CN106525681A - 一种确定页岩储层孔隙直径大小的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种确定页岩储层孔隙直径大小的方法。该方法包括以下步骤：采集研究区的页岩储层样品；采用氮气物理吸附仪对页岩储层样品进行氮气物理吸附解吸实验，以获取页岩储层样品的吸附解吸数据；根据上述吸附解析数据中氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1，对lnV1和lnln(1/P1)进行线性拟合，获得lnV1和lnln(1/P1)的线性关系，并由所述线性关系得到斜率K；根据斜率K，计算得到页岩储层样品的孔隙直径R。本发明提供的技术方案操作简单，能够准确有效地计算页岩储层孔隙的大小，为页岩储层的评价提供了新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及一种确定页岩储层孔隙直径大小的方法，属于页岩储层评价技术领域。
背景技术
页岩储层孔隙特征描述对于页岩油气的勘探开发至关重要。页岩油气储存于页岩孔隙里，页岩孔隙的大小决定了储层油气量的多少，而连接页岩孔隙之间的吼道的大小决定了页岩油气流动的难易程度。因此，页岩孔隙特征的描述对页岩油气储量评价以及页岩油气的勘探开发有着至关重要的意义。
目前为止，国内外对于页岩孔隙结构的描述多处于定性描述的阶段，主要通过实验来定性描述页岩孔隙特征，主要的研究方法包括显微观察法，辐射探测法和流体侵入法。显微观察法主要通过发射场扫描电子显微镜，透射电子显微镜，CT扫描和聚焦离子束扫描电子显微镜等技术方法来观察页岩孔隙形状，计算页岩孔隙体积等。
辐射探测法主要是通过辐射检测包括核磁共振和小角度中子散射来测量页岩的总孔隙率。流体侵入法包括低压气体吸附解吸试验法，高压压汞法和氦测比重法；其中，流体侵入法可以用于分析孔隙的比表面积，孔隙体积，孔径分布，孔隙连通性等；高压压汞法虽然能在一定程度上通过R＝2σcosθ/Pc计算孔隙半径，但是该方法对于较大的孔隙有效，而对于页岩储层中纳米级的微孔则具有一定的局限性，另外，主要采用高压压汞法容易使样品在高压条件下产生破坏，形成微裂缝，进而使得压汞所测的孔隙变大。
近年来，随着混沌数学思想和分形理论的逐渐成熟，分形理论已广泛应用于地质各个领域的研究。国内外许多学者的多项研究已经证实，页岩孔隙具有较好的分形特征。由于分形理论能够通过计算分形维数来定量或半定量的表征不规则形状的不规则程度，所以分形理论已经成功应用于页岩孔隙特征描述的研究中。然而这种描述只能通过各种实验方法来计算页岩孔隙的分形特征，并不能直接描述页岩孔隙大小。
因此，提供一种能够直接确定页岩孔隙大小的方法称为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种确定页岩孔隙直径大小的方法，该方法有效解决了页岩孔隙特征描述困难这一技术难题，能够快速有效地确定页岩孔隙直径的大小。
为达到上述目的，本发明提供了一种确定页岩孔隙直径大小的方法，其包括以下步骤：
步骤一、采集研究区的页岩储层样品；
步骤二、采用氮气物理吸附仪对页岩储层样品进行氮气物理吸附解吸实验，以获取页岩储层样品的吸附解吸数据；
步骤三、根据上述吸附解析数据中氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1，对lnV1和lnln(1/P1)进行线性拟合，获得lnV1和lnln(1/P1)的线性关系，并由所述线性关系得到斜率K；
步骤四、根据斜率K，计算得到页岩储层的孔隙直径R。
在上述方法中，获得lnV1和lnln(1/P1)的线性关系后，根据这一线性关系可以计算得到斜率K，斜率K＝ΔlnV1/Δlnln(1/P1)。
在上述方法中，优选地，在步骤二中，所述页岩储层样品的吸附解吸数据包括氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1，以及氮气在解吸过程中的吸附气量V2和相对压力P2。
在上述方法中，优选地，在步骤二结束后，步骤三开始前，该方法还包括利用页岩储层样品的吸附解吸等温线，对氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1的可靠性进行判断的步骤。
在上述方法中，优选地，对氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1的可靠性进行判断的过程包括以下步骤：
根据页岩储层样品的吸附解吸数据，绘制氮气的吸附解吸等温线图；
在所述吸附解吸等温线图中，吸附曲线和解吸曲线形成回滞环和强迫闭合现象时，判断氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1为可靠；
在所述吸附解吸等温线图中，吸附曲线和解吸曲线没有形成回滞环和/或强迫闭合现象时，判断氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1为不可靠，此时需要在原测试样品的附近重新采样测试(测试过程同上)，直至吸附气量V1和相对压力P1为可靠。
对于页岩储层样品而言，由于页岩的孔隙半径很小(属于纳米孔隙)，氮气分子在纳米孔隙表面吸附-解吸的过程中，在表面张力和范德华力的作用下，氮气在吸附过程中的吸附气量V1和解吸过程中的吸附气量V2会出现不均等的情况，这种情况在氮气的吸附等温线图中表现为氮气的吸附曲线和解吸曲线之间形成“回滞环”(如图1所示)；同时吸附解吸过程中，当氮气分子由单层吸附转向多层吸附时会出现“强迫闭合”现象，所述“强迫闭合”现象是指在氮气的吸附等温线图中解吸曲线突然靠近吸附曲线进而形成拐点(如图1所示)。出现回滞环和强迫闭合现象时，即表明实验数据是可靠的。绘制氮气的吸附解吸等温线图时，以相对压力为横坐标，吸附气量为纵坐标；优选地，所述强迫闭合现象在吸附解吸等温线图中对应的相对压力为0.4-0.5时(即强迫闭合现象出现在吸附解吸等温图中相对压力为0.4-0.5这一范围内)，表明氮气在吸附过程中的吸附气量和相对压力的数据可靠度更高。
在上述方法中，优选地，在步骤三结束后，步骤四开始前，该方法还包括根据lnV1和lnln(1/P1)两者的线性关系的相关度C(所述相关度C为lnV1和lnln(1/P1)二者的拟合相关系数)对斜率K的可靠性进行判断的步骤：
相关度C＞0.8时，判断斜率K为可靠；
相关度C≤0.8时，判断斜率K为不可靠，此时，需要在原测试样品的附近重新采样测试(测试过程同上)，直至斜率K为可靠。
在上述方法中，优选地，在步骤四中，根据斜率K，计算得到页岩储层样品的孔隙直径R的过程包括以下步骤：
-1＜K＜0时，判断K值为有效，表明该页岩储层样品的孔隙直径可以按照本发明提供的方法进行计算；此时页岩储层样品的孔隙直径R与斜率K之间满足式1所示的关系
R＝–53.097K–6.431 式1；
K≤-1或K≥0时，判断K值为无效，表明该页岩储层样品的孔隙直径不可以按照本发明提供的方法进行计算，需要采用其他的方式进行计算，例如可以采用实验仪器Quadrasorb SI中提供的BJH模型对该样品的孔隙直径进行计算。
在上述方法中，优选地，在步骤三中，页岩储层样品在吸附过程中的相对压力P1＝P1实际/P0。
在上述方法中，优选地，页岩储层样品在解吸过程中的相对压力P2＝P2实际/P0。
相对压力的计算公式为P实际/P0，在上述相对压力P1和P2的计算公式中，P1实际表示吸附过程中的实际压力；P2实际表示解吸过程中的实际压力，P0表示氮气在77.3K时的饱和蒸汽压力。
在上述方法中，优选地，在吸附解吸实验中，氮气的压强<0.127MPa。
在上述方法中，优选地，在步骤一中，所述样品采集于研究区的陆相、海相、海陆过渡相页岩中的一种或几种的组合，尽量保证采集的样品在研究区均匀分布，以保证结果的准确性。
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案操作简单，能够准确有效地计算页岩储层孔隙的大小，为页岩储层的评价提供了新的思路。
附图说明
图1为氮气的吸附解吸等温线；
图2为根据氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1，拟合得到的lnV1与lnln(1/P1)的线性关系图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
以下实施例是以中国中部鄂尔多斯盆地富县-下寺湾地区长7和长9段页岩储层为研究对象。鄂尔多斯盆地中生界三叠系延长组广泛发育湖湘沉积体系，其中长7段和长9段主要分布湖相-半深湖相的暗色泥页岩，有机质丰度大，沉积厚度大，有机质成熟度较高，是鄂尔多斯盆地页岩油气的主要产层。
实施例1
本实施例提供了一种确定页岩孔隙直径大小的方法，其包括以下步骤：
1)从鄂尔多斯盆地富县-下寺湾地区的9口取芯井中，在对应深度为1139.1-1625.24m(长7段)和1360-1754.43m(长9段)的范围内共取样品45个，样品在研究区分布相对均匀，且均属于陆相页岩。
2)用比表面测定仪Quadrasorb SI对这些样品进行氮气吸附解吸实验，实验过程采用国内标准GB/T19587-2004，将样品在90℃加热1小时、350℃加热5小时。在-196.15℃条件下连续测得相对压力在0.004-0.995范围内的对应的吸附体积。
表1
3)在获取每个样品吸附解吸过程的相对压力和对应的吸附体积的数据之后，作氮气的吸附等温线。以样品S1为例，样品S1的吸附解吸实验数据如表1所示。
4)样品S1的吸附等温线如图1所示，从图1中可以看出，样品S1的吸附曲线和解吸曲线之间形成了明显的“回滞环”，并在相对压力为0.43的位置上有明显的“强迫闭合”现象的产生，说明实验数据可靠。
5)根据吸附解析实验中获取的氮气在吸附过程中的相对压力P1和对应的吸附体积V1，对lnV1和lnln(1/P1)作散点图，如图2所示；
拟合样品S1的lnV1和lnln(P0/P1实际)的线性关系(如图2所示)，获得y＝-0.5302x+0.9375，由该线性关系确定斜率K＝-0.5302，相关度C＝0.9892；
利用相关度C对斜率K的可靠性进行判断，上述相关度C＞0.8，说明斜率K是可靠的。
6)根据斜率K，计算页岩储层样品的孔隙直径R
当-1＜K＜0时，判断K值为有效；此时，斜率K和页岩储层样品的孔隙直径R之间满足式1所示的关系
R＝–53.097K–6.431 式1；
当K≤-1或K≥0时，判断K值为无效；此时，无法采用本实施例提供的方法进行计算，可以利用比表面测定仪Quadrasorb SI中的BJH计算模型对该样品的孔隙直径进行计算。
对于样品S1，由于K＝-0.5302，介于-1到0之间，因此，该页岩样品的孔隙直径R＝–53.097K–6.431，即页岩储层样品的孔隙直径为21.721nm。利用比表面测定仪QuadrasorbSI中的BJH计算模型对该样品的孔隙直径进行计算，计算结果为19.96nm，和本方法的计算结果误差为8.11％，充分说明了本发明提供的技术方案是可靠的。
参照样品S1孔隙直径的确定方法，对其他样品进行相应的操作，以获得其他样品孔隙直径的相应数据。
在计算出所有样品的孔隙直径之后，在研究区储层平面图上绘制孔隙直径分布的等值线，进而与研究区页岩储层的孔隙分布进行预测，进而指导页岩油气的勘探开发等相关工作。
Claims (10)
1.一种确定页岩储层孔隙直径大小的方法，其包括以下步骤：
步骤一、采集研究区的页岩储层样品；
步骤二、采用氮气物理吸附仪对页岩储层样品进行氮气物理吸附解吸实验，以获取页岩储层样品的吸附解吸数据；
步骤三、根据上述吸附解析数据中氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1，对lnV1和lnln(1/P1)进行线性拟合，获得lnV1和lnln(1/P1)的线性关系，并由所述线性关系得到斜率K；
步骤四、根据斜率K，计算得到页岩储层样品的孔隙直径R。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤二中，所述页岩储层样品的吸附解吸数据包括氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1，以及氮气在解吸过程中的吸附气量V2和相对压力P2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤二结束后，步骤三开始前，该方法还包括利用页岩储层样品的吸附解吸等温线，对氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1的可靠性进行判断的步骤；
优选地，所述判断过程包括：
根据页岩储层样品的吸附解吸数据，绘制氮气的吸附解吸等温线图；
在所述吸附解吸等温线图中，吸附曲线和解吸曲线形成回滞环和强迫闭合现象时，判断氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1为可靠；否则，判断氮气在吸附过程中的吸附气量V1和相对压力P1为不可靠，此时，需要重新采集研究区的页岩储层样品进行测试，直至吸附气量V1和相对压力P1为可靠。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述强迫闭合现象在吸附解吸等温线图中对应的相对压力为0.4-0.5。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤三结束后，步骤四开始前，该方法还包括根据lnV1和lnln(1/P1)两者的线性关系的相关度C，对斜率K的可靠性进行判断的步骤：
相关度C＞0.8时，判断斜率K为可靠；
相关度C≤0.8时，判断斜率K为不可靠；此时，需要重新采集研究区的页岩储层样品进行测试，直至斜率K为可靠。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，在步骤四中，根据斜率K，计算得到页岩储层样品的孔隙直径R的过程包括以下步骤：
-1＜K＜0时，判断K值为有效；此时，页岩储层样品的孔隙直径R与斜率K之间满足式1所示的关系
R＝–53.097K–6.431 式1；
K≤-1或K≥0时，判断K值为无效；此时，需要采用其他方式对所述页岩储层样品的孔隙直径进行计算。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤三中，页岩储层样品在吸附过程中的相对压力P1＝P1实际/P0。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，页岩储层样品在解吸过程中的相对压力P2＝P2实际/P0。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤二中，所述吸附解吸实验中氮气的压强<0.127MPa。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤一中，采集的页岩储层样品在研究区内是均匀分布的。
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