际应用中，页岩样品可根据实际需求选取需要测试的页岩层中的页岩制作样品。在本实施例中，页岩样品选取为圆柱体，选取好页岩样品后会检测页岩样品的长度和直径。
具体地，页岩气开始自由扩散的扩散时间为页岩气在吸附平衡状态下从自由扩散开始记录的扩散时间。
具体地，页岩气的吸附平衡状态是指页岩样品对页岩气的吸附与解吸作用达到平衡。在本实施例中，通过盛有一定压力的页岩气气体容器对盛有页岩样品的岩心夹持器通入页岩气，当气体容器的页岩气不在向气体容器扩散时，岩心夹持器中的页岩气达到吸附平衡状态。且根据气体容器从开始对岩心夹持器通入页岩气到岩心夹持器的页岩气达到吸附平衡状态时气体容器内页岩气的压力差值和气体容器的容积，算出通入岩心夹持器里页岩气的质量，进而算出吸附平衡状态下页岩气的浓度N0。
本发明实施例通过获取页岩样品的数据；然后当吸附在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据；最后根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数。其中，该方法考虑了页岩气在页岩样品中的吸附效应，且让页岩气在页岩样品中自由扩散，符合页岩基质岩块的实际流动情况，通过使用根据页岩气扩散数据和第一公式计算得到页岩气扩散系数或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力，使得评价结果更准确，更能有效的反应页岩气在页岩样品中的流动能力。
实施例四
本发明实施例提供了一种页岩气扩散能力检测装置，参见图5，该装置包括：
第一获取模块401，用于获取页岩样品的数据，该页岩样品的数据包括：页岩样品的长度和页岩样品的直径。
第二获取模块402，用于当在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，该页岩样品的数据包括：页岩样品的长度和页岩样品的直径，该扩散数据包括：页岩气自由扩散的扩散时间和与该扩散时间对应的页岩气的累计扩散气量。
第一处理模块403，用于根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数，该第一公式包括：
y＝a+bt，-Dλ1 2＝b，以及
其中，L为页岩样品的长度，d为页岩样品的直径，N0为页岩气在页岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与扩散时间t对应的页岩气的累计扩散气量，M为从页岩样品中扩散出的页岩气质量，λ为大于0的常数，M＝M1，λ＝λ1，D为页岩气扩散系数，σ为页岩气流动系数。
第二处理模块404，用于根据页岩气扩散数据和第二公式来计算页岩气扩散速率，该第二公式包括:Q＝d+ct，其中，t为页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与扩散时间t对应的页岩气的累计扩散气量，c为页岩气扩散速率。
第三处理模块405，用于根据页岩气扩散数据和第三公式来计算页岩气扩散效率，该第三公式包括:其中，L为页岩样品的长度，d为页岩样品的直径，N0为页岩气在页岩样品中达到吸附平衡下状态时的浓度，R为页岩气扩散效率，Q为与扩散时间对应的页岩气的累计扩散气量。
在实际应用中，页岩样品可根据实际需求选取需要测试的页岩层中的页岩制作样品。在本实施例中，页岩样品选取为圆柱体，选取好页岩样品后会检测页岩样品的长度和直径。
具体地，页岩气开始自由扩散的扩散时间为页岩气在吸附平衡状态下从自由扩散开始记录的扩散时间。
具体地，页岩气的吸附平衡状态是指页岩样品对页岩气的吸附与解吸作用达到平衡。在本实施例中，通过盛有一定压力的页岩气气体容器对盛有页岩样品的岩心夹持器通入页岩气，当气体容器的页岩气不在向气体容器扩散时，岩心夹持器中的页岩气达到吸附平衡状态。且根据气体容器从开始对岩心夹持器通入页岩气到岩心夹持器的页岩气达到吸附平衡状态时气体容器内页岩气的压力差值和气体容器的容积，算出通入岩心夹持器里页岩气的质量，进而算出吸附平衡状态下页岩气的浓度N0。
在本实施例中，公式的建立和推导过程前文已作说明，这里不在赘述。
本发明实施例通过获取页岩样品的数据；然后当吸附在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据；最后根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数。其中，该方法考虑了页岩气在页岩样品中的吸附效应，且让页岩气在页岩样品中自由扩散，符合页岩基质岩块的实际流动情况，通过使用根据页岩气扩散数据和第一公式计算得到页岩气扩散系数或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力，使得评价结果更准确，更能有效的反应页岩气在页岩样品中的流动能力。
实施例五
本发明实施例提供了一种页岩气扩散能力检测系统，参见图6，该系统包括：
岩心夹持器1，该岩心夹持器1内安置有页岩样品；
气体容器2，用于存储待测的页岩气，该气体容器2通过第一控制阀与岩心夹持器1连通；
增压泵3，用于向气体容器内通入页岩气，该增压泵3通过第二控制阀与气体容器2连通；
第一压力计4，用于检测气体容器2中的气体压力；
气体流量计6，该气体流量计6通过出口阀7与岩心夹持器1连通；
实施例3或4中所述的页岩气扩散能力检测装置8，该装置8与气体流量计6连接。
在本实施例中，第一控制阀和第二控制阀为同一控制阀，即换向阀5，换向阀5可以调节岩心夹持器1、气体容器2、增压泵3以及第一压力计4之间的连通关系。可以理解的，在其他实施例中，第一控制阀和第二控制阀也可以采用不同的阀实现。
页岩气扩散能力检测装置8用于页岩气扩散能力检测，具体的实现过程前文已说明，这里不在赘述。
具体地，该系统还包括：
保温箱9，该保温箱9内安置有气体容量器2和岩心夹持器1。
在本实施例中，保温箱9用于保持气体容量器2和岩心夹持器1内的页岩气的温度不变，可以使得页岩气在自由扩散的过程中免除温度因素的影响，提高检测结果的准确度。
具体地，该系统还包括：
水体围压泵10，该水体围压泵10与岩心夹持器1连通。
第二压力计11，用于检测水体围压泵10提供的围压大小。
在本实施例中，第二压力计11分别与岩心夹持器1和水体围压泵10连通。
在本实施例中，水体围压泵10用于保持岩心夹持器1中的页岩样品的围压不变，能更好的模拟页岩样品在实际环境中所处的状态，利于提高检测数据的精确度。第二压力计11用于监控水体围压泵10为岩心夹持器1提供的围压大小。
下面结合图6简要说明一下该系统的工作过程：
通过调节换向阀5，使得气体容器2、增压泵3以及第一压力计4连通，增压泵3为气体容器2内通入待测页岩气，当第一压力计4测得气体容器2内的页岩气达到预定压力后，增压泵3停止对气体容器2通入页岩气；
关闭出口阀7，同时通过调节换向阀5，使得岩心夹持器1、气体容器2以及第一压力计4连通，气体容器2中的待测页岩气开始向岩心夹持器1扩散，当第一压力计4测得的压力不在变化时，岩心夹持器1内的页岩气已经达到吸附平衡状态；
调节换向阀5，使得岩心夹持器1与气体容器2和第一压力计4断开连通；
打开出口阀7，使得岩心夹持器1与气体流量计6连通，页岩气从吸附平衡状态下开始向气体流量计6自由扩散；
记录页岩气开始自由扩散的扩散时间，并通过气体流量计6记录与扩散时间对应的页岩气的累计扩散气量；
通过页岩气扩散能力检测装置8来计算页岩气扩散系数或页岩气流动系数。
本发明实施例通过获取页岩样品的数据；然后当吸附在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据；最后根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数。其中，该方法考虑了页岩气在页岩样品中的吸附效应，且让页岩气在页岩样品中自由扩散，符合页岩基质岩块的实际流动情况，通过使用根据页岩气扩散数据和第一公式计算得到页岩气扩散系数或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力，使得评价结果更准确，更能有效的反应页岩气在页岩样品中的流动能力。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
需要说明的是：上述实施例提供的页岩气扩散能力检测装置在实现页岩气扩散能力检测方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的页岩气扩散能力检测装置与页岩气扩散能力检测方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种页岩气扩散能力检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取页岩样品的数据，所述页岩样品的数据包括：所述页岩样品的长度和所述页岩样品的直径；
当在所述页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集所述页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，所述扩散数据包括：所述页岩气自由扩散的扩散时间和与所述扩散时间对应的所述页岩气的累计扩散气量；
根据所述扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数，所述第一公式包括：
y＝a+bt，-Dλ1 2＝b，以及
其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N0为页岩气在所述页岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为所述页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，M为从所述页岩样品中扩散出的页岩气质量，λ为大于0的常数，M＝M1，λ＝λ1，D为所述页岩气扩散系数，σ为所述页岩气流动系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述页岩气扩散数据和第二公式来计算页岩气扩散速率，所述第二公式包括:Q＝d+ct，其中，t为所述页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，c为所述页岩气扩散速率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述页岩气扩散数据和第三公式来计算页岩气扩散效率，所述第三公式包括:其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N0为页岩气在所述页岩样品中达到吸附平衡下状态时的浓度，R为所述页岩气扩散效率，Q为与所述扩散时间对应的所述页岩气的累计扩散气量。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述页岩气自由扩散过程中，保持所述页岩样品的围压和/或所述页岩气的温度不变。
5.一种页岩气扩散能力检测装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取页岩样品的数据，所述页岩样品的数据包括：所述页岩样品的长度和所述页岩样品的直径；
第二获取模块，用于当在所述页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集所述页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，所述页岩样品的数据包括：所述页岩样品的长度和所述页岩样品的直径，所述扩散数据包括：所述页岩气自由扩散的扩散时间和与所述扩散时间对应的所述页岩气的累计扩散气量；
第一处理模块，用于根据所述页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数，所述第一公式包括：
y＝a+bt，-Dλ1 2＝b，以及
其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N0为页岩气在所述页岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为所述页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，M为从所述页岩样品中扩散出的页岩气质量，λ为大于0的常数，M＝M1，λ＝λ1，D为所述页岩气扩散系数，σ为所述页岩气流动系数。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二处理模块，用于根据所述页岩气扩散数据和第二公式来计算页岩气扩散速率，所述第二公式包括:Q＝d+ct，t为所述页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，c为所述页岩气扩散速率。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第三处理模块，用于根据所述页岩气扩散数据和第三公式来计算页岩气扩散效率，所述第三公式包括:其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N0为页岩气在所述页岩样品中达到吸附平衡下状态时的浓度，R为所述页岩气扩散效率。
8.一种页岩气扩散能力检测系统，其特征在于，所述系统包括：
岩心夹持器，所述岩心夹持器内安置有页岩样品；
气体容器，用于储存待测的页岩气，所述气体容器通过第一控制阀与所述岩心夹持器连通；
增压泵，用于向所述气体容器内通入所述页岩气，所述增压泵通过第二控制阀与所述气体容器连通；
第一压力计，用于检测所述气体容器中的气体压力；
气体流量计，所述气体流量计通过出口阀与所述岩心夹持器连通；
如权利要求5-7任一项所述的装置，所述装置与所述气体流量计连接。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
保温箱，所述保温箱内安置有所述气体容器和所述岩心夹持器。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
水体围压泵，所述水体围压泵与所述岩心夹持器连通；
第二压力计，用于检测所述水体围压泵提供的围压大小。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410597334.1A CN105628559B (zh) | 2014-10-30 | 2014-10-30 | 一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410597334.1A CN105628559B (zh) | 2014-10-30 | 2014-10-30 | 一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105628559A CN105628559A (zh) | 2016-06-01 |
| CN105628559B true CN105628559B (zh) | 2018-05-08 |
Family
ID=56043696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410597334.1A Active CN105628559B (zh) | 2014-10-30 | 2014-10-30 | 一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105628559B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106769688B (zh) * | 2017-01-04 | 2019-08-06 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法 |
| CN107220432B (zh) * | 2017-05-24 | 2020-11-03 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法 |
| CN110132797A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-08-16 | 西南石油大学 | 一种用于测量化学剂在岩心中扩散系数的实验装置及方法 |
| CN112129482B (zh) * | 2020-08-13 | 2022-11-25 | 中国石油天然气股份有限公司 | 页岩储层基质中页岩气流动能力分析方法及装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2198301C (en) * | 1997-02-24 | 2004-09-14 | Alcan International Limited | Portable liquid metal filtration device for inclusion analysis |
| US5974867A (en) * | 1997-06-13 | 1999-11-02 | University Of Washington | Method for determining concentration of a laminar sample stream |
| JP2007101283A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Kosumedei Seiyaku Kk | 経皮吸収製剤の拡散測定セル、それを用いた拡散測定装置及び拡散測定方法 |
| CN102828735A (zh) * | 2012-05-14 | 2012-12-19 | 中国石油大学(华东) | 基于空气爆震的提高页岩气井采收率方法 |
| CN103266874B (zh) * | 2013-05-17 | 2015-08-26 | 北京科技大学 | 一种开采页岩气的方法 |
-
2014
- 2014-10-30 CN CN201410597334.1A patent/CN105628559B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105628559A (zh) | 2016-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN203658217U (zh) | 一种渗流启动压力梯度测试实验装置 | |
| CN105628559B (zh) | 一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统 | |
| CN206410978U (zh) | 一种致密岩石气相相对渗透率测量装置 | |
| CN106814018A (zh) | 一种致密岩石气相相对渗透率测量装置及方法 | |
| US11860079B2 (en) | Parallel core simulation device for commingling production in low-permeability gas reservoirs | |
| CN206609743U (zh) | 水驱气藏水侵动态储量损失实验测试系统 | |
| CN104359819A (zh) | 低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置及测定方法 | |
| US20170160184A1 (en) | Apparatus and method to measure a molecular diffusion coefficient in a porous powder | |
| CN108119132B (zh) | 致密砂岩气藏近井带径向渗流含水饱和度模拟装置及方法 | |
| CN105092419B (zh) | 高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测的装置和方法 | |
| CN103257099A (zh) | 用于测量多孔介质渗吸的装置 | |
| CN105628575B (zh) | 页岩性质测定方法、装置和页岩性质测定仪 | |
| CN108680481A (zh) | 相对渗透率曲线测试方法和装置 | |
| CN109507081A (zh) | 基质渗吸与驱油的同步测量系统及方法 | |
| CN108444890B (zh) | 测试中、高渗岩心液测渗透率的非稳态滴定装置及方法 | |
| CN109726464A (zh) | 一种土石坝流热耦合模型参数敏感性分析构建方法 | |
| Ren et al. | A comparison of numerical and Lu modeling of water flow and heat transport with laboratory experiments | |
| CN104809275A (zh) | 碳酸盐岩微观流动模拟方法及装置 | |
| CN109085112B (zh) | 致密岩样的渗透率测定方法及装置 | |
| CN105938084A (zh) | 一种化学渗吸剂渗透性能评价方法 | |
| CN116148154B (zh) | 模拟高温高压下岩心渗流传热传质的实验装置和解译方法 | |
| CN111504871A (zh) | 一种岩体裂隙非饱和渗流试验系统 | |
| CN112049623A (zh) | 一种中基性火山岩束缚水出水的判定方法和装置 | |
| CN105424575B (zh) | 一种确定渗透率的方法和装置 | |
| CN202442934U (zh) | 煤/页岩吸附量测定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |