CN109283116A - 一种页岩储层孔隙-裂隙表征方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩储层孔隙‑裂隙表征方法和装置。该方法包括从待测页岩样品中获取四份样品进行CO2吸附和N2吸附以及纳米CT扫描和微米CT扫描，获得待测页岩样品的第一孔隙的分布、第二孔隙的分布、第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的空间分布，选取第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的第二裂缝的空间分布，并根据选取的孔隙分布和裂缝分布确定待测页岩样品的孔隙度，实现全面表征页岩储层孔隙和裂缝的分布效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及天然气勘探技术领域，尤其涉及一种页岩储层孔隙-裂隙表征方法和装置。
背景技术
页岩储层中的孔隙和裂缝是页岩气的储集空间，孔隙和裂缝的结构特征是评价页岩气资源潜力的基础。
页岩储集空间可以划分为微孔(孔径小于等于2nm)、介孔(孔径大于2nm小于50nm)、宏孔(孔径大于50nm小于2μm)和微裂缝(孔径大于等于2μm)4种类型。目前，一般采用联合CO2吸附、N2吸附和高压压汞的方式对页岩储层中的孔隙体积进行定量测定和评价，所表征的孔隙主要集中在亚微米范围内，对微米级大孔和微裂缝表征较少。CT技术通过对柱状页岩样品进行三维扫描，可以全面表征页岩储层中微米级孔隙和微裂缝。
无论是采用气体吸附的方式，还是采用CT技术通过对页岩样品进行三维扫描，从而对页岩样品表征，其仅仅表征的是特定范围内的页岩储层孔隙结构特征或裂缝结构特征，均不能全面表征页岩储层中的孔隙和裂缝的分布特征。
发明内容
本发明提供一种页岩储层孔隙-裂隙表征方法和装置，以实现全面表征页岩储层孔隙和裂缝分布的效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种页岩储层孔隙-裂隙表征方法，包括：
步骤S1、将第一待测页岩样品进行CO2吸附，获取所述第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布；
步骤S2、将第二待测页岩样品进行N2吸附，获取所述第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布；
步骤S3、将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取所述第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布；
步骤S4、将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取所述第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布；
步骤S5、选取所述第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的所述第一孔隙的分布、所述第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的所述第二孔隙的分布、所述第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的所述第一裂缝的空间分布以及所述第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的所述第二裂缝的空间分布；
步骤S6、根据所述第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的所述第一孔隙的分布、所述第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的所述第二孔隙的分布、所述第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的所述第一裂缝的空间分布以及所述第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的所述第二裂缝的空间分布确定待测页岩样品的孔隙度；
其中，所述第一待测页岩样品、所述第二待测页岩样品、所述第三待测页岩样品和所述第四待测页岩样品分别取自同一所述待测页岩样品；所述第一预设值＜所述第二预设值＜所述第三预设值＜所述第四预设值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种页岩储层孔隙-裂隙表征装置，该页岩储层孔隙-裂隙表征装置包括：
第一孔隙的分布确定模块，用于将第一待测页岩样品进行CO2吸附，获取所述第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布；
第二孔隙的分布确定模块，用于将第二待测页岩样品进行N2吸附，获取所述第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布；
第一裂缝的空间分布确定模块，用于将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取所述第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布；
第二裂缝的空间分布确定模块，用于将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取所述第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布；
选取模块，用于选取所述第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的所述第一孔隙的分布、所述第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的所述第二孔隙的分布、所述第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的所述第一裂缝的空间分布以及所述第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的所述第二裂缝的空间分布；
待测页岩样品的孔隙度确定模块，用于根据所述第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的所述第一孔隙的分布、所述第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的所述第二孔隙的分布、所述第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的所述第一裂缝的空间分布以及所述第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的所述第二裂缝的空间分布确定待测页岩样品的孔隙度；
其中，所述第一待测页岩样品、所述第二待测页岩样品、所述第三待测页岩样品和所述第四待测页岩样品分别取自同一所述待测页岩样品；所述第一预设值＜所述第二预设值＜所述第三预设值＜所述第四预设值。
本发明通过将待测页岩样品的一部分进行CO2吸附，获得待测页岩样品此部分的第一孔隙的分布，将待测页岩样品的一部分进行N2吸附，获得待测页岩样品此部分的第二孔隙的分布，将待测页岩样品的一部分进行纳米CT扫描，获得待测页岩样品此部分的第一裂缝的空间分布，和将待测页岩样品的一部分进行微米CT扫描，获得待测页岩样品此部分的第二裂缝的空间分布，选取第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的第二裂缝的空间分布，并根据选取的孔隙分布和裂缝分布确定待测页岩样品的孔隙度，解决了现有技术中不能全面表征页岩储层中的孔隙和裂缝的分布特征的问题，实现全面表征页岩储层孔隙和裂缝的分布的效果。
附图说明
图1为本发明实施例一中的一种页岩储层孔隙-裂隙表征方法的流程图；
图2为本发明实施例二中的四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩储层孔隙-裂隙表征方法的流程图；
图3为本发明实施例二中的四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩碎样1的CO2等温吸附曲线；
图4为本发明实施例二中基于DFT模型根据碎样1的CO2等温吸附曲线得到的碎样1孔体积变化率与孔径关系分布图；
图5为本发明实施例二中四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩碎样2的N2等温吸附曲线；
图6为本发明实施例二中基于BJH模型根据碎样2的N2等温吸附曲线得到的碎样2孔体积变化率与孔径关系分布图；
图7为本发明实施例二中四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩柱样1孔隙和裂缝的空间分布图；
图8为本发明实施例二中柱样1孔隙(裂缝)体积与孔径(长度)的柱状分布图；
图9为本发明实施例二中四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩柱样2裂缝的空间分布图；
图10为本发明实施例二中柱样2裂缝与长度的柱状分布图；
图11为本发明实施例二中融合CO2和N2吸附气体吸附以及纳米CT和微米CT扫描获取的待测页岩样品的全孔径孔隙和裂隙特征分布图；
图12是本发明实施例三中的一种页岩储层孔隙-裂隙表征装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种页岩储层孔隙-裂隙表征方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤S1、将第一待测页岩样品进行CO2吸附，获取第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布。
其中，在进行步骤S1之前，先将新鲜待测页岩样品置于333K～383K条件下进行5～10小时的脱水和24～48小时的真空脱气干燥处理。然后，从进行了脱水和真空脱气干燥处理的待测页岩样品中获取一部分待测页岩样品，将此部分待测页岩样品进行粉碎处理后，称取3g～5g粒度为60目～80目的干燥粉末状的待测页岩样品，即第一待测页岩样品，将第一待测页岩样品可以置于例如Autosorb-IQ-MP分析仪中，在温度273.15K(冰水浴)、相对压力4×10-4-3.2×10-2、平衡间隔30s、压力容差0.6666Kpa条件下进行CO2吸附，获取第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布。
步骤S2、将第二待测页岩样品进行N2吸附，获取第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布。
其中，可以从进行粉碎处理后的待测页岩样品中称取3g～5g粒度为60目～80目的干燥粉末状的页岩样品，也可以从进行了脱水和真空脱气干燥处理的待测页岩样品中获取一部分待测页岩样品，将此部分待测页岩样品进行粉碎处理后，称取3g～5g粒度为60目～80目的干燥粉末状的待测页岩样品，即第二待测页岩样品，将第二待测页岩样品可以置于例如ASAP 2020全自动比表面积及孔隙分析仪中，在温度77.35K、相对压力0.005～1.0、平衡间隔30s、压力容差0.6666Kpa条件下进行N2吸附，获取第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布。
需要说明的是，步骤S1和步骤S2可以同时进行，也可以先进行步骤S1，再进行步骤S2，还可以先进行步骤S2，再进行步骤S1，本实施例不做限定。
步骤S3、将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取第三待测页岩样品中的第一裂缝的空间分布。
其中，从进行了脱水和真空脱气干燥处理的待测页岩样品上沿垂直层理方向钻取例如形状可以呈圆柱状，直径范围为0.5mm～1.5mm，高度范围为5mm～10mm的页岩样品，示例性的，直径为1mm、长度为0.5cm的圆柱岩样。固定后将圆柱岩样水平放置于牛津激光制样系统中，利用激光将圆柱岩样的顶端制成圆柱状的第三待测页岩样品，第三待测页岩样品的直径范围为60μm～70μm，高度范围为200μm～400μm，示例性的，第三待测页岩样品为直径为65μm，高度为300μm的微型圆柱体。与此同时，设定扫描电压为8KV、实验温度20℃、曝光时间90s，进行纳米CT扫描，获得第三待测页岩样品的基质、有机质、重矿物以及孔隙和微裂缝位置，可以利用例如Avizo软件获得孔隙和微裂缝位置信息，根据第三待测页岩样品的孔隙和微裂缝的位置确定第三待测页岩样品中的第一裂缝的空间分布。其中，令第三待测页岩样品的孔隙和微裂缝为第一裂缝。
步骤S4、将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取第四待测页岩样品的第二三维数据体，并根据第二三维数据体确定第四待测页岩样品中的第二裂缝的空间分布。
其中，从进行了脱水和真空脱气干燥处理的待测页岩样品上沿垂直层理方向钻取例如形状可以呈圆柱状，直径范围为2mm～5mm，高度范围为5mm～10mm的第四待测页岩样品，示例性的，第四待测页岩样品的直径为4mm，高度为10mm。将第四待测页岩样品固定后竖直放入微米CT扫描设备中，与此同时，设定扫描电压为60KV、实验温度20℃、曝光时间2s，对其进行三维扫描，获取第四待测页岩样品的基质、重矿物以及微裂缝位置，可以利用例如Avizo软件仅提取微裂缝位置信息，根据第四待测页岩样品的微裂缝的位置确定第四待测页岩样品中的第二裂缝的空间分布。其中，令第四待测页岩样品的微裂缝为第二裂缝。
需要说明的是，步骤S3和S4可以同时进行，也可以先进行步骤S3，后进行步骤S4，还可以先进行步骤S4，后进行步骤S3，如果先进行步骤S4，后进行步骤S3时，此时第三待测页岩样品可以为第四待测页岩样品的一部分，待微米CT扫描结束后，例如可以利用牛津激光制样系统将第四待测页岩样品的顶端制成圆柱状的第三待测页岩样品，本实施例不做限定。
步骤S5、选取第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的第二裂缝的空间分布。
其中，因为CO2吸附主要表征页岩储层中孔径在2nm以内的孔隙，N2吸附表征范围一般为1nm～400nm的孔隙，纳米CT和微米CT通过对页岩样品进行三维扫描，可以分别对65nm～10μm和2μm以上的孔隙和裂隙特征较好的识别。本实施例从步骤S1、步骤S2、步骤S3以及步骤S4中选择恰当的链接点，即第一预设值、第二预设值、第三预设值和第四预设值，可以得到待测页岩样品完整的孔隙和裂缝的分布。
步骤S6、根据第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的第二裂缝的空间分布确定待测页岩样品的孔隙度。
其中，第一待测页岩样品、第二待测页岩样品、第三待测页岩样品和第四待测页岩样品分别取自同一所述待测页岩样品；第一预设值＜第二预设值＜第三预设值＜第四预设值。
通过步骤S1、步骤S2、步骤S3步骤S4以及步骤S5可以获得待测页岩样品在每个孔径(长度)段对应的孔隙(裂缝)体积，从而计算出该待测页岩样品的总孔隙度。
本实施例的技术方案，通过将待测页岩样品的一部分进行CO2吸附，获得待测页岩样品此部分的第一孔隙的分布，将待测页岩样品的一部分进行N2吸附，获得待测页岩样品此部分的第二孔隙的分布，将待测页岩样品的一部分进行纳米CT扫描，获得待测页岩样品此部分的第一裂缝的空间分布，和将待测页岩样品的一部分进行微米CT扫描，获得待测页岩样品此部分的第二裂缝的空间分布，选取第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的第二裂缝的空间分布，并根据选取的孔隙分布和裂缝分布确定待测页岩样品的孔隙度，解决了现有技术中不能全面表征页岩储层中的孔隙和裂缝的分布特征的问题，实现全面表征页岩储层孔隙和裂缝的分布的效果。
在上述技术方案的基础上，可选的，将第一待测页岩样品进行CO2吸附，获取第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布，包括：将第一待测页岩样品放置于检测腔室内，并向检测腔室通入CO2；调节检测腔室的CO2相对压力，并根据检测腔室的CO2相对压力与待测页岩样品的CO2吸附量的对应关系确定当前检测腔室的CO2相对压力对应的第一待测页岩样品的CO2吸附量；根据第一待测页岩样品的CO2吸附量确定第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布。
其中，CO2相对压力是指通入CO2时实际的压力和当第一待测页岩样品通入CO2的量达到饱和状态时的压力的比值。本实施例中根据检测腔室的CO2相对压力与待测页岩样品的CO2吸附量的对应关系，即随着CO2相对压力的增加，第一待测页岩样品的CO2吸附量增加，确定当前检测腔室的CO2相对压力对应的第一待测页岩样品的CO2吸附量，得到当前检测腔室的CO2相对压力对应的第一待测页岩样品的CO2吸附量后，根据DFT模型，得到第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布，即得到第一待测页岩样品中第一孔隙的孔径分布范围和第一孔隙所占的体积。
在上述技术方案的基础上，可选的，将第二待测页岩样品进行N2吸附，获取第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布，包括：将第二待测页岩样品放置于检测腔室内，并向检测腔室通入N2；调节检测腔室的N2相对压力，并根据检测腔室的N2相对压力与待测页岩样品的N2吸附量的对应关系确定当前检测腔室的N2相对压力对应的第二待测页岩样品的N2吸附量；根据第二待测页岩样品的N2吸附量确定第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布。
其中，N2相对压力是指通入N2时实际的压力和当第二待测页岩样品通入N2的量达到饱和状态时的压力的比值。本实施例中根据检测腔室的N2相对压力与待测页岩样品的N2吸附量的对应关系，即随着N2相对压力的增加，第二待测页岩样品的N2吸附量增加，确定当前检测腔室的N2相对压力对应的第二待测页岩样品的N2吸附量，得到当前检测腔室的N2相对压力对应的第二待测页岩样品的N2吸附量后，根据BJH模型，得到第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布，即得到第二待测页岩样品中第二孔隙的孔径分布范围和第二孔隙所占的体积。
在上述技术方案的基础上，可选的，将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布，包括：将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取第三待测页岩样品的二维平面图；根据第三待测页岩样品的二维平面图按照预设灰度值划分标准定义第三待测页岩样品的基质、有机质、重矿物、孔隙和微裂缝位置；根据定义后的第三待测页岩样品的二维平面图进行三维重构，获取第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布。
其中，将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取第三待测页岩样品的多张二维平面图，例如，二维平面图为1000张，此时的二维平面图为圆形。可以利用例如Avizo软件对所有的二维平面图进行滤波，然后将滤波后的所有圆形的二维平面图剪切成正方形，其中，剪切成的形状本实施例不做限定。基于密度差异，在所有剪切后的二维平面图像数据中，第三待测页岩样品基质组分表现为浅灰色、有机质表现为深灰色、重矿物表现为亮白色，孔隙和微裂缝表现为黑色。因此可以利用例如Avizo软件通过灰度定义第三待测页岩样品的基质、重矿物以及裂缝。然后将定义后，且形状为正方形的所有二维平面图进行三维重构，得到一个具有定义基质、有机质、重矿物、孔隙和微裂缝位置的立方体，从而获取第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布。在上述技术方案的基础上，可选的，将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取第四待测页岩样品的第二三维数据体，包括：将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取第四待测页岩样品的二维平面图；根据第四待测页岩样品的二维平面图按照预设灰度值划分标准定义第四待测页岩样品的微裂缝位置；根据定义后的第四待测页岩样品的二维平面图进行三维重构，获取第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布。
其中，将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取第四待测页岩样品的多张二维平面图，例如，二维平面图为1000张，此时的二维平面图为圆形。可以利用例如Avizo软件对所有的二维平面图进行滤波，然后将滤波后的所有圆形的二维平面图剪切成正方形，其中，剪切成的形状本实施例不做限定。基于密度差异，在所有剪切后的二维平面图像数据中，第四待测页岩样品基质组分表现为浅灰色、重矿物表现为亮白色，微裂缝表现为黑色。因此可以利用例如Avizo软件通过灰度定义第一待测页岩样品的基质、重矿物以及裂缝。然后将定义后，且形状为正方形的所有二维平面图进行三维重构，得到一个具有定义基质、重矿物以及裂缝位置的立方体，从而获取第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布。需要说明的是，本发明实施例仅示例性的采用Avizo软件对所有的二维平面图进行滤波，然后将滤波后的所有圆形的二维平面图剪切成正方形，且示例性的采用Avizo软件通过灰度获得第三待测页岩样品和第四待测页岩样品的基质、有机质、重矿物、裂缝、孔隙，以及提取裂缝信息和孔隙信息，在其他实施方式中，还可以根据实际应用情况选择其他工具对所有的二维平面图进行滤波，然后将滤波后的所有圆形的二维平面图剪切成正方形，且获得第三待测页岩样品和第四待测页岩样品的基质、有机质、重矿物、裂缝、孔隙，以及提取裂缝信息和孔隙信息，本发明实施例对此不做限定。
在上述技术方案的基础上，可选的，页岩储层孔隙-裂隙表征方法还包括：通过氦气测量获取第五待测页岩样品的孔隙度；判断待测页岩样品的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度的差值是否在预设误差范围内；若是，则将待测页岩样品的孔隙度作为待测页岩样品的表征结果；若否，确定新的第一预设值、第二预设值、第三预设值、以及第四预设值，并按照所述新的第一预设值、第二预设值、第三预设值、以及第四预设值继续执行所述步骤S6；其中，所述第五待测页岩样品取自所述待测页岩样品。
其中，孔隙度是指将待测页岩样品放入密封的容器中，然后通入气体，计算通入气体的体积和待测页岩样品的体积比，即为孔隙度，其中，通入的气体可以为氦气。
若待测页岩样品的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度相同，或者待测页岩样品的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度的差值在预设误差范围内，则将待测页岩样品的孔隙度作为待测页岩样品的表征结果；若待测页岩样品的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度不同，且待测页岩样品的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度的差值没在预设误差范围内，则重新确认新的第一预设值、第二预设值、第三预设值以及第四预设值，并按照新的第一预设值、第二预设值、第三预设值以及第四预设值继续执行根据第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的第二裂缝的空间分布确定待测页岩样品的孔隙度的操作。
示例性的，选取第一孔隙的孔径小于等于1.5nm的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于1.5nm且小于等于79nm的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于79nm且小于等于3.4μm的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于3.4μm且小于等于1.83mm的第二裂缝的空间分布，根据选取的孔隙(裂缝)的分布确定待测页岩样品的孔隙度，如果此时的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度不同，且与第五待测页岩样品的孔隙度的差值没在预设误差范围内，则重新确认新的第一预设值、第二预设值、第三预设值以及第四预设值，例如新的第一预设值、第二预设值、第三预设值、以及第四预设值分别为1.6nm、80nm以及3.5μm，并按照新的第一预设值、第二预设值、第三预设值、以及第四预设值重新确定待测页岩样品的孔隙度，直到待测页岩样品的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度相同，或者待测页岩样品的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度的差值在预设误差范围内。
本发明实施例提供的技术方案，不仅解决了现有技术中不能全面表征页岩储层中的孔隙和微裂缝的分布特征的问题，实现全面表征页岩储层孔隙和裂缝的分布的效果。同时将待测页岩样品的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度进行校验，通过判别和对比使得本发明实施例提供的技术方案具有自检验性，提高了待测页岩样品的孔隙度的精确性，减小了误差。
实施例二
本实施例是针对实施例一中各可选实施方式的具体示例，图2为四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩储层孔隙-裂隙表征方法的流程图，如图2所示，先将新鲜的岩心置于383K条件下进行5小时的脱水和24小时的真空脱气干燥处理，得到干燥的岩心。从干燥的岩心中获取一部分待测页岩样品，将此部分待测页岩样品进行粉碎处理后，称取3g～5g粒度为60～80目的干燥粉末状的碎样1(即第一待测页岩样品)，然后将碎样1进行CO2吸附，获取碎样1的孔隙1(即第一孔隙的分布)；从进行了粉碎处理后的待测页岩样品中，称取3g～5g的碎样2(即第二待测页岩样品)，然后将碎样2进行N2吸附，获取碎样2的孔隙2(即第二孔隙的分布)；从干燥的岩心中通过钻机钻取直径为65μm，高度为300μm的的柱样1(即第三待测页岩样品)，然后将柱样1进行纳米CT扫描，利用Avizo软件通过灰度定义柱样1的基质、有机质、重矿物以及孔隙和微裂缝，同样利用Avizo软件提取柱样1的孔隙和微裂缝的空间分布(即第一裂缝的空间分布)；从干燥的岩心中通过钻机钻取直径为4mm，高度为10mm的柱样2(即第四待测页岩样品)，然后将柱样2进行微米CT扫描，利用Avizo软件通过灰度定义柱样2的基质、重矿物以及微裂缝，同样利用Avizo软件提取柱样2的裂缝的空间分布(即第二裂缝的空间分布)。然后根据碎样1的孔隙1、碎样2的孔隙2、柱样1的孔隙和微裂缝的空间分布以及柱样2的裂缝的空间分布，计算出待测页岩样品全孔径的总孔隙度。
图3为四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩碎样1的CO2等温吸附曲线，图4为基于DFT模型根据碎样1的CO2等温吸附曲线得到的碎样1孔体积变化率与孔径关系分布图。如图4所示，本实施例中，通过CO2吸附得到的碎样1的孔隙分布范围为0.305nm～1.5nm，根据碎样1孔体积变化率可以得出碎样1的孔体积，即每个孔隙体积介于3.22×10-5cm3/g～6.99×10-4cm3/g之间，碎样1总的孔隙体积为8.59×10-3cm3/g。图5为四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩碎样2的N2等温吸附曲线，图6为基于BJH模型根据碎样2的N2等温吸附曲线得到的碎样2孔体积变化率与孔径关系分布图。如图6所示，本实施例中，通过N2吸附得到的碎样2的孔隙分布范围为0.893nm～429.586nm，根据碎样2孔体积变化率得出碎样2的孔体积，即每个孔隙体积介于7.10×10-5cm3/g～1.10×10-3cm3/g之间，碎样2总的孔隙体积为2.14×10-2cm3/g。图7为四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩柱样1孔隙和裂缝的空间分布图，其中，图7仅为从定义后的柱样1的第一三维数据体中可以利用例如Avizo软件提取孔隙和裂缝信息，然后确定的柱样1的孔隙和裂缝的空间分布图，如图7所示，柱样1孔隙在三维空间中形状多样，从近圆状到棱角状，其中椭球状最为常见，孔隙之间相对独立，连通性较差，图8为柱样1孔隙(裂缝)体积与孔径(长度)的柱状分布图，如图8所示，柱样1的孔隙(裂缝)孔径(长度)分布范围为79nm～5.7μm，孔隙(裂缝)总体积为322.232μm3。图9为四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩柱样2裂缝的空间分布图，其中，图9仅为定义后的柱样2的第二三维数据体中可以利用例如Avizo软件提取裂缝信息，然后确定的柱样2的裂缝的空间分布图，如图9所示，柱样2的微裂缝在三维空间中大部分呈聚集状或网状结构分布，小部分呈孤立点状分布，整体具有较好的连通性，图10为柱样2裂缝体积与长度的柱状分布图，如图10所示，获得柱样2的裂缝长度分布范围为3.4μm～1.83mm，微裂缝体积为5.425×10-5cm3。因为通过CO2吸附和N2吸附识别出四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩孔径为1.5nm时，孔体积分别为2.26×10-4cm3/g和2.38×10-4cm3/g，因此通过CO2吸附和N2吸附得到的孔体积数据可在孔径为1.5nm处较好的衔接。通过CO2吸附得到的碎样1的孔隙分布范围为0.305nm～1.5nm时，碎样1总的孔隙体积为8.59×10-3cm3/g，通过N2吸附得到的碎样2的孔隙分布范围为1.5nm～79nm时，碎样2总的孔隙体积为1.41×10-2cm3/g，所以孔径区间在1.5nm以下和1.5nm～79nm之间的孔隙体积分别为8.59×10-3cm3/g和1.41×10-2cm3/g。同理，以孔径79nm、缝长3.4μm处为链接点，依次对N2吸附、纳米CT以及微米CT表征的孔隙(裂缝)信息进行融合，联合待测页岩样品实测密度值2.531g/cm3以及通过纳米CT扫描得到的第一三维数据体体积16662.319μm3，通过公式V3＝V1/(ρV2)，其中，V1为CT扫描中孔隙或微裂缝体积，单位为cm3，ρ为待测页岩样品实测密度，单位为g·cm-3，V2为CT扫描中孔隙或裂缝三维数据体体积，单位为cm3；V3为CT扫描中单位质量页岩样品的孔隙或微裂缝体积，单位为cm3·g-1，计算出单位质量的柱样1中孔隙(裂缝)孔径(长度)分布范围为79nm～5.7μm时的体积为7.641×10-3cm3/g，其中79nm～3.4μm之间的孔隙(裂缝)体积为3.69×10-3cm3/g。联合待测页岩样品实测密度值2.531g/cm3以及通过微米CT扫描得到的第二三维数据体体积4.355×10- 3cm3，通过公式V3＝V1/(ρV2)，单位质量的柱样2中裂缝长度为3.4μm～1.83mm之间的裂隙体积为4.92×10-3cm3/g。综上，孔径(长度)区间在1.5nm以下、1.5nm～79nm、79nm～3.4μm和3.4μm～1.83mm之间的孔隙(裂缝)体积分别为8.59×10-3cm3/g、1.41×10-2cm3/g、3.69×10-3cm3/g和4.92×10-3cm3/g，如图11所示，图11为融合CO2吸附和N2吸附以及纳米CT和微米CT扫描获取的待测页岩样品的全孔径孔隙和裂隙特征分布图。通过公式φ＝V/(1/ρ)*100％，其中，V为单位质量的待测页岩样品中各孔径区间的孔隙或裂缝的体积，单位为cm3·g-1，1为单位质量，单位为g，ρ为待测页岩样品的实测密度，单位为g·cm-3，φ为待测页岩样品的孔隙度，联合待测页岩样品实测密度值2.531g/cm3，计算出该待测页岩样品总孔隙度约为7.90％。
同时，从干燥的岩心中通过钻机钻取直径为2.5cm，高度为2.5cm的柱样3(即第五待测页岩样品)，通过氦气测量获取柱样3的孔隙度，即通过氦气测量得到四川盆地焦石坝地区JY103-2井下志留统龙马溪组页岩样品的总孔隙度为8.1％。与通过CO2吸附和N2吸附以及纳米CT和微米CT表征的待测页岩样品的总孔隙度为7.90％相符，说明通过CO2吸附和N2吸附以及纳米CT和微米CT表征的待测页岩样品的总孔隙度较为合理，则将通过CO2和N2吸附以及纳米CT和微米CT表征的待测页岩样品的总孔隙度作为表征结果。
实施例三
图12为本发明实施例三中的一种页岩储层孔隙-裂隙表征装置的结构示意图，该装置包括：第一孔隙的分布确定模块30，用于将第一待测页岩样品进行CO2吸附，获取第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布；第二孔隙的分布确定模块40，用于将第二待测页岩样品进行N2吸附，获取第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布；第一裂缝的空间分布确定模块50，用于将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布；第二裂缝的空间分布确定模块60，用于将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布；选取模块70，用于选取第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的第二裂缝的空间分布；待测页岩样品的孔隙度确定模块80，用于根据第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的第二裂缝的空间分布确定待测页岩样品的孔隙度；其中，第一待测页岩样品、第二待测页岩样品、第三待测页岩样品和第四待测页岩样品分别取自同一待测页岩样品；第一预设值＜第二预设值＜第三预设值＜第四预设值。
在上述技术方案的基础上，可选的，第一孔隙的分布确定模块30，包括：CO2输入单元，用于将第一待测页岩样品放置于检测腔室内，并向检测腔室通入CO2；CO2吸附量获取单元，用于调节检测腔室的CO2相对压力，并根据检测腔室的CO2相对压力与待测页岩样品的CO2吸附量的对应关系确定当前检测腔室的CO2相对压力对应的第一待测页岩样品的CO2吸附量；第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布确定单元，用于根据第一待测页岩样品的CO2吸附量确定第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布。
在上述技术方案的基础上，可选的，第二孔隙的分布确定模块40，包括：N2输入单元，用于将第二待测页岩样品放置于检测腔室内，并向检测腔室通入N2；N2吸附量获取单元，用于调节检测腔室的N2相对压力，并根据检测腔室的N2相对压力与待测页岩样品的N2吸附量的对应关系确定当前检测腔室的N2相对压力对应的第二待测页岩样品的N2吸附量；第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布确定单元，用于根据第二待测页岩样品的N2吸附量确定第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布。
在上述技术方案的基础上，可选的，第一裂缝的空间分布确定模块50，包括：第三待测页岩样品的二维平面图获取单元，用于将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取第三待测页岩样品的二维平面图；第一位置定义单元，用于根据第三待测页岩样品的二维平面图按照预设灰度值划分标准定义第三待测页岩样品的孔隙和微裂缝位置；第一裂缝的空间分布确定单元，用于根据定义后的第三待测页岩样品的二维平面图进行三维重构，获取第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布。
在上述技术方案的基础上，可选的，第二裂缝的空间分布确定模块60，包括：第四待测页岩样品的二维平面图获取单元，用于将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取第四待测页岩样品的二维平面图；第二位置定义单元，用于根据第四待测页岩样品的二维平面图按照预设灰度值划分标准定义第四待测页岩样品的微裂缝位置；第二裂缝的空间分布确定单元，用于根据定义后的第四待测页岩样品的二维平面图进行三维重构，获取第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布。
在上述技术方案的基础上，可选的，页岩储层孔隙-裂隙表征装置还包括：第五待测页岩样品的孔隙度获取模块90，用于通过氦气测量获取第五待测页岩样品的孔隙度；判断模块100，判断待测页岩样品的孔隙度与第五待测页岩样品的孔隙度的差值是否在预设误差范围内；若是，则将待测页岩样品的孔隙度作为待测页岩样品的表征结果；否则，由选取模块选取新的第一预设值、第二预设值、第三预设值以及第四预设值，并按照新的第一预设值、第二预设值、第三预设值以及第四预设值继续执行根据第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的第一孔隙的分布、第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的第二孔隙的分布、第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的第一裂缝的空间分布以及第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的第二裂缝的空间分布确定待测页岩样品的孔隙度的操作；其中，所述第五待测页岩样品取自所述待测页岩样品。
上述页岩储层孔隙-裂隙表征装置可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (12)
1.一种页岩储层孔隙-裂隙表征方法，其特征在于，包括：
步骤S1、将第一待测页岩样品进行CO2吸附，获取所述第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布；
步骤S2、将第二待测页岩样品进行N2吸附，获取所述第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布；
步骤S3、将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取所述第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布；
步骤S4、将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取所述第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布；
步骤S5、选取所述第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的所述第一孔隙的分布、所述第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的所述第二孔隙的分布、所述第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的所述第一裂缝的空间分布以及所述第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的所述第二裂缝的空间分布；
步骤S6、根据所述第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的所述第一孔隙的分布、所述第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的所述第二孔隙的分布、所述第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的所述第一裂缝的空间分布以及所述第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的所述第二裂缝的空间分布确定待测页岩样品的孔隙度；
其中，所述第一待测页岩样品、所述第二待测页岩样品、所述第三待测页岩样品和所述第四待测页岩样品分别取自同一所述待测页岩样品；所述第一预设值＜所述第二预设值＜所述第三预设值＜所述第四预设值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第一待测页岩样品进行CO2吸附，获取所述第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布，包括：
将第一待测页岩样品放置于检测腔室内，并向所述检测腔室通入CO2；
调节检测腔室的CO2相对压力，并根据检测腔室的CO2相对压力与待测页岩样品的CO2吸附量的对应关系确定当前检测腔室的CO2相对压力对应的第一待测页岩样品的CO2吸附量；
根据所述第一待测页岩样品的CO2吸附量确定所述第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第二待测页岩样品进行N2吸附，获取所述第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布，包括：
将第二待测页岩样品放置于检测腔室内，并向所述检测腔室通入N2；
调节检测腔室的N2相对压力，并根据检测腔室的N2相对压力与待测页岩样品的N2吸附量的对应关系确定当前检测腔室的N2相对压力对应的第二待测页岩样品的N2吸附量；
根据所述第二待测页岩样品的N2吸附量确定所述第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取所述第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布，包括：
将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取所述第三待测页岩样品的二维平面图；
根据所述第三待测页岩样品的二维平面图按照预设灰度值划分标准定义所述第三待测页岩样品的孔隙和微裂缝位置；
根据定义后的所述第三待测页岩样品的二维平面图进行三维重构，获取所述第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取所述第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布，包括：
将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取所述第四待测页岩样品的二维平面图；
根据所述第四待测页岩样品的二维平面图按照预设灰度值划分标准定义所述第四待测页岩样品的微裂缝位置；
根据定义后的所述第四待测页岩样品的二维平面图进行三维重构，获取所述第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
通过氦气测量获取第五待测页岩样品的孔隙度；
判断所述待测页岩样品的孔隙度与所述第五待测页岩样品的孔隙度的差值是否在预设误差范围内；若是，则将所述待测页岩样品的孔隙度作为所述待测页岩样品的表征结果；若否，确定新的第一预设值、第二预设值、第三预设值、以及第四预设值，并按照所述新的第一预设值、第二预设值、第三预设值、以及第四预设值继续执行所述步骤S6；
其中，所述第五待测页岩样品取自所述待测页岩样品。
7.一种页岩储层孔隙-裂隙表征装置，其特征在于，包括：
第一孔隙的分布确定模块，用于将第一待测页岩样品进行CO2吸附，获取所述第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布；
第二孔隙的分布确定模块，用于将第二待测页岩样品进行N2吸附，获取所述第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布；
第一裂缝的空间分布确定模块，用于将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取所述第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布；
第二裂缝的空间分布确定模块，用于将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取所述第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布；
选取模块，用于选取所述第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的所述第一孔隙的分布、所述第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的所述第二孔隙的分布、所述第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的所述第一裂缝的空间分布以及所述第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的所述第二裂缝的空间分布；
待测页岩样品的孔隙度确定模块，用于根据所述第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的所述第一孔隙的分布、所述第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的所述第二孔隙的分布、所述第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的所述第一裂缝的空间分布以及所述第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的所述第二裂缝的空间分布确定待测页岩样品的孔隙度；
其中，所述第一待测页岩样品、所述第二待测页岩样品、所述第三待测页岩样品和所述第四待测页岩样品分别取自同一所述待测页岩样品；所述第一预设值＜所述第二预设值＜所述第三预设值＜所述第四预设值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一孔隙的分布确定模块，包括：
CO2输入单元，用于将第一待测页岩样品放置于检测腔室内，并向所述检测腔室通入CO2；
CO2吸附量获取单元，用于调节检测腔室的CO2相对压力，并根据检测腔室的CO2相对压力与待测页岩样品的CO2吸附量的对应关系确定当前检测腔室的CO2相对压力对应的第一待测页岩样品的CO2吸附量；
第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布确定单元，用于根据所述第一待测页岩样品的CO2吸附量确定所述第一待测页岩样品中的第一孔隙的分布。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二孔隙的分布确定模块，包括：
N2输入单元，用于将第二待测页岩样品放置于检测腔室内，并向所述检测腔室通入N2；
N2吸附量获取单元，用于调节检测腔室的N2相对压力，并根据检测腔室的N2相对压力与待测页岩样品的N2吸附量的对应关系确定当前检测腔室的N2相对压力对应的第二待测页岩样品的N2吸附量；
第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布确定单元，用于根据所述第二待测页岩样品的N2吸附量确定所述第二待测页岩样品中的第二孔隙的分布。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一裂缝的空间分布确定模块，包括：
第三待测页岩样品的二维平面图获取单元，用于将第三待测页岩样品进行纳米CT扫描，获取所述第三待测页岩样品的二维平面图；
第一位置定义单元，用于根据所述第三待测页岩样品的二维平面图按照预设灰度值划分标准定义所述第三待测页岩样品的孔隙和微裂缝位置；
第一裂缝的空间分布确定单元，用于根据定义后的所述第三待测页岩样品的二维平面图进行三维重构，获取所述第三待测页岩样品的第一裂缝的空间分布。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二裂缝的空间分布确定模块，包括：
第四待测页岩样品的二维平面图获取单元，用于将第四待测页岩样品进行微米CT扫描，获取所述第四待测页岩样品的二维平面图；
第二位置定义单元，用于根据所述第四待测页岩样品的二维平面图按照预设灰度值划分标准定义所述第四待测页岩样品的微裂缝位置；
第二裂缝的空间分布确定单元，用于根据定义后的所述第四待测页岩样品的二维平面图进行三维重构，获取所述第四待测页岩样品的第二裂缝的空间分布。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
第五待测页岩样品的孔隙度获取模块，用于通过氦气测量获取第五待测页岩样品的孔隙度；
判断模块，判断所述待测页岩样品的孔隙度与所述第五待测页岩样品的孔隙度的差值是否在预设误差范围内；若是，则将所述待测页岩样品的孔隙度作为所述待测页岩样品的表征结果；否则，由所述选取模块选取新的第一预设值、第二预设值、第三预设值以及第四预设值，并按照所述新的第一预设值、第二预设值、第三预设值以及第四预设值继续执行根据所述第一孔隙的孔径小于等于第一预设值的所述第一孔隙的分布、所述第二孔隙的孔径大于第一预设值且小于等于第二预设值的所述第二孔隙的分布、所述第一裂缝的尺寸大于第二预设值且小于等于第三预设值的所述第一裂缝的空间分布以及所述第二裂缝的尺寸大于第三预设值且小于等于第四预设值的所述第二裂缝的空间分布确定待测页岩样品的孔隙度的操作；
其中，所述第五待测页岩样品取自所述待测页岩样品。
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