CN110579433B - 一种颗粒样品两级渗透率的获取方法 - Google Patents

一种颗粒样品两级渗透率的获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种颗粒样品两级渗透率的获取方法，针对现有的颗粒样品渗透率测试中发现的部分样品的压力衰减曲线具有快速和慢速两个明显不同阶段的特点，假定页岩内部具有两级渗流通道和空间，可分别提取两级空间的孔隙度和渗透率，所提取的孔、渗参数正演计算的结果较现有方法与实测值更为吻合，有助于深入认识页岩气储集空间孔、渗特征，为储层评价提供更全面和准确的参数。

Description

一种颗粒样品两级渗透率的获取方法
技术领域
本发明实施例涉及石油工程技术领域，尤其涉及一种颗粒样品两级渗透率的获取方法。
背景技术
目前国内页岩气可开采资源量丰富，是最具战略性的接替能源之一。页岩储层评价是页岩气勘探和开发的重要环节，渗透率是页岩储层评价的重要指标之一。
由扫描电子显微镜图像可以看出，页岩内部分布着有机质孔、颗粒间(溶)孔、自生矿物晶间孔和层理缝、节理缝、溶蚀缝等，其尺度跨越六到七个数量级，不同尺度的孔隙(缝)的渗流能力差异明显。为了便于分析，一般将页岩内的空隙空间划分为基质以及裂缝两级，基质渗透率较低，而裂缝渗透率较高。
相关技术中，采用柱塞样进行渗透率测试时，由于柱塞样中存在裂缝，所得的渗透率值主要由裂缝特征控制，基质的贡献被湮没，无法获得基质渗透率。现有的颗粒样品渗透率测试中发现的部分样品的压力衰减曲线具有快速和慢速两个明显不同阶段的特点，现有方法所基于的扩散模型假定整个颗粒内部具有均一的渗透率和孔隙度，无法将两级通道的渗透率分别提取出来。
发明内容
鉴于此，为解决现有技术中的问题，本发明实施例提供了一种颗粒样品两级渗透率的获取方法。
第一方面，本发明实施例提供了一种颗粒样品两级渗透率的获取方法，所述方法包括：
获取压力随时间变化的曲线P(t)、基准腔体积Vb、放入样品前样品腔体积Vs、样品总体体积Vsb、颗粒平均半径Ra、测试温度T、测试阀开启前基准腔的气体密度ρ1和样品腔的气体密度ρ0；
基于氦气状态方程、压力衰减曲线P(t)最终稳定值P2和温度T，计算对应的气体密度ρ2、样品孔隙体积VP、孔隙度φ、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比Kc和测试阀未开启时颗粒外部空间(含基准腔)的气体平均密度ρc0；
确定气体开始进入样品对应的压力P3，从所述压力随时间变化的曲线P(t)中确定压力P3对应的时刻t3；
选择所有大于所述时刻t3的测点，基于氦气状态方程计算气体密度ρ(t)和质量分数FR(t)，对ln(FR(t))中所有大于所述时刻t3的测点和时间t进行线性拟合，得到斜率s1，根据所述斜率s1计算渗透率k0；
确定渗透率k′，设定i的初始值为4，以第i个测点为界，将压力衰减曲线分为两段：第i个测点及以前的测点记为A段，压力衰减曲线为PA(t)；第i个测点及以后的测点记为B段，压力衰减曲线为PB(t)；
基于氦气状态方程、第i个测点的压力Pi和温度T，计算对应的气体密度ρi，计算A段的孔隙体积VpA、孔隙度φA、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcA和测试阀未开启时颗粒外部空间(含基准腔)的气体平均密度ρc0A，输入(kA(i),D2A(i))＝f(PA(t),KcA,ρc0A,ρ0,Ra,φA,k0,k′)求得对应的渗透率最优解kA(i)；
计算B段的孔隙体积VpB、孔隙度φB(i)、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcB和测试阀未开启时颗粒外部空间(含基准腔)的气体平均密度ρc0B，输入(kB(i),D2B(i))＝f(PB(t),KcB,ρc0B,ρ0,Ra,φB(i),k0,k′)求得对应的渗透率最优解kB(i)；
确定kA(i)和kB(i)为两级渗流通道的渗透率值。
在一个可能的实施方式中，利用下述公式，基于氦气状态方程、压力衰减曲线P(t)最终稳定值P2和温度T，计算对应的气体密度ρ2、样品孔隙体积VP、孔隙度φ、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比Kc和测试阀未开启时颗粒外部空间(含基准腔)的气体平均密度ρc0：
Figure GDA0003350760690000031
在一个可能的实施方式中，所述确定气体开始进入样品对应的压力P3，包括：
利用公式确定
Figure GDA0003350760690000032
基于氦气状态方程，由ρ3和温度T计算P3。
在一个可能的实施方式中，所述质量分数FR(t)，包括：
Figure GDA0003350760690000033
在一个可能的实施方式中，利用下述公式，根据所述斜率s1计算渗透率k0：
Figure GDA0003350760690000041
其中Ra为颗粒样品的半径；μ为气体的粘性系数，cg为气体压缩系数；α1为超越方程
Figure GDA0003350760690000042
的1次根。
在一个可能的实施方式中，利用下述公式，确定渗透率k′，包括：
Figure GDA0003350760690000043
在一个可能的实施方式中，利用下述公式，计算对应的气体密度ρi，计算A段的孔隙体积VpA、孔隙度φA、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcA和测试阀未开启时颗粒外部空间(含基准腔)的气体平均密度ρc0A：
Figure GDA0003350760690000044
在一个可能的实施方式中，利用下述公式，计算B段的孔隙体积VpB、孔隙度φB(i)、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcB和测试阀未开启时颗粒外部空间(含基准腔)的气体平均密度ρc0B：
Figure GDA0003350760690000045
在一个可能的实施方式中，所述确定kA(i)和kB(i)为两级渗流通道的渗透率值，包括：
计算总的最小偏差平方和D2(i)＝D2A(i)+D2B(i)；
选择D2(i),i＝4:N-3中最小值对应的i，记为im，对应的kA(im)和kB(im)即为两级渗流通道的渗透率值。
在一个可能的实施方式中，所述选择D2(i),i＝4:N-3中最小值对应的i，记为im，对应的kA(im)和kB(im)即为两级渗流通道的渗透率值，包括：
如果i＞N-3，选择D2(i),i＝4:N-3中最小值对应的i，记为im，对应的kA(im)和kB(im)即为两级渗流通道的渗透率值。
本发明实施例提供的技术方案，针对现有的颗粒样品渗透率测试中发现的部分样品的压力衰减曲线具有快速和慢速两个明显不同阶段的特点，假定页岩内部具有两级渗流通道和空间，可分别提取两级空间的孔隙度和渗透率，所提取的孔、渗参数正演计算的结果较现有方法与实测值更为吻合，有助于深入认识页岩气储集空间孔、渗特征，为储层评价提供更全面和准确的参数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种颗粒样品两级渗透率的获取方法的实施流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种颗粒样品两级渗透率的获取方法的实施流程示意图，该方法具体可以包括以下步骤：
步骤1、获取压力随时间变化的曲线P(t)、基准腔体积Vb、放入样品前样品腔体积Vs、样品总体体积Vsb、颗粒平均半径Ra、测试温度T、测试阀开启前基准腔的气体密度ρ1和样品腔的气体密度ρ0；
步骤2、基于氦气状态方程、压力衰减曲线P(t)最终稳定值P2和温度T，计算对应的气体密度ρ2、样品孔隙体积VP、孔隙度φ、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比Kc和测试阀未开启时颗粒外部空间(含基准腔)的气体平均密度ρc0，其中计算公式如下：
Figure GDA0003350760690000061
Figure GDA0003350760690000063
Figure GDA0003350760690000064
Figure GDA0003350760690000065
步骤3、确定气体开始进入样品对应的压力P3，其中由公式确定
Figure GDA0003350760690000062
基于氦气状态方程由ρ3和温度T计算P3。
从所述压力随时间变化的曲线P(t)中确定压力P3对应的时刻t3，所有测点时间值以t3为零点重新计算，取时间大于t3的第一个测点，其时间记为t4，对应的压力记为P4。
步骤4、选择所有大于所述时刻t3的测点(即选取所有时间大于等于t4的测点)，基于氦气状态方程计算气体密度ρ(t)和质量分数FR(t)，对ln(FR(t))中所有大于所述时刻t3的测点(即所有时间大于等于t4的测点)和时间t进行线性拟合，得到斜率s1，根据所述斜率s1计算渗透率k0，其中根据公式计算渗透率k0；
Figure GDA0003350760690000071
Figure GDA0003350760690000072
其中Ra为颗粒样品的半径；μ为气体的粘性系数，cg为气体压缩系数；α1为超越方程
Figure GDA0003350760690000073
的1次根。
步骤5、确定渗透率k′，求解如下方程：
Figure GDA0003350760690000074
步骤6、设定i的初始值为4；
步骤7、以第i个测点为界，将压力衰减曲线分为两段：第i个测点及以前的测点记为A段，压力衰减曲线为PA(t)；第i个测点及以后的测点记为B段，压力衰减曲线为PB(t)，该衰减曲线的时间以第i个测点的时间ti为零点重新计算；
步骤8、基于氦气状态方程、第i个测点的压力Pi和温度T，计算对应的气体密度ρi，计算A段的孔隙体积VpA、孔隙度φA、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcA和测试阀未开启时颗粒外部空间(含基准腔)的气体平均密度ρc0A，其中计算公式如下：
Figure GDA0003350760690000081
Figure GDA0003350760690000082
Figure GDA0003350760690000083
ρc0A＝ρc0
步骤9、输入(kA(i),D2A(i))＝f(PA(t),KcA,ρc0A,ρ0,Ra,φA,k0,k′)求得对应的渗透率最优解kA(i)和最小偏差平方和D2A(i)；
步骤10、计算B段的孔隙体积VpB、孔隙度φB(i)、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcB和测试阀未开启时颗粒外部空间(含基准腔)的气体平均密度ρc0B，其中计算公式如下：
φB(i)＝φ-φA
VpB＝Vsb·φB(i)
Figure GDA0003350760690000084
ρc0B＝ρi
步骤11、输入(kB(i),D2B(i))＝f(PB(t),KcB,ρc0B,ρ0,Ra,φB(i),k0,k′)求得对应的渗透率最优解kB(i)和最小偏差平方和D2B(i)；
步骤12、计算总的最小偏差平方和D2(i)＝D2A(i)+D2B(i)；
步骤13、如果i≤N-3，执行步骤7，否则执行步骤14；
步骤14、选择D2(i),i＝4:N-3中最小值对应的i，记为im，对应的kA(im)和kB(im)即为两级渗流通道的渗透率值，对应的φ-φB(im)和φB(im)即为两级渗流通道控制的孔隙体积占样品总体积的百分比。
本发明实施例提供的技术方案，针对现有的颗粒样品渗透率测试中发现的部分样品的压力衰减曲线具有快速和慢速两个明显不同阶段的特点，假定页岩内部具有两级渗流通道和空间，可分别提取两级空间的孔隙度和渗透率，所提取的孔、渗参数正演计算的结果较现有方法与实测值更为吻合，有助于深入认识页岩气储集空间孔、渗特征，为储层评价提供更全面和准确的参数。
其中，对于利用(kA(i),D2A(i))＝f(PA(t),KcA,ρc0A,ρ0,Ra,φA,k0,k′)求得对应的渗透率最优解kA(i)和最小偏差平方和D2A(i)，利用(kB(i),D2B(i))＝f(PB(t),KcB,ρc0B,ρ0,Ra,φB(i),k0,k′)求得对应的渗透率最优解kB(i)和最小偏差平方和D2B(i)，可以参照“一种颗粒样品渗透率的获取方法”的如下步骤：
获得压力随时间变化的曲线P(t)，基准腔体积Vb、放入样品前样品腔体积Vs、样品总体体积Vsb、颗粒平均半径Ra、测试温度T、测试阀开启前基准腔的气体密度ρ1和样品腔的气体密度ρ0；
基于氦气状态方程、压力衰减曲线P(t)最终稳定值P2和温度T，计算对应的气体密度ρ2，并计算样品孔隙体积VP、孔隙度φ、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比Kc和测试阀未开启时颗粒外部空间的气体平均密度ρc0；
确定气体开始进入样品对应的压力P3，从所述压力随时间变化的曲线P(t)中确定压力P3对应的时刻t3；
选择所有大于所述时刻t3的测点，基于氦气状态方程计算气体密度ρ(t)和质量分数FR(t)，对ln(FR(t))中所有大于所述时刻t3的测点和时间t进行线性拟合，得到斜率s1，根据所述斜率s1计算渗透率k0；
确定渗透率k′，设定K1为k0和k′的最小值，K3为k0和k′的最大值，其中，K2＝(K1+K3)/2；
将K1、K2、K3分别输入预设的质量分数计算算法，计算大于T3时刻的所有测点的质量分数值FR1(t)、FR2(t)和FR3(t)，并分别计算FR1(t)、FR2(t)和FR3(t)与实测FR(t)之差的平方和，记为D1、D2和D3；
如果D2为D1、D2和D3中的最小值且D1、D2和D3中的最大两两相对偏差小于设定值，则确定渗透率为K2。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种颗粒样品两级渗透率的获取方法，其特征在于，所述方法包括：
获取压力随时间变化的曲线P(t)、基准腔体积Vb、放入样品前样品腔体积Vs、样品总体体积Vsb、颗粒平均半径Ra、测试温度T、测试阀开启前基准腔的气体密度ρ1和样品腔的气体密度ρ0；
基于氦气状态方程、压力衰减曲线P(t)最终稳定值P2和温度T，计算对应的气体密度ρ2、样品孔隙体积VP、孔隙度φ、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比Kc和测试阀未开启时颗粒外部空间的气体平均密度ρc0；
确定气体开始进入样品对应的压力P3，从所述压力随时间变化的曲线P(t)中确定压力P3对应的时刻t3；
选择所有大于所述时刻t3的测点，基于氦气状态方程计算气体密度ρ(t)和质量分数FR(t)，对ln(FR(t))中所有大于所述时刻t3的测点和时间t进行线性拟合，得到斜率s1，根据所述斜率s1计算渗透率k0；
确定渗透率k′，设定i的初始值为4，以第i个测点为界，将压力衰减曲线分为两段：第i个测点及以前的测点记为A段，压力衰减曲线为PA(t)；第i个测点及以后的测点记为B段，压力衰减曲线为PB(t)；
基于氦气状态方程、第i个测点的压力Pi和温度T，计算对应的气体密度ρi，计算A段的孔隙体积VpA、孔隙度φA(i)、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcA和测试阀未开启时颗粒外部空间的气体平均密度ρc0A，输入(kA(i)，D2A(i))＝f(PA(t)，KcA，ρc0A，ρ0，Ra，φA(i)，k0，k′)求得对应的渗透率最优解kA(i)和A段最小偏差平方和D2A(i)；
计算B段的孔隙体积VpB、孔隙度φB(i)、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcB和测试阀未开启时颗粒外部空间的气体平均密度ρc0B，输入(kB(i)，D2B(i))＝f(PB(t)，KcB，ρc0B，ρ0，Ra，φB(i)，k0，k′)求得对应的渗透率最优解kB(i)和B段最小偏差平方和D2B(i)；
确定kA(i)和kB(i)为两级渗流通道的渗透率值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用下述公式，基于氦气状态方程、压力衰减曲线P(t)最终稳定值P2和温度T，计算对应的气体密度ρ2、样品孔隙体积VP、孔隙度φ、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比Kc和测试阀未开启时颗粒外部空间的气体平均密度ρc0：
Figure FDA0003350760680000021
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定气体开始进入样品对应的压力P3，包括：
利用公式确定
Figure FDA0003350760680000022
基于氦气状态方程，由ρ3和温度T计算P3。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用下述公式，确定质量分数FR(t)，包括：
Figure FDA0003350760680000023
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用下述公式，根据所述斜率s1计算渗透率k0：
Figure FDA0003350760680000031
其中Ra为颗粒样品的半径；μ为气体的粘性系数，cg为气体压缩系数；α1为超越方程
Figure FDA0003350760680000032
的1次根。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用下述公式，确定渗透率k′，包括：
Figure FDA0003350760680000033
其中，α1则代表的是超越方程
Figure FDA0003350760680000034
的1次根，t4表示时刻，μ为气体的粘性系数，cg为气体压缩系数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用下述公式，计算对应的气体密度ρi，计算A段的孔隙体积VpA、孔隙度φA、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcA和测试阀未开启时颗粒外部空间的气体平均密度ρc0A：
Figure FDA0003350760680000035
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用下述公式，计算B段的孔隙体积VpB、孔隙度φB(i)、颗粒样品外部空间和内部孔隙空间的体积比KcB和测试阀未开启时颗粒外部空间的气体平均密度ρc0B：
Figure FDA0003350760680000041
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定kA(i)和kB(i)为两级渗流通道的渗透率值，包括：
计算总的最小偏差平方和D2(i)＝D2A(i)+D2B(i)；
选择D2(i)，i＝4：N-3中最小值对应的i，记为im，对应的kA(im)和kB(im)即为两级渗流通道的渗透率值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述选择D2(i)，i＝4：N-3中最小值对应的i，记为im，对应的kA(im)和kB(im)即为两级渗流通道的渗透率值，包括：
如果i＞N-3，选择D2(i)，i＝4：N-3中最小值对应的i，记为im，对应的kA(im)和kB(im)即为两级渗流通道的渗透率值。
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