CN106442251A - 一种基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率测量方法，包括以下步骤：S1.测量获取的岩心样品，包括测量岩心样品的半径；S2.将岩心样品放入容积为的第一容器中，用密度为的填充物对第一容器中的孔隙进行填充，并称量填入第一容器中的填充物的质量；S3.将第一容器放入温度恒为的第二容器中，每隔时间间隔测量一次从第一容器中已流出的气体的体积、第一容器内的温度和第一容器内的大气压力，直到无气体从第一容器中流出或末次流出量小于设定的流出量阈值；S4.计算岩心样品的有效渗透率。本发明利用现场页岩含气量的测试过程中获得的数据，直接计算出岩心样品心的有效渗透率。

Description

一种基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率测量方法

技术领域

本发明涉及页岩气勘探的技术领域，特别是涉及一种基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率测量方法。

背景技术

伴随着工业生产对能源的需求，为了获得新的接替能源，关于非常规天然气的开发成为世界范围内的一大热点。过去认为具有非渗透性的储层，现在也会想办法将其开采。

岩石的渗透率是油层物性的一项重要参数，它是确定一口井是否应当完井和投产的依据，同时，它也是钻井油层保护、完井射孔方案选择、最佳排液位置和生产速率以及三次采油措施的制定的基础。因此，对于石油工程师来说，岩石的渗透率无疑是一项必须加以重点关注的地层参数。现有的渗透率测试方法依据GB/T 29172-2012《岩心分析方法》主要分为稳态法和非稳态法两种，但这两种方法存在以下不足：

(1)需要单独测量原始数据，为此会耗费大量的人力和物力；

(2)在测量原始数据的过程中要求岩石样品处于恒温环境，并对岩石样品加围压；

(3)主要是测试圆柱型岩心轴向上的渗透率大小，却未能真正地对岩心水平向壁面的渗透率进行测试。

现场页岩含气量测试实验是计算页岩储量大小的重要基础实验，现有SY/T6940-2013《页岩含气量测定方法》详细介绍了该实验的过程。但是令人遗憾的是，研究人员对于这样一个花费大量人力、物力的实验数据的应用仅仅体现在获取页岩含气量的数据上。

发明内容

为了解决上述的技术问题之一，本发明提供一种提供一种基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率的计算方法，利用现场页岩含气量的测试过程中获得的数据，直接计算出岩心样品心的有效渗透率。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率测量方法，包括以下步骤：

S1.测量获取的岩心样品，包括测量得到岩心样品的半径r；

S2.将岩心样品放入容积为V₁的第一容器中，用密度为ρ_t的填充物对第一容器中的孔隙进行填充，并称量填入第一容器中的填充物的质量m_t；

S3.将第一容器放入温度恒为T′的第二容器中，每隔时间间隔Δt测量一次从第一容器中已流出的气体的体积、第一容器内的温度和第一容器内的大气压力，直到无气体从第一容器中流出或末次流出量小于设定的流出量阈值；

S4.计算岩心样品的有效渗透率。

可选择地，步骤S4中，岩心样品的有效渗透率的计算公式如下：

式中：T-第一容器中的温度；

T(t)-t时刻第一容器中的温度；

T(t+Δt)-t+Δt时刻第一容器中的温度；

μ-气体黏度；

Q^*(t)-t时刻时，从第一容器中已流出的气体的体积；P(t)-t时刻的第一容器内的大气压力；

V_φ-岩心样品的孔隙体积；

V_null-第一容器中放入岩心样品并填充填充物后的空隙体积。

可选择地，步骤S1中测量获取的岩心样品还包括测量岩心样品的岩心样品的长度L和孔隙度φ；

所述岩心样品的孔隙体积V_φ的计算公式如下：

V_φ＝V_bφ

式中：V_b-岩心样品的表观体积，V_b＝πr²L。

可选择地，步骤S1中测量获取的岩心样品还包括测量岩心样品的岩心样品的长度L；

所述第一容器中放入岩心样品并填充填充物后的空隙体积的计算公式如下：

V_null＝V₁-V_b-V_t

式中：

V_b-岩心样品的表观体积，V_b＝πr²L；

V_t-填入第一容器中的填充物的体积，

可选择地，所述时间间隔Δt小于或等于5分钟。

可选择地，所述填充物为陶瓷颗粒。

可选择地，使用的测量装置包括第一容器、第二容器、温度计、导管和气体流量计量装置，第一容器置于第二容器内，温度计的检测端置于第一容器内，温度计的显示端位于第一容器的外部，导管的一端连接第一容器的出气口，导管的另一端连接气体流量计量装置的进气口。

可选择地，所述第一容器为岩心罐，所述第二容器为水浴锅。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用的原始数据可以在现场页岩含气量的测试过程中获得，无需单独在室内通过实验获取计算有效渗透率的原始数据，节省了单独测试原始数据所需耗费的人力成本、时间成本和样品成本；

(2)本发明所需的原始数据的获取过程中岩心样品可处于无围压和温度变化的环境；

(3)本发明为评定不同温度下的页岩的出气能力和有效渗流能力提供了有效的实验技术手段。

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为本发明一实施例提供的基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率测量方法的流程图；

图2为对应于表1的不同水浴温度下的渗透率值的分布图；

图3为本发明一实施例中测量损失气量的实验装置的示意图。

图中，1-第二容器，2-第一容器，3-温度计，4-导管，5-气体流量计量装置。

具体实施方式

为使本发明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。

本发明一实施例提供了基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率的测量方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1.钻井获取岩心样品，测量岩心样品的长度L、直径d、质量m_岩心和岩心样品孔隙度φ。岩心样品孔隙度φ采用孔隙度仪直接测试出结果。

岩心样品的表观体积为V_b，则：V_b＝πr²L，式中：r-岩心样品的半径，

岩心样品的孔隙体积V_φ的计算公式如下：

V_φ＝V_bφ

式中：V_b-岩心样品的表观体积；

φ-岩心样品孔隙度。

S2.将岩心样品放入容积为V₁的第一容器中，用密度为ρ_t的填充物对第一容器中的孔隙进行填充，并称量填入第一容器中的填充物的质量m_t。填充物需要为不与岩心样品和气体发生化学反应的细颗粒固体物质，优选为陶瓷颗粒。

填入第一容器内的填充物的体积为V_t，则：

第一容器中放入岩心样品并填充填充物后的空隙体积为V_null，则：

V_null＝V₁-V_b-V_t

式中：V₁-第一容器的体积；

V_b-岩心样品的表观体积；

V_t-填入第一容器中的填充物的体积。

S3.将第一容器放入温度恒为T′的第二容器中，每隔时间间隔Δt测量一次从第一容器中已流出的气体的体积、第一容器内的温度和第一容器内的大气压力，直到无气体从第一容器中流出；所述时间间隔Δt小于或等于5分钟。

S4.计算岩心样品的有效渗透率，岩心样品的有效渗透率的计算公式如下：

式中：T-第一容器中的温度；

T(t)-t时刻第一容器中的温度；

T(t+Δt)-t+Δt时刻第一容器中的温度；

μ-气体黏度；

Q^*(t)-t时刻时，从第一容器中已流出的气体的体积；

r-岩心样品的半径，

P(t)-t时刻的大气压力；

V_φ-岩心样品的孔隙体积；

V_null-第一容器中放入岩心样品并填充填充物后的空隙体积。

岩心样品的有效渗透率的计算公式的推导过程如下：

根据渗流力学，在时间间隔Δt内，通过岩心样品端面发生渗流的关系式可表示为：

式中：k₁-垂直向渗透率，ΔP-t时刻和t+Δt时刻第一容器内的大气压力差，r-岩心样品的半径，μ-气体黏度；

通过岩心样品壁面发生渗流的关系式可表示为：

式中：k₂-水平向渗透率，ΔP-t时刻和t+Δt时刻第一容器内的大气压力差，r-岩心样品的半径，μ-气体黏度。

其中，ΔP＝P(t+Δt)-P(t)，式中：P(t+Δt)-t+Δt时刻第一容器内的大气压力，P(t)-t时刻第一容器内的大气压力；

由于，Q＝2Q₁+Q₂，因此

其中渗透率式中：k₁-垂直向渗透率，k₂-水平向渗透率。

当第一容器内的温度由T(t)增加到T(t+Δt)时，

因此，所以，

需注意的是，得到的有效渗透率是一系列的值。

表1为某公司的页岩含气量现场测定原始记录表，岩心样品的长度为30mm，直径为106mm，质量为6866g，岩心样品孔隙度为4.40％，岩心密度为2.6kg/cm³，计算可得到岩心样品的体积为2641cm³，岩心样品的孔隙体积为116.06cm³，不同温度下的气体黏度可以通过查阅相关资料获得，如《化工工艺设计手册(上册)(第四版)(M)》，中国石化集团上海工程有限公司编.北京：化学工业出版社，2009.6：1026-1027页)。第二容器的温度为40℃，具体测试数据和渗透率如表1所示，不同温度下的渗透率值如图2所示。

表1页岩含气量现场测定原始记录表

图3为一种用于现场页岩含气量的测量装置，通过该测量装置可测得本发明计算有效渗透率所需的原始数据，该测量装置包括第一容器2、第二容器1、温度计3、导管4和气体流量计量装置5，第一容器2置于第二容器1内，温度计3的检测端置于第一容器2内，温度计3的显示端位于第一容器2的外部，导管4的一端连接第一容器2的出气口，导管4的另一端连接气体流量计量装置5的进气口。第一容器2为岩心罐，第二容器1为水浴锅，水浴锅的温度保持恒定，岩心罐密封，通过导管4将岩心罐中的气体导入气体流量计量装置5进行测量。

本实施例提供的基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率测量方法能带来以下技术效果：

(1)本实施例采用的原始数据可以在现场页岩含气量的测试过程中获得，无需单独在室内通过实验获取计算有效渗透率的原始数据，节省了单独测试原始数据所需耗费的人力成本、时间成本和样品成本；

(2)本实施例所需的原始数据的获取过程中岩心样品可处于无围压和温度变化的环境；

(3)本实施例为评定不同温度下的页岩的出气能力和有效渗流能力提供了有效的实验技术手段。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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 (8)

1.一种基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.测量获取的岩心样品，包括测量得到岩心样品的半径r；

S2.将岩心样品放入容积为V₁的第一容器中，用密度为ρ_t的填充物对第一容器中的孔隙进行填充，并称量填入第一容器中的填充物的质量m_t；

S3.将第一容器放入温度恒为T′的第二容器中，每隔时间间隔Δt测量一次从第一容器中已流出的气体的体积、第一容器内的温度和第一容器内的大气压力，直到无气体从第一容器中流出或末次流出量小于设定的流出量阈值；

S4.计算岩心样品的有效渗透率。

2.根据权利要求1所述的基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率测量方法，其特征在于，步骤S4中，岩心样品的有效渗透率的计算公式如下：

$K\left(T\right)=\frac{{\mathrm{\μQ}}^{*}\left(t\right)}{2\mathrm{\π}rP\left(t\right)}{\[\frac{T(t+\mathrm{\Δ}t)}{T\left(t\right)}-1\]}^{-1}\frac{V_{\mathrm{\φ}}}{V_{\mathrm{\φ}}+V_{null}}$

式中：T-第一容器中的温度；

T(t)-t时刻第一容器中的温度；

T(t+Δt)-t+Δt时刻第一容器中的温度；

μ-气体黏度；

Q^*(t)-t时刻时，从第一容器中已流出的气体的体积；P(t)-t时刻的第一容器内的大气压力；

V_φ-岩心样品的孔隙体积；

V_null-第一容器中放入岩心样品并填充填充物后的空隙体积。

3.根据权利要求2所述的基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率的计算方法，其特征在于，步骤S1中测量获取的岩心样品还包括测量岩心样品的岩心样品的长度L和孔隙度φ；

所述岩心样品的孔隙体积V_φ的计算公式如下：

V_φ＝V_bφ

式中：V_b-岩心样品的表观体积，V_b＝πr²L。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1中测量获取的岩心样品还包括测量岩心样品的岩心样品的长度L；

所述第一容器中放入岩心样品并填充填充物后的空隙体积的计算公式如下：

V_null＝V₁-V_b-V_t

式中：

V_b-岩心样品的表观体积，V_b＝πr²L；

V_t-填入第一容器中的填充物的体积，

5.根据权利要求2所述的基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率的测量方法，其特征在于，所述时间间隔Δt小于或等于5分钟。

6.根据权利要求2所述的基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率的测量方法，其特征在于，所述填充物为陶瓷颗粒。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率的测量方法，其特征在于，使用的测量装置包括第一容器、第二容器、温度计、导管和气体流量计量装置，第一容器置于第二容器内，温度计的检测端置于第一容器内，温度计的显示端位于第一容器的外部，导管的一端连接第一容器的出气口，导管的另一端连接气体流量计量装置的进气口。

8.根据权利要求7所述的基于现场页岩含气量测试数据的有效渗透率的测量方法，其特征在于，所述第一容器为岩心罐，所述第二容器为水浴锅。