CN110346395B - 一种模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，包括：利用核磁共振驱替成像装置获取温度TX下含水体积为Vml的岩样对应的核磁信号幅度HX，得到在温度TX下含水体积为1ml的岩样对应的核磁信号幅度为HX/V；对干燥后的岩样施加指定地层最大埋深对应围压的饱和压力，使岩样达到完全水饱和状态；测得在温度TX下岩样中水分响应的核磁信号幅度H1，得到岩样中含水孔隙体积为H1/(HX/V)；对岩样施加指定地层现今埋深对应的围压，施加驱替压力，测得在温度TX下岩样中水分响应的核磁信号幅度H2，岩样中含水孔隙体积为H2/(HX/V)，得到最大含气量为(H1‑H2)/(HX/V)。本发明提出的技术方案依托核磁共振驱替成像模拟地下真实环境，计算致密砂岩储层中天然气的最大含气量。

Description

一种模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法
技术领域
本发明涉及非常规油气勘探开发领域，尤其涉及一种模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法。
背景技术
致密砂岩是一种重要的非常规油气储层，具有低孔隙度低渗透率的特征，因其内部通常赋存大量的天然气，从而受到了世界范围内众多学者的广泛关注；然而，目前针对致密砂岩的研究主要集中于储层的物性及孔隙和吼道结构方面，依赖的实验手段大多为显微镜及场发射扫描电镜观察、常规及粘土矿物组分分析、核磁共振成像分析、高压及恒速压汞分析等，却很少关注地层条件下致密砂岩储层中天然气的运移过程，更忽略了对致密储层中天然气的最大赋存量的研究。况且，现有的研究方法计算出来的砂岩含气量并非是在地层条件下得到的结果，岩心从地下钻取至地面的过程中，其内部的孔隙和吼道结构已经发生了一定的变化，并且现有方法上仅通过驱替前后称重的方式，管线内的水分残余容易导致测试结果偏小。
因此，在常温常压条件下计算的含气量与地下真实情况存在差异，且目前也尚没有一套相对成熟的方法进行致密砂岩最大含气量的计算，这也从一定程度了制约了天然气储量的评价。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，旨在依托高温高压核磁共振驱替成像技术，模拟地下真实环境，计算致密砂岩储层中天然气的最大含气量。
本发明的实施例提供一种模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，包括以下步骤：
S1利用核磁共振驱替成像装置获取温度TX下含水体积为Vml的岩样对应的核磁信号幅度HX，得到在温度TX下含水体积为1ml的岩样对应的核磁信号幅度为HX/V；
S2在指定地层中取得岩样，并对所述岩样进行抽真空干燥处理；
S3将干燥后的岩样放置于抽真空加压饱和装置内，对所述岩样施加所述指定地层最大埋深对应的围压的饱和压力，使所述岩样达到完全水饱和状态；
S4测得在所述温度TX下所述岩样中水分响应的核磁信号幅度H1，得到所述岩样中含水孔隙体积为H1/(HX/V)；
S5对所述岩样持续施加围压，所述围压大小为所述指定地层现今埋深对应的围压大小，施加驱替压力，向所述岩样孔隙内注入气体，以驱替所述岩样孔隙中的水，在见水后每间隔第一预设时间测一次出水量；
S6当相邻测量时间点的所述出水量的差值小于预设阈值时，得到在所述温度TX下所述岩样中水分响应的核磁信号幅度H2，所述岩样中含水孔隙体积为H2/(HX/V)，得到最大含气量为H1/(HX/V)-H2/(HX/V)。
进一步地，步骤S3之后，根据所述指定地层的埋藏史获得所述指定地层在埋藏时受到的实际围压的变化曲线，对所述岩样施加围压，所述围压与所述实际围压的变化曲线相同。
进一步地，步骤S5中，所述驱替压力小于所述指定地层现今埋深对应的围压，且所述围压与所述驱替压力的差值大于或等于预设围压阈值。
进一步地，步骤S5中，所述驱替压力以预设围压差值不断增大，当出现气窜现象时，减小所述驱替压力，减小后的所述驱替压力再以预设围压差值不断增大。
进一步地，步骤S5中，见水前每间隔第二预设时间测量一次核磁信号幅度，当相邻测量时间点的两个所述核磁信号幅度变化大于第一预设幅度阈值时，进行岩心核磁成像。
进一步地，当相邻测量时间点的两个所述核磁信号幅度变化小于第二预设幅度阈值时，增大所述第二预设时间。
进一步地，步骤S5中，见水后每间隔第三预设时间测量一次所述核磁信号幅度，当相邻测量时间点的两个所述核磁信号幅度变化大于第三预设幅度阈值时，进行岩心核磁成像。
进一步地，还包括，利用核磁共振驱替成像装置获取常温下含水体积为Wml的岩样对应的核磁信号幅度H常温，得到在常温下含水体积为1ml的岩样对应的核磁信号幅度为H常温/W；
将达到完全水饱和状态的所述岩样置于常温下，利用核磁共振驱替成像装置测量所述岩样内水分响应的核磁信号幅度为H3，得到在常温下处于水饱和状态的所述岩样内的水的体积为H3/(H常温/W)。
进一步地，还包括，利用所述核磁共振驱替成像装置测得所述岩样在指定高温高压下的孔隙度A1、所述岩样在常温常压下的孔隙度A2，得到所述岩样在所述指定高温高压下的孔隙度与在常温常压下的孔隙度之比为A1/A2。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：利用核磁共振驱替成像技术，通过测量在高温高压下岩样孔隙内的水量，以及被驱替后岩样孔隙内剩余的水量，简单而可靠地计算出致密砂岩储层中天然气的最大含量，可避免管线内的水造成的误差，同时避免岩样反复从核磁共振驱替成像装置中取放，防止操作造成的误差。
附图说明
图1是模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法的流程示意图；
图2是不同围压条件下岩样中水分响应的核磁图谱；
图3是围压为50Mpa，不同注气量时岩样中水分响应的核磁图谱；
图4是围压为50Mpa，不同注气量时岩样的成像。
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描述。
请参见图1，本发明的实施例提供一种模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，包括以下步骤：
步骤S1，利用核磁共振驱替成像装置获取温度TX下含水体积为Vml的岩样对应的核磁信号幅度HX，得到在温度TX下含水体积为1ml的岩样对应的核磁信号幅度为HX/V。
具体地，收集该岩样所属地层的信息，信息包括地层在地质历史时期处于最大埋深时所达到的最高温度、所受到的最大围压及埋藏史，本实施例中，选取鄂尔多斯盆地杭锦旗地区well X钻井3000m深度的砂岩岩样上钻取的岩样柱子作为岩样，规格为25*50mm，该地层在地质历史时期所受到的最大围压为50Mpa,所受到的最高温度为105℃。
制作已知含水体积为Vml的人工岩样，将人工岩样放入核磁共振驱替成像装置，对人工岩样进行多组温度下的核磁信号幅度测量，建立不同温度条件下，人工岩样含水体积和核磁信号幅度之间的关系。本实施例中，温度TX为指定地层处于最大埋深时所达到的最高温度，即105℃，105℃下测得核磁信号幅度为H105，则105℃下，含水体积为1ml的岩样测得的核磁信号幅度H105/V。可以理解的，核磁共振驱替成像技术通过检测水中的氢核从而反映水的含量。
步骤S2，从指定地层中取得岩样，并对岩样进行抽真空干燥处理；将岩样放入干燥器中干燥，本实施例中，将岩样在105℃条件下烘干12小时。
步骤S3，将所述干燥后的岩样放置于抽真空加压饱和装置内，对所述岩样施加所述指定地层在最大埋深对应的围压的饱和压力，使所述岩样达到完全水饱和状态；本实施例中，将岩样置于抽真空加压饱和装置中，抽空4小时，以岩样最大埋深对应的围压向岩样内部注入水，即对岩样施加50MPa的围压，维持24h，使岩样达到完全水饱和状态。
步骤S4，测得在温度TX下所述岩样中水分响应的核磁信号幅度H1，得到所述岩样中含水孔隙体积为H1/(HX/V)，本实施例中，TX为105℃，岩样中含水孔隙体积为H1/(H105/V)。
从抽真空加压饱和装置中取出岩样，用滤纸擦拭掉岩样表面的水珠，使得测试的水均为岩样孔隙内的水，再将岩样放入到核磁共振驱替成像装置内，测定岩样中水分响应的核磁信号强度H1和对应图谱。本实施例中，温度为105℃，围压为50Mpa时，测得岩样含水孔隙体积H1/(H105/V)为1.6732ml，孔隙度为6.8％。
为了使测量结果更准确，根据所述指定地层的埋藏史获得所述指定地层在埋藏时受到的实际围压的变化曲线，对所述岩样施加围压，所述围压与所述实际围压的变化曲线相同，可以理解的，地层在埋藏历史中，有的地层经历了多期地质运动，在地层沉降后经过地层抬升，使得地层在沉降至最大埋深后抬升，再至现今地层的深度，有的地层经历了多期沉降抬升。对岩样施加最大埋深对应的围压，可将岩样内较大孔隙内的水挤压出来，使岩样孔隙内的水量更接近于岩样在地下的含水孔隙，可避免岩心在常温常压下测量的孔隙度偏大。本实施例中，按岩样在埋藏史各阶段对应的围压，对岩样施加围压，围压采用持续施加的方式，请参见图2，选取了围压分别为1Mpa、5Mpa、10Mpa、20Mpa、50Mpa(需要说明的是，图中围压越小，对应的最大信号幅度值越大)，分别测定岩样中水分响应的核磁信号强度H2和对应图谱，可看出围压越大，岩样中水分响应的核磁信号强度H2越小。
步骤S5，对所述岩样持续施加围压，所述围压大小为所述指定地层现今埋深对应的围压大小，施加驱替压力，向所述岩样孔隙内注入气体，以驱替所述岩样孔隙中的水，在见水后每间隔第一预设时间测一次出水量。
使岩样所受到的温度和围压保持不变，通过核磁共振高温高压成像装置的气体充注系统向岩样注入气体，气体可以为氮气等，本实施例中，驱替气体采用甲烷，甲烷用于驱替岩样孔隙中的水，施加驱替压力，缓慢进行24小时，可以理解的，由于水中氢原子密度较大，甲烷气体分子间距较大，甲烷中氢原子密度较小，岩样孔隙内的甲烷较少，因此利用核磁共振驱替成像装置进行测量，甲烷中氢原子对水中氢原子的测量基本无影响。具体地，甲烷的驱替压力小于所述指定地层现今埋深对应的围压，且所述围压与所述驱替压力的差值大于或等于预设围压阈值，本实施例中，预设围压阈值为2MPa，确保气体不会从岩样逸出。所述驱替压力以预设围压差值不断增大，当出现气窜现象，减小所述驱替压力，重复操作，以预设围压差值不断增大。
需要说明的，当驱替压力过大，气体快速地通过了孔隙，形成了一定的优势通道后，气体都往优势通道通过，不会进入至其他孔隙，一旦形成优势通道便意味着气体会逸散，这时候已经达到了当前充注围压下的最大含气量，因此，需要减小驱替压力，重新慢慢增加驱替压力，使气体继续进入其他孔隙。本实施例中，预设围压差值为1Mpa，充注过程中，见水前每间隔第二预设时间测量一次核磁信号幅度，当相邻测量时间点的两个所述核磁信号幅度变化大于第一预设幅度阈值时，进行岩心核磁成像。当相邻测量时间点的两个所述核磁信号幅度变化小于第二预设幅度阈值时，增大所述第二预设时间。本实施例中，在观察到收集装置进水前，以5分钟为间隔进行核磁信号采样，如连续测量5次信号变化较小，则改为20分钟间隔测量。见水后每间隔第三预设时间测量一次所述核磁信号幅度，当相邻测量时间点的两个所述核磁信号幅度变化大于第三预设幅度阈值时，进行岩样核磁成像。本实施例中，在观察到收集装置进水后，以出水量0.05pv为间隔，测量岩样核磁信号H3和对应图谱，本实施例中，围压为50Mpa，施加驱替压力向岩样孔隙内注入气体，在不同注气量时岩样中水分响应的核磁图谱如图3所示，常温常压下岩心核磁成像，围压为50Mpa、不同注气量时岩心核磁成像如图4所示，可看出，常温常压下，岩样孔隙内的水最多，在施加驱替压力向岩样孔隙内注入气体，在不断注入气体的过程中，岩样孔隙内的水不断减少。
步骤S6，当相邻测量时间点的所述出水量的差值小于预设阈值时，得到在所述温度TX下所述岩样中水分响应的核磁信号幅度H2，所述岩样中含水孔隙体积为H2/(HX/V)，得到最大含气量为H1/(HX/V)-H2/(HX/V)，本实施例中，温度TX下岩样内含水孔隙体积H2/(HX/V)为0.863mL，岩样最大含气量为1.6732ml-0.863mL。
一般地，利用气体驱替方法测量含气量，在核磁共振驱替成像装置尾端接有管线，将水吹出来，有一部分水会附在管壁，需要很长时间将管壁上的水吹出来，甚至有一部分小颗粒的水不会进入到称重的测量装置中，会使得结果偏小，本发明提供的技术方案中，利用核磁共振驱替成像技术，通过测量在高温高压下岩样孔隙内的水量，以及被驱替后岩样孔隙内剩余的水量，简单而可靠地计算出致密砂岩储层中天然气的最大含量，可避免管线内的水造成的误差，同时避免岩样反复从核磁共振驱替成像装置中取放，防止操作造成的误差。
为了便于后期工作中孔隙度的计算，利用核磁共振驱替成像装置获取常温下含水体积为Wml的岩样对应的核磁信号幅度H常温，则在常温下含水体积为1ml的岩样对应的核磁信号幅度为H常温/W；将达到完全水饱和状态的岩样置于常温常压下，利用核磁共振驱替成像装置测量所述岩样内水分响应的核磁信号幅度为H3，则在常温常压下处于水饱和状态的所述岩样内的水的体积为H3/(H常温/W)。在本实施例中，处于常温常压下的该岩样含水体积为1.717mL，孔隙度为7.1％，孔隙度的大小可由核磁共振驱替成像装置测得。
与上述岩样处于50Mpa的围压条件下测得的含水体积和孔隙度，可得出在常温常压下测得的含水体积和孔隙度偏大，因此，在进行含水体积测量过程中，对岩样施加与埋藏史对应的围压，可提高岩样含水体积的准确性。
由于岩样在地下受到围压作用使得孔隙度较小，在常压下测得孔隙度偏大，因此需要将岩样恢复到地下的埋藏状态才能准确测量孔隙度，根据常温常压下测得的数据和在指定温度和压力下的数据，可建立在埋藏状态下的孔隙度与常温常压下的孔隙度之间的关系。以上述数据为例，在埋藏状态下(温度为105℃，压力为50Mpa)测得的孔隙度为A1，在常温常压下测得的孔隙度为A2，因此可将孔隙度在埋藏状态下与在常温常压下的系数计算为A1/A2，A1＝A2*(6.8/7.1)，因此，在后期需要测量其他岩样在该指定温度和压力下的孔隙度，可直接测量常温常压下的孔隙度，再进行系数转换，即可得到埋藏状态下的孔隙度，可避免多次将岩样恢复至地下埋藏状态测量孔隙度。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上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 (9)

1.一种模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1利用核磁共振驱替成像装置获取温度TX下含水体积为Vml的岩样对应的核磁信号幅度HX，得到在温度TX下含水体积为1ml的岩样对应的核磁信号幅度为HX/V；
S2在指定地层中取得岩样，并对所述岩样进行抽真空干燥处理；
S3将干燥后的岩样放置于抽真空加压饱和装置内，对所述岩样施加所述指定地层最大埋深对应的围压的饱和压力，使所述岩样达到完全水饱和状态；
S4测得在所述温度TX下所述岩样中水分响应的核磁信号幅度H1，得到所述岩样中含水孔隙体积为H1/(HX/V)；
S5对所述岩样持续施加围压，所述围压大小为所述指定地层现今埋深对应的围压大小，施加驱替压力，向所述岩样孔隙内注入气体，以驱替所述岩样孔隙中的水，在见水后每间隔第一预设时间测一次出水量；
S6当相邻测量时间点的所述出水量的差值小于预设阈值时，得到在所述温度TX下所述岩样中水分响应的核磁信号幅度H2，所述岩样中含水孔隙体积为H2/(HX/V)，得到最大含气量为H1/(HX/V)-H2/(HX/V)。
2.如权利要求1所述的模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，其特征在于，步骤S3之后，根据所述指定地层的埋藏史获得所述指定地层在埋藏时受到的实际围压的变化曲线，对所述岩样施加围压，所述围压与所述实际围压的变化曲线相同。
3.如权利要求1所述的模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，其特征在于，步骤S5中，所述驱替压力小于所述指定地层现今埋深对应的围压，且所述围压与所述驱替压力的差值大于或等于预设围压阈值。
4.如权利要求1所述的模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，其特征在于，步骤S5中，所述驱替压力以预设围压差值不断增大，当出现气窜现象时，减小所述驱替压力，减小后的所述驱替压力再以预设围压差值不断增大。
5.如权利要求1所述的模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，其特征在于，步骤S5中，见水前每间隔第二预设时间测量一次核磁信号幅度，当相邻测量时间点的两个所述核磁信号幅度变化大于第一预设幅度阈值时，进行岩心核磁成像。
6.如权利要求5所述的模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，其特征在于，当相邻测量时间点的两个所述核磁信号幅度变化小于第二预设幅度阈值时，增大所述第二预设时间。
7.如权利要求1所述的模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，其特征在于，步骤S5中，见水后每间隔第三预设时间测量一次所述核磁信号幅度，当相邻测量时间点的两个所述核磁信号幅度变化大于第三预设幅度阈值时，进行岩心核磁成像。
8.如权利要求1所述的模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，其特征在于，还包括，利用核磁共振驱替成像装置获取常温下含水体积为Wml的岩样对应的核磁信号幅度H常温，得到在常温下含水体积为1ml的岩样对应的核磁信号幅度为H常温/W；
将达到完全水饱和状态的所述岩样置于常温下，利用核磁共振驱替成像装置测量所述岩样内水分响应的核磁信号幅度为H3，得到在常温下处于水饱和状态的所述岩样内的水的体积为H3/(H常温/W)。
9.如权利要求1所述的模拟地层条件下致密砂岩最大含气量的计算方法，其特征在于，还包括，利用所述核磁共振驱替成像装置测得所述岩样在指定高温高压下的孔隙度A1、所述岩样在常温常压下的孔隙度A2，得到所述岩样在所述指定高温高压下的孔隙度与在常温常压下的孔隙度之比为A1/A2。
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