CN111337410B - 一种确定页岩孔径分布的方法、装置、设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本说明书实施例公开了一种确定页岩孔径分布的方法、装置、设备及系统。所述方法包括基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。利用本说明书实施例可以得到更准确的页岩孔径分布，从而有利于科学合理的评价实际页岩的孔隙分布特征。
Description
技术领域
本说明书实施例方案属于非常规油气勘探开发领域，尤其涉及一种确定页岩孔径分布的方法、装置、设备及系统。
背景技术
非常规油气资源的勘探和开发对于满足我国日益增长的能源需求具有重要的意义。在非常规油气藏中，页岩油气显示出巨大的开发潜力，是目前研究的热点和难点。页岩的孔隙分布特征评价是页岩油气开发过程中的重要环节，准确的孔隙信息对于分析页岩的含气能力及产气能力具有重要的指导意义。
在页岩纳米孔隙发育中，传统的高压压汞实验通常很难准确反应页岩的孔隙结构。一方面由于汞不易进入页岩的微孔和中孔中；另一方面，由于高压通常会造成页岩原生孔隙的破坏，从而影响最终结果。液氮吸附适合的孔径范围为1.2nm到200nm，是页岩的孔隙分布测试最常用的方法。然而，现有的利用液氮吸附获取页岩孔隙分布方法中，表面张力视做恒定值，通常会产生偏差，计算结果无法准确合理的反应页岩真实的孔隙分布，从而极大的影响页岩储层含气能力和产气能力的评价。
因此，业内亟需一种可以更准确确定页岩孔径分布的解决方案。
发明内容
本说明书实施例在于提供一种确定页岩孔径分布的方法、装置、设备及系统，可以得到更准确的页岩孔径分布，从而有利于科学合理的评价实际页岩的孔隙分布特征。
本说明书提供的确定页岩孔径分布的方法、装置、设备及系统是包括以下方式实现的：
一种确定页岩孔径分布的方法，包括：
基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；
基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；
根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；
根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
一种确定页岩孔径分布的装置，包括：
获得模块，用于基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；
建立模块，用于基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；
临界凝聚孔径获得模块，用于根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；
确定模块，用于根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
一种确定页岩孔径分布的设备，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括以下步骤：
基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；
基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；
根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；
根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
一种确定页岩孔径分布的系统，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现本说明书实施例中任意一个方法实施例方法的步骤。
本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的方法、装置、设备及系统。一些实施例中通过考虑孔隙尺度对流体热力学性质和界面特征的影响，建立能够准确计算纳米孔中液氮表面张力的模型，然后基于此模型对Kelvin方程进行修正，计算不同相对压力下对应的临界凝聚有效半径，再结合液氮等温吸附曲线，得到页岩的孔径分布特征，相比将表面张力视做恒定值的做法，更加准确且符合实际，从而有利于科学合理的评价实际页岩的孔隙分布特征。采用本说明书提供的实施方案，可以得到更准确的页岩孔径分布，从而有利于科学合理的评价实际页岩的孔隙分布特征。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本说明书提供的确定页岩孔径分布的方法的一个实施例的流程示意图；
图2是本说明书提供的待测页岩样品液氮等温吸附/脱附曲线的示意图；
图3是本说明书提供的计算体相流体表面张力的辅助示意图；
图4是本说明书提供的计算纳米孔隙弯液面表面层的分子能量的示意图；
图5是本说明书提供的曲率影响系数α的数值解和解析方程拟合示意图；
图6是本说明书提供的利用本方案获得的体相、纳米孔隙中液氮表面张力与利用现有技术获得的体相、纳米孔隙中液氮表面张力的对比示意图；
图7是本说明书提供的考虑界面张力变化和不考虑界面张力变化得到的孔径分布的对比示意图；
图8是本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的装置的一个实施例的模块结构示意图；
图9是本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的服务器的一个实施例的硬件结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书实施例保护的范围。
液氮吸附适合的孔径范围为1.2nm到200nm，是页岩的孔隙分布测试最常用的方法。利用液氮吸附获取页岩孔隙分布的基本原理是毛细凝聚，在不同的相对压力下，发生毛细管凝聚所对应的孔径不同，此关系可用kelvin理论描述。在现有的描述中，kelvin理论中的表面张力被认为是恒定值。然而，诸多研究表明在纳米空间中，流体的热力学性质和表面张力不再是固定值，而会随着孔隙尺度发生变化。具体表现为：(1)受孔隙壁面和流体作用的影响，纳米受限空间中流体的临界温度和临界压力会低于体相流体，热力学性质的变化将会导致表面张力的变化；(2)流体的表面层自由能与液面曲率半径密切相关，当弯液面的曲率半径在纳米尺度时，流体的表面层自由能会小于体相流体的表面层自由能。总体而言，纳米孔隙中流体的表面张力小于体相流体，并随着孔隙尺度的减小而减小。因此，在现有的页岩孔径分布计算方法中，将表面张力视做恒定值的方法会产生偏差，计算结果无法准确合理的反应页岩真实的孔隙分布，极大的影响了页岩储层含气能力和产气能力的评价。
本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的方法、装置、设备及系统。通过考虑孔隙尺度对流体热力学性质和界面特征的影响，建立能够准确计算纳米孔中液氮表面张力的模型，然后基于此模型对Kelvin方程进行修正，计算不同相对压力下对应的临界凝聚有效半径，再结合液氮等温吸附曲线，得到页岩的孔径分布特征，相比将表面张力视做恒定值的做法，更加准确且符合实际，从而有利于科学合理的评价实际页岩的孔隙分布特征。
下面以一个具体的应用场景为例对本说明书实施方案进行说明。具体的，图1是本说明书提供的确定页岩孔径分布的方法的一个实施例的流程示意图。虽然本说明书提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者部分合并后更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本说明书实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置、服务器或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理、服务器集群的实施环境)。
需要说明的是，下述实施例描述并不对基于本说明书的其他可扩展到的应用场景中的技术方案构成限制。具体的一种实施例如图1所示，本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的方法的一种实施例中，所述方法可以包括：
S0：基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线。
本说明书一个实施例中，可以将待测页岩样品进行液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线。例如一些实施场景中，可以选用粉碎至100～150um的页岩样品0.5g进行低温(77K)低压(0.127MPa)下的氮气吸附/脱附实验，得到待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线。需要说明的是，通常岩石表面分子存在剩余的表面自由场，气体分子与固体表面接触时，部分气体分子可以被吸附在固体表面上。当气体分子热运动足以克服吸附表面自由场的位能时发生脱附，吸附与脱附速度相等时达到吸附平衡。当温度恒定时，吸附量是相对压力的函数。通过测得不同相对压力下的吸附量可以获得吸附等温线，由吸附等温线可以获得孔径分布。吸附等温线可以理解为是对吸附现象以及固体的表面与孔进行研究的基本数据，可从中研究表面与孔的性质，计算出比表面积与孔径分布。
本说明书一个实施例中，所述基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线，可以包括：选取待测页岩样品；对所述待测页岩样品进行预处理，获得预处理样品，所述预处理包括脱水脱气处理；对所述预处理样品进行氮气的吸附/脱附实验，获得所述待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线。例如一些实施场景中，在获取页岩待测样品后可以对页岩待测样品进行脱水脱气处理，然后按照预设规则进行氮气吸附/脱附实验。其中预设规则可以包括国标GB/T19587—2004和GB/T21650.2—2008等。例如一些实施场景中，可以获取粒径为100～150um、质量为0.5g的页岩待测样品，然后对样品进行脱水脱气处理，获得脱水脱气后的样品后，按照国标GB/T19587—2004和GB/T21650.2—2008进行低温低压下的氮气的吸附-脱附实验，得到待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线。本说明书一个实施例中，脱水温度可以为110℃，时间可以为5小时，脱气压力可以为1×10-4MPa，脱气时间可以为3小时。
本说明书实施例中，通过液氮等温吸附实验可以得到压力增加或减少过程中页岩空隙氮气吸附量的具体变化，从而可以为确定孔径分布提供基础。
S2：基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型。
其中，纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息可以理解为是纳米孔隙中流体临界温度变化对纳米孔表面张力的影响，以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响。
本说明书一个实施例中，所述基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型，可以包括：根据分子势能模型，获得体相流体表面张力；基于弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息以及所述体相流体表面张力，建立纳米孔液氮表面张力计算模型。一些实施例中，所述根据分子势能模型，获得体相流体表面张力，可以包括：根据分子势能模型，获得表面层分子能量与体相分子能量间的差异信息；根据表面层分子能量与表面张力之间的关系以及差异信息，获得体相流体表面张力。
具体的，通常液体内部的分子在每个方向都可以受到邻近分子的作用，在各方向受到力的合力为零。而在液体的表面，一侧为液相分子、一侧为气相分子，密度差异可以使液体表面层的分子在各个方向受到力的合力不再为零，这种受力不均就可以形成表面张力。本说明书一个实施例中，以此为原理结合12-6LJ(Lennard-Jones)分子势能分析表面层液体分子和液体内部分子能量的差异，并进一步计算表面张力。
一些实施例中，流体分子之间的作用力可以用12-6LJ分子势能模型表示
其中，ui(r)表示分子作用势能，J；εi和σi表示分子势能模型中的参数；r表示空间某一点到分子中心的距离，m。一些实施场景中，通常对氮气分子而言，εi＝82K，σi＝0.37×10-9m。一些实施场景中，当两分子之间的作用力等于0时，分子势能最小，状态达到平衡，此时两分子间的距离为21/6σi。
一些实施例中，可以将流体分子看作连续介质。
当目标分子在液体内部时，其总势能可通过对空间球面积分得到：
其中，Uib表示体相流体中液体内部某目标分子的总势能，J；d0表示临近分子到目标分子中心的距离；ui(r)表示分子作用势能，J；Nl表示液相分子数密度，m-3。一些实施场景中，d0＝21/6σi。
当目标分子处于液面附近时，该分子不仅与液相分子作用，也会与气相中的分子产生作用，如果目标分子与液面的距离l小于d0，则该分子的总势能U(I)可表示为：
其中，l表示目标分子与液面的距离；Nv表示气相分子数密度，m-3。
当目标分子与液面的距离l大于d0，分子的总势能U(II)可表示为：
一些实施场景中，可以假设液面的表面积为S，则表面层液体分子能量与体相分子能量的差异可通过下面积分得到：
其中，ΔU表示表面层液体分子能量与体相分子能量的差异，S表示液面的表面积。
在热力学中，表面层液体分子的能量和表面张力有如下关系
其中，T表示某一温度，K；γ表示表面张力，N/m；U表示表面层液体分子的能量，S表示液面的表面积。
一些实施例中，可以将公式(5)带入公式(6)中，获得体相流体的表面张力：
其中，Tcb表示体相流体的临界温度，K；γb表示体相流体的表面张力，N/m。
需要说明的是，一些实施场景，液相分子数密度和气相分子数密度可以通过经验公式表示：
τ＝1-T/Tc ρr＝ρ/ρc (9)
a(τ)＝exp(τ1/3+τ1/2+τ+τm) β(τ)＝1+τb (10)
ln(ρr,l)＝a[β-exp(1-β)] ln(ρr,v)＝p[a(τ)n-exp(1-a(τ))] (11)
其中，T表示某一温度，K；Nl(T)、Nv(T)分别表示温度为T时的液相分子数密度和气相分子数密度；M表示流体的摩尔质量，Kg/mol；NA表示阿伏伽德罗常数，mol-1；ρl(T)表示温度为T时的液相质量密度，kg/m3；ρv(T)表示温度为T时的气相质量密度，kg/m3；Tc表示临界温度，K；ρc表示临界密度，kg/m3；ρr表示对比密度，无因次；ρr,l表示对比液相密度，无因次；ρr,v表示对比气相密度，无因次；τ、α(τ)、β(τ)为计算中的中间过渡量，无因次；a、p、n、b、m表示与物质相关的拟合参数。一些实施场景中，拟合参数a、p、n、b数值可以分别为0.76，-0.57，1.11，0.33，2.58。
一些实施例中，受孔隙壁面作用的影响，纳米孔隙中流体的临界温度可以表示为：
ln[(Tcb-Tcn)/Tcb]＝-1.0035ln(R/σi)-0.2813 (12)
其中，Tcb表示体相流体的临界温度，K；Tcn表示纳米孔中液氮的临界温度，K；R表示有效孔隙半径，10-9m。需要说明的是，公式(12)可以根据分子模拟和实验的数据拟合得到。
一些实施场景中，由于在发生凝聚之前，孔隙表面已经有一层吸附膜，因此，流体与孔隙壁面的接触角可假设为0°，弯曲液面的曲率半径可以认为与有效孔隙半径相等。这样在纳米孔隙中，液体内部分子的势能Uibc可表示为：
其中，Uibc表示纳米孔隙中液体内部分子的势能，J；d0表示临近分子到目标分子中心的距离；R表示有效孔隙半径；r表示空间某一点到目标分子中心的距离，m；ui(r)表示分子作用势能，J；Nlc表示纳米孔隙中液相氮分子数密度，m-3。一些实施场景中，Nlc可通过公式(8)到公式(12)确定。
当目标分子与曲率中心的距离l1大于曲率半径R，小于曲率半径与d0之和时，目标分子的总势能可表示为：
其中，d0表示临近分子到目标分子中心的距离，Nvc表示纳米孔隙中气相氮分子数密度，m-3；θ表示两作用分子连线与垂直方向的夹角。一些实施场景中，确定Nvc的方法和Nlc类似，也可通过公式(8)到公式(12)确定。cosθ可以表示为：
当目标分子与曲率中心的距离l1大于曲率半径与d0之和，小于2倍的曲率半径R，目标分子的总势能可表示为：
需要说明的是，本实施例中可以默认R>d0，对应的孔隙半径应大于0.6nm。
当目标分子与曲率中心的距离l1大于2倍的曲率半径R，目标分子的总势能可表示为：
一些实施场景中，纳米孔隙表面层分子能量与体相分子能量的差异可通过下面积分得到：
其中，ΔUc表示纳米孔隙表面层分子能量与体相分子能量的差异，S表示液面的表面积。
一些实施场景中，公式(18)可以仿照公式(5)改写为：
ΔUc＝α·4.3636εi(Nvc-Nlc)σi 4NlcS (19)
其中，系数α表示曲率半径为R的液面表面层能量与水平液面的表面层能量之比，可定义为曲率影响系数。α是R/σi的函数，数值可由公式(13)到公式(18)得到。
一些实施场景中，为了便于后续计算，采用简单地数学公式对数值结果进行拟合，解析公式如下：
将公式(19)带入公式(6)中即可得到纳米孔隙中流体表面张力：
其中，Tc表示临界温度。
对比公式(7)，公式(21)可改写为：
γc＝α·β·γb (22)
其中，β可表示为：
其中，参数β表示临界温度变化对纳米孔表面张力的影响，可定义为临界温度变化影响系数。
据此，本说明书实施例中，可以利用曲率影响系数α和临界温度变化影响系数β对体相流体表面张力进行校正，从而建立纳米孔液氮表面张力计算模型，获得纳米孔隙中液氮的表面张力。
本说明书实施例中，由于充分考虑了孔隙尺度对流体热力学性质和界面特征的影响，使得建立的模型能够更准确的计算纳米孔中液氮表面张力。所以，相比于在现有的页岩孔径分布计算方法中，将表面张力视做恒定值的方法会产生偏差，利用本方案可以更准确合理的反应页岩真实的孔隙分布，从而可以提高对页岩孔隙分布特征评价的准确度。
S4：根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径。
其中，开尔文方程(Kelvin方程)描述了由于弯曲的液-气界面(例如液滴的表面)引起的蒸气压的变化。凸曲面的蒸气压高于平坦表面的蒸气压。开尔文方程基于热力学原理，而且并没有考虑材料的特殊性质。它也可用于通过吸附法来测定孔隙率多孔介质的孔隙尺寸分布。
本说明书一个实施例中，在建立纳米孔液氮表面张力计算模型后，可以基于纳米孔表面张力模型修正Kelvin方程，计算不同相对压力下对应的临界凝聚有效孔径和对应的孔隙半径。
一些实施场景中，根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得修正的Kelvin方程可以表示为：
其中，χ表示相对压力，无因次；Rc表示气体常数；Tm表示氮气吸附温度；VL表示液氮的摩尔体积；γb表示体相液氮流体的表面张力；Rk表示临界凝聚孔径。具体一个实施场景中，Rc为8.314J·K-1·mol-1，Tm为77K，VL在氮气吸附实验条件下为0.034752L/mol。在实验条件下，γb为8.85×10-3N/m。
本说明书一个实施例中，所述基于所述修正的Kelvin方程，计算不同相对压力下对应的临界凝聚孔径后，还可以包括：获得吸附层厚度；基于所述吸附层厚度和所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，获得不同相对压力下开始产生凝聚现象的孔的实际尺寸。例如一些实施场景中，在发生凝聚作用前，孔隙表面已吸附一定厚度的液膜，吸附层厚度可用赫尔赛方程表示：
Hk＝0.354[-5/ln(χ)]1/3 (25)
其中，Hk表示吸附层液膜厚度，10-9m。
此时，与χ相对应的开始产生凝聚现象的孔的实际尺寸Rp应修正为：
Rp＝Rk+Hk (26)
其中，孔的实际尺寸Rp也可以理解为是对应的孔隙半径。
S6：根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
其中，孔径分布信息可以包括孔区的平均实际孔隙半径、孔隙体积、孔隙直径等。
本说明书一个实施例中，在根据纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径后，可以根据不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定待测页岩样品的孔径分布信息。
本说明书一个实施例中，所述根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布，可以包括：将所述氮气吸附/脱附曲线上的数据点按照预设规则进行排序；基于排序后的数据点以及不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
一些实施例中，可以先将获得的氮气吸附/脱附曲线上的数据点由高到低排序，然后按照孔径分布计算基本方程确定待测页岩样品的孔径分布信息。例如一些实施场景中，可以先将获得的氮气吸附/脱附曲线上的数据点由高到低排序，假设压力由χ0降到χn，对应的临界凝聚有效孔径为Rk(0)到Rk(n)。在计算孔径分布时，由于当压力由χ(i-1)降到χ(i)(1≤i≤n)时，氮气吸附体积变化ΔVk(i)一方面来源于大小为Rk(i-1)到Rk(i)的孔隙中脱出的氮气量，一方面来源于尺度大于Rk(i-1)的孔隙中孔隙壁面上多层吸附膜的变薄。所以可以根据孔径分布计算基本方程确定待测页岩样品的孔径分布。一些实施场景中，孔径分布计算基本方程可以为：
其中，Rk(i-1)和Rk(i)分别对应相对压力为χ(i-1)和χ(i)时的临界凝聚有效孔径，
表示这一孔区的平均凝聚有效半径，Hk(i-1)和Hk(i)分别为相对压力为χ(i-1)和χ(i)时的吸附层厚度，Rp(i-1)和Rp(i)分别对应相对压力为χ(i-1)和χ(i)的实际孔径，
对应这一孔区的平均实际孔隙半径，ΔVk(i)表示液氮的体积，ΔVp(i)表示孔径从Rp(i-1)变化到Rp(i)所对应的孔隙体积，ΔSp(i)表示对应孔隙的表面积。
表示孔隙尺度大于Rk(i-1)的孔中由液膜厚度为Hk(i-1)降低至Hk(i)引起的氮气体积，其并不属于大小为Rk(i-1)和Rk(i)之间的孔隙脱附出来的氮气，需从ΔVk(i)中扣除，i表示将氮气吸附/脱附曲线上的数据点进行排序后的序列号，j表示排序点的序列号。需要说明的是，ΔVk(i)表示液氮的体积，但在实际测试中测得的数据为氮气的体积，其可以通过转化获得液氮的体积，具体转化关系可以为ΔV液＝1.547×10-3ΔV气。
本说明书一个实施例中，在确定待测页岩样品的孔径分布后，可以根据待测页岩样品的孔径分布特征信息绘制孔径分布曲线。例如一些实施场景中，在根据孔径分布计算基本方程获得计算结果后，可以绘制孔径分布曲线。其中，在具体绘制时，可以设置横坐标为孔隙直径dp，
纵坐标为ΔVp/Δdp，表示体积增量除以确定该增量的上、下孔径之差的商。
下面结合一个具体实施例对上述方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。
本说明书具体实施例中，选用来自鄂尔多斯盆地延长组页岩样品开展实验。其中，分析检测表明样品中黏土含量为39.7％，有机质含量为1.8％。
具体实施时，首先将样品粉碎成100～150um；其次将样品在110℃的环境下进行脱水，时间为5小时，在1×10-4MPa脱气，脱气时间为3小时；然后选用0.5g样品放入NOVA2200e全自动比表面积和孔隙分布测试仪中，按照国标GB/T19587—2004和GB/T21650.2—2008进行低温(77K)低压(0.127MPa)下的氮气吸附/脱附实验，得到待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线。如图2所示，图2是本说明书提供的待测页岩样品液氮等温吸附/脱附曲线的示意图。具体吸附/脱附实验数据如表1所示。
表1页岩样品氮气吸附/脱附实验数据
本实施例中，在得到待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线后，可以基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型。具体的，可以根据公式(3)到公式(11)计算体相流体的表面张力。如图3所示，图3是本说明书提供的计算体相流体表面张力的辅助示意图。其中，∑F表示分子所受的合力，l表示目标分子与液面的距离，d0表示临近分子到目标分子中心的距离，r表示空间某一点到分子中心的距离，虚线表示气相分子与液相分子的作用，实线表示液相分子与液相分子的作用。
本实施例中，通过利用相关数据拟合可以得到纳米孔中流体临界温度。具体的数据如表2所示：
表2拟合得到纳米孔中流体临界温度的数据点
本实施例中，在发生凝聚之前，孔隙表面已经有一层吸附膜，因此，流体与孔隙壁面的接触角可假设为0°，弯曲液面的曲率半径等于有效孔隙半径。纳米孔隙中，液体内部分子的势能可以通过公式(13)表示，其中，公式(13)中右边的第二项表示由于孔隙壁面的限制，当分子与目标分子距离大于孔隙半径时，不存在相互作用，如图4中虚线所示。如图4所示，图4是本说明书提供的计算纳米孔隙弯液面表面层的分子能量的示意图，其中，点划线表示气相分子与液相分子的作用，实线表示液相分子与液相分子的作用，虚线表示无流体分子的相互作用，l1表示目标分子与曲率中心的距离，d0表示临近分子到目标分子中心的距离，R表示有效孔隙半径，θ表示两作用分子连线与垂直方向的夹角。其中，当目标分子与曲率中心的距离l1大于曲率半径R，小于曲率半径与最小作用距离d0之和时，如图4中的(a)所示，可以根据公式(14)计算目标分子的总势能；当目标分子与曲率中心的距离l1大于等于曲率半径与最小作用距离d0之和，小于2倍的曲率半径时，如图4中的(b)所示，可以根据公式(16)计算目标分子的总势能；当目标分子与曲率中心的距离l1大于等于2倍的曲率半径R时，如图4中的(c)所示，可以根据公式(17)计算目标分子的总势能。纳米孔隙表面层分子与体相分子能量的差异可以根据公式(18)、(19)获得。为了便于后续计算，可以采用简单地解析公式(20)对数值结果进行拟合。如图5所示，图5是本说明书提供的曲率影响系数α的数值解和解析方程拟合示意图。最后可以通过公式(21)-(23)得到纳米孔隙中液氮的表面张力模型。据此，通过利用曲率影响系数α和临界温度变化影响系数β对体相流体表面张力进行校正，可得到纳米孔隙中液氮的表面张力。如图6所示，图6是本说明书提供的利用本方案获得的体相、纳米孔隙中液氮表面张力与利用现有技术获得的体相、纳米孔隙中液氮表面张力的对比示意图。由图6中的对比结果可知，本方案中的模型能够很好的表征纳米孔隙中流体的表面张力。同时，对比发现纳米孔隙中的表面张力小于体相流体的表面张力，而在目前的页岩孔径分布计算方法中，通常将表面张力视作恒定值，计算结果无法准确合理的反应页岩真实的孔隙结构。
本实施例中，在建立纳米孔液氮表面张力计算模型后，可以基于纳米孔表面张力模型修正Kelvin方程，计算不同相对压力下对应的临界凝聚有效孔径和对应的孔隙半径，然后根据不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定待测页岩样品的孔径分布特征信息。如图7所示，图7是本说明书提供的考虑界面张力变化和不考虑界面张力变化得到的孔径分布的对比示意图。其中，两种条件下的页岩孔径分布数据参见表3：
表3(不)考虑纳米孔隙表面张力变化得到的页岩孔径分布数据表
由图和表可知，相比将表面张力视做恒定值的做法，本方案更加符合实际，更利于科学合理的评价实际页岩的孔隙分布特征。
本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的方法，通过考虑孔隙尺度对流体热力学性质和界面特征的影响，建立能够准确计算纳米孔中液氮表面张力的模型，然后基于此模型对Kelvin方程进行修正，计算不同相对压力下对应的临界凝聚有效半径，再结合液氮等温吸附曲线，得到页岩的孔径分布特征，相比将表面张力视做恒定值的做法，更加符合实际，从而有利于科学合理的评价实际页岩的孔隙分布特征。
本说明书中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参加即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
基于上述所述的一种确定页岩孔径分布的方法，本说明书一个或多个实施例还提供一种确定页岩孔径分布的装置。所述的装置可以包括使用了本说明书实施例所述方法的系统(包括分布式系统)、软件(应用)、模块、组件、服务器、客户端等并结合必要的实施硬件的装置。基于同一创新构思，本说明书实施例提供的一个或多个实施例中的装置如下面的实施例所述。由于装置解决问题的实现方案与方法相似，因此本说明书实施例具体的装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
具体地，图8是本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的装置的一个实施例的模块结构示意图，如图8所示，本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的装置可以包括：获得模块120，建立模块122，临界凝聚孔径获得模块124，确定模块126。
获得模块120，可以用于基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；
建立模块122，可以用于基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；
临界凝聚孔径获得模块124，可以用于根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；
确定模块126，可以用于根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
基于前述方法所述实施例的描述，本说明书所述装置的另一个实施例中，还可以包括：
绘制模块，用于根据所述待测页岩样品的孔径分布信息绘制孔径分布曲线。
基于前述方法所述实施例的描述，本说明书所述装置的另一个实施例中，所述获得模块120，可以包括：
选取单元1200，可以用于选取待测页岩样品；
预处理单元1202，可以用于对所述待测页岩样品进行预处理，获得预处理样品，所述预处理包括脱水脱气处理；
实验单元1204，可以用于对所述预处理样品进行氮气的吸附/脱附实验，获得所述待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线。
基于前述方法所述实施例的描述，本说明书所述装置的另一个实施例中，所述建立模块122，可以包括：
获得单元1220，可以用于根据分子势能模型，获得体相流体表面张力；
建立单元1222，可以用于基于弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息以及所述体相流体表面张力，建立纳米孔液氮表面张力计算模型。
基于前述方法所述实施例的描述，本说明书所述装置的另一个实施例中，所述获得单元1220，可以包括：
差异信息获得单元，可以用于根据分子势能模型，获得表面层分子能量与体相分子能量间的差异信息；
体相流体表面张力获得单元，可以用于根据表面层分子能量与表面张力之间的关系以及差异信息，按照下述公式获得体相流体表面张力：
其中，γb表示体相流体的表面张力，T表示某一温度，Tcb表示体相流体的临界温度，Nl表示液相分子数密度，Nv表示气相分子数密度，εi和σi分别表示分子势能模型中的参数。
基于前述方法所述实施例的描述，本说明书所述装置的另一个实施例中，所述建立单元1222，可以包括：
根据下述公式建立纳米孔液氮表面张力计算模型：
γc＝α·β·γb
其中，γc表示纳米孔隙中流体表面张力，α表示曲率影响系数，β表示临界温度变化影响系数，γb表示体相流体的表面张力，R表示曲率半径，Tc表示临界温度，T表示某一温度，Tcb表示体相流体的临界温度，Nlc表示纳米孔隙中液相氮分子数密度，Nvc表示纳米孔隙中气相氮分子数密度，Nl表示液相分子数密度，Nv表示气相分子数密度，σi表示分子势能模型中的参数。
基于前述方法所述实施例的描述，本说明书所述装置的另一个实施例中，所述临界凝聚孔径获得模块124，可以包括：
修正单元1240，可以用于根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得修正的Kelvin方程如下：
其中，χ表示相对压力，α表示曲率影响系数，β表示临界温度变化影响系数，γb表示体相液氮流体的表面张力，VL表示液氮的摩尔体积，Rc表示气体常数，Tm表示氮气吸附温度，Rk表示临界凝聚孔径；
计算单元1242，可以用于基于所述修正的Kelvin方程，计算不同相对压力下对应的临界凝聚孔径。
基于前述方法所述实施例的描述，本说明书所述装置的另一个实施例中，所述基于所述修正的Kelvin方程，计算不同相对压力下对应的临界凝聚孔径后，还可以包括：
吸附层厚度获得单元，可以用于根据下述公式获得吸附层厚度：
Hk＝0.354[-5/ln(χ)]1/3
其中，Hk表示吸附层液膜厚度；
实际尺寸获得单元，可以用于基于所述吸附层厚度和所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，按照下述公式获得不同相对压力下开始产生凝聚现象的孔的实际尺寸：
Rp＝Rk+Hk
其中，Rp表示孔的实际尺寸。
基于前述方法所述实施例的描述，本说明书所述装置的另一个实施例中，所述确定模块126，可以包括：
排序单元1260，可以用于将所述氮气吸附/脱附曲线上的数据点按照预设规则进行排序；
确定单元1262，可以用于基于排序后的数据点以及不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
基于前述方法所述实施例的描述，本说明书所述装置的另一个实施例中，所述确定单元1262，可以包括：
根据下述孔径分布计算基本方程确定所述待测页岩样品的孔径分布：
其中，Rk(i-1)和Rk(i)分别对应相对压力为χ(i-1)和χ(i)时的临界凝聚有效孔径，
表示这一孔区的平均凝聚有效半径，Hk(i-1)和Hk(i)分别为相对压力为χ(i-1)和χ(i)时的吸附层厚度，Rp(i-1)和Rp(i)分别对应相对压力为χ(i-1)和χ(i)的实际孔径，
对应这一孔区的平均实际孔隙半径，ΔVk(i)表示液氮的体积，ΔVp(i)表示孔径从Rp(i-1)变化到Rp(i)所对应的孔隙体积，ΔSp(i)表示对应孔隙的表面积，
表示孔隙尺度大于Rk(i-1)的孔中由液膜厚度为Hk(i-1)降低至Hk(i)引起的氮气体积，i表示将氮气吸附/脱附曲线上的数据点进行排序后的序列号，j表示排序点的序列号。
本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的装置，通过考虑孔隙尺度对流体热力学性质和界面特征的影响，建立能够准确计算纳米孔中液氮表面张力的模型，然后基于此模型对Kelvin方程进行修正，计算不同相对压力下对应的临界凝聚有效半径，再结合液氮等温吸附曲线，得到页岩的孔径分布特征，相比将表面张力视做恒定值的做法，更加准确且符合实际，从而有利于科学合理的评价实际页岩的孔隙分布特征。
需要说明的，上述所述的装置根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
本说明书还提供一种确定页岩孔径分布的设备的实施例，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括以下步骤：
基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；
基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；
根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；
根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
需要说明的，上述所述的设备根据方法或装置实施例的描述还可以包括其他的实施方式，如确定相邻井的井距信息、根据储量劈分的井距信息和产量劈分的井距信息确定井距等的实现方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
本说明书还提供一种确定页岩孔径分布的系统的实施例，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意一个或者多个实施例中所述方法的步骤，例如包括：基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。所述的系统可以为单独的服务器，也可以包括使用了本说明书的一个或多个所述方法或一个或多个实施例装置的服务器集群、系统(包括分布式系统)、软件(应用)、实际操作装置、逻辑门电路装置、量子计算机等并结合必要的实施硬件的终端装置。
本说明书所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端、服务器或者类似的运算装置中执行。以运行在服务器上为例，图9是本说明书提供的一种确定页岩孔径分布的服务器的一个实施例的硬件结构框图，该服务器可以是上述实施例中的确定页岩孔径分布的装置或确定页岩孔径分布的系统。如图9所示，服务器10可以包括一个或多个(图中仅示出一个)处理器100(处理器100可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器200、以及用于通信功能的传输模块300。本领域普通技术人员可以理解，图9所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，服务器10还可包括比图9中所示更多或者更少的组件，例如还可以包括其他的处理硬件，如数据库或多级缓存、GPU，或者具有与图9所示不同的配置。
存储器200可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本说明书实施例中的确定页岩孔径分布的方法对应的程序指令/模块，处理器100通过运行存储在存储器200内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器200可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器200可进一步包括相对于处理器100远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输模块300用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输模块300包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输模块300可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书提供的上述实施例所述的方法或装置可以通过计算机程序实现业务逻辑并记录在存储介质上，所述的存储介质可以计算机读取并执行，实现本说明书实施例所描述方案的效果。
所述存储介质可以包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。所述存储介质有可以包括：利用电能方式存储信息的装置如，各式存储器，如RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的装置如，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的装置如，CD或DVD。当然，还有其他方式的可读存储介质，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
本说明书提供的上述确定页岩孔径分布的方法或装置实施例可以在计算机中由处理器执行相应的程序指令来实现，如使用windows操作系统的c++语言在PC端实现、linux系统实现，或其他例如使用android、iOS系统程序设计语言在智能终端实现，以及基于量子计算机的处理逻辑实现等。
需要说明的是说明书上述所述的装置、计算机存储介质、系统根据相关方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照对应方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书实施例并不局限于必须是符合行业通信标准、标准计算机数据处理和数据存储规则或本说明书一个或多个实施例所描述的情况。某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、存储、判断、处理方式等获取的实施例，仍然可以属于本说明书实施例的可选实施方案范围之内。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元中的部分具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
虽然本说明书一个或多个实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个时可以把部分模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储、石墨烯存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。
Claims (22)
1.一种确定页岩孔径分布的方法，其特征在于，包括：
基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；
基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；
根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；
根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述待测页岩样品的孔径分布信息绘制孔径分布曲线。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线，包括：
选取待测页岩样品；
对所述待测页岩样品进行预处理，获得预处理样品，所述预处理包括脱水脱气处理；
对所述预处理样品进行氮气的吸附/脱附实验，获得所述待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型，包括：
根据分子势能模型，获得体相流体表面张力；
基于弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息以及所述体相流体表面张力，建立纳米孔液氮表面张力计算模型。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据分子势能模型，获得体相流体表面张力，包括：
根据分子势能模型，获得表面层分子能量与体相分子能量间的差异信息；
根据表面层分子能量与表面张力之间的关系以及差异信息，按照下述公式获得体相流体表面张力：
其中，γb表示体相流体的表面张力，T表示某一温度，Tcb表示体相流体的临界温度，Nl表示液相分子数密度，Nv表示气相分子数密度，εi和σi分别表示分子势能模型中的参数。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息以及所述体相流体表面张力，建立纳米孔液氮表面张力计算模型，包括：
根据下述公式建立纳米孔液氮表面张力计算模型：
γc＝α·β·γb
其中，γc表示纳米孔隙中流体表面张力，α表示曲率影响系数，β表示临界温度变化影响系数，γb表示体相流体的表面张力，R表示曲率半径，Tc表示临界温度，T表示某一温度，Tcb表示体相流体的临界温度，Nlc表示纳米孔隙中液相氮分子数密度，Nvc表示纳米孔隙中气相氮分子数密度，Nl表示液相分子数密度，Nv表示气相分子数密度，σi表示分子势能模型中的参数。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，包括：
根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得修正的Kelvin方程如下：
其中，χ表示相对压力，α表示曲率影响系数，β表示临界温度变化影响系数，γb表示体相液氮流体的表面张力，VL表示液氮的摩尔体积，Rc表示气体常数，Tm表示氮气吸附温度，Rk表示临界凝聚孔径；
基于所述修正的Kelvin方程，计算不同相对压力下对应的临界凝聚孔径。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于所述修正的Kelvin方程，计算不同相对压力下对应的临界凝聚孔径后，还包括：
根据下述公式获得吸附层厚度：
Hk＝0.354[-5/ln(χ)]1/3
其中，Hk表示吸附层液膜厚度；
基于所述吸附层厚度和所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，按照下述公式获得不同相对压力下开始产生凝聚现象的孔的实际尺寸：
Rp＝Rk+Hk
其中，Rp表示孔的实际尺寸。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息，包括：
将所述氮气吸附/脱附曲线上的数据点按照预设规则进行排序；
基于排序后的数据点以及不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于排序后的数据点以及不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息，包括：
根据下述孔径分布计算基本方程确定所述待测页岩样品的孔径分布：
其中，Rk(i-1)和Rk(i)分别对应相对压力为χ(i-1)和χ(i)时的临界凝聚有效孔径，
表示这一孔区的平均凝聚有效半径，Hk(i-1)和Hk(i)分别为相对压力为χ(i-1)和χ(i)时的吸附层厚度，Rp(i-1)和Rp(i)分别对应相对压力为χ(i-1)和χ(i)的实际孔径，
对应这一孔区的平均实际孔隙半径，ΔVk(i)表示液氮的体积，ΔVp(i)表示孔径从Rp(i-1)变化到Rp(i)所对应的孔隙体积，ΔSp(i)表示对应孔隙的表面积，
表示孔隙尺度大于Rk(i-1)的孔中由液膜厚度为Hk(i-1)降低至Hk(i)引起的氮气体积，i表示将氮气吸附/脱附曲线上的数据点进行排序后的序列号，j表示排序点的序列号。
11.一种确定页岩孔径分布的装置，其特征在于，包括：
获得模块，用于基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；
建立模块，用于基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；
临界凝聚孔径获得模块，用于根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；
确定模块，用于根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：
绘制模块，用于根据所述待测页岩样品的孔径分布信息绘制孔径分布曲线。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述获得模块，包括：
选取单元，用于选取待测页岩样品；
预处理单元，用于对所述待测页岩样品进行预处理，获得预处理样品，所述预处理包括脱水脱气处理；
实验单元，用于对所述预处理样品进行氮气的吸附/脱附实验，获得所述待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述建立模块，包括：
获得单元，用于根据分子势能模型，获得体相流体表面张力；
建立单元，用于基于弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息以及所述体相流体表面张力，建立纳米孔液氮表面张力计算模型。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述获得单元，包括：
差异信息获得单元，用于根据分子势能模型，获得表面层分子能量与体相分子能量间的差异信息；
体相流体表面张力获得单元，用于根据表面层分子能量与表面张力之间的关系以及差异信息，按照下述公式获得体相流体表面张力：
其中，γb表示体相流体的表面张力，T表示某一温度，Tcb表示体相流体的临界温度，Nl表示液相分子数密度，Nv表示气相分子数密度，εi和σi分别表示分子势能模型中的参数。
16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述建立单元，包括：
根据下述公式建立纳米孔液氮表面张力计算模型：
γc＝α·β·γb
其中，γc表示纳米孔隙中流体表面张力，α表示曲率影响系数，β表示临界温度变化影响系数，γb表示体相流体的表面张力，R表示曲率半径，Tc表示临界温度，T表示某一温度，Tcb表示体相流体的临界温度，Nlc表示纳米孔隙中液相氮分子数密度，Nvc表示纳米孔隙中气相氮分子数密度，Nl表示液相分子数密度，Nv表示气相分子数密度，σi表示分子势能模型中的参数。
17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述临界凝聚孔径获得模块，包括：
修正单元，用于根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得修正的Kelvin方程如下：
其中，χ表示相对压力，α表示曲率影响系数，β表示临界温度变化影响系数，γb表示体相液氮流体的表面张力，VL表示液氮的摩尔体积，Rc表示气体常数，Tm表示氮气吸附温度，Rk表示临界凝聚孔径；
计算单元，用于基于所述修正的Kelvin方程，计算不同相对压力下对应的临界凝聚孔径。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述基于所述修正的Kelvin方程，计算不同相对压力下对应的临界凝聚孔径后，还包括：
吸附层厚度获得单元，用于根据下述公式获得吸附层厚度：
Hk＝0.354[-5/ln(χ)]1/3
其中，Hk表示吸附层液膜厚度；
实际尺寸获得单元，用于基于所述吸附层厚度和所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，按照下述公式获得不同相对压力下开始产生凝聚现象的孔的实际尺寸：
Rp＝Rk+Hk
其中，Rp表示孔的实际尺寸。
19.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述确定模块，包括：
排序单元，用于将所述氮气吸附/脱附曲线上的数据点按照预设规则进行排序；
确定单元，用于基于排序后的数据点以及不同相对压力下对应的临界凝聚孔径，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述确定单元，包括：
根据下述孔径分布计算基本方程确定所述待测页岩样品的孔径分布：
其中，Rk(i-1)和Rk(i)分别对应相对压力为χ(i-1)和χ(i)时的临界凝聚有效孔径，
表示这一孔区的平均凝聚有效半径，Hk(i-1)和Hk(i)分别为相对压力为χ(i-1)和χ(i)时的吸附层厚度，Rp(i-1)和Rp(i)分别对应相对压力为χ(i-1)和χ(i)的实际孔径，
对应这一孔区的平均实际孔隙半径，ΔVk(i)表示液氮的体积，ΔVp(i)表示孔径从Rp(i-1)变化到Rp(i)所对应的孔隙体积，ΔSp(i)表示对应孔隙的表面积，
表示孔隙尺度大于Rk(i-1)的孔中由液膜厚度为Hk(i-1)降低至Hk(i)引起的氮气体积，i表示将氮气吸附/脱附曲线上的数据点进行排序后的序列号，j表示排序点的序列号。
21.一种确定页岩孔径分布的设备，其特征在于，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括以下步骤：
基于液氮等温吸附实验，获得待测页岩样品的氮气吸附/脱附曲线；
基于纳米孔隙中流体临界温度变化信息以及弯液面曲率对纳米孔表面张力的影响信息，建立纳米孔液氮表面张力计算模型；
根据所述纳米孔液氮表面张力计算模型对Kelvin方程进行修正，获得不同相对压力下对应的临界凝聚孔径；
根据所述不同相对压力下对应的临界凝聚孔径和所述氮气吸附/脱附曲线，确定所述待测页岩样品的孔径分布信息。
22.一种确定页岩孔径分布的系统，其特征在于，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1-10中任意一项所述方法的步骤。
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