CN111398116B - 一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非常规油气实验技术领域，尤其涉及一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，该方法通过在页岩样品上选择预留进汞面，通过对页岩样品进行压汞试验，使得汞从页岩样品的预留进汞面(即特定方向)进入页岩样品内，并获取页岩样品不同孔喉直径对应的进汞量，以计算得到不同孔喉直径对应的渗透率，经过不同方向的压汞分析测得的渗透率，其差异性即可表征页岩的各向异性。本发明所述方法提供了一种全新、经济性简便性强和有效性的表征页岩各项异性的实验测试手段，为页岩纹层发育与各向异性的关系的研究、页岩储层品质评价和提高采收率工作提供了新的思路与研究手段，且还具有表征结果精准等优点。
Description
技术领域
本发明涉及非常规油气实验技术领域，尤其涉及一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法。
背景技术
在过去的数十年里，页岩气已成为全球能源的重要组成部分。湖相页岩具有沉积相变化频繁、岩性变化大的特点，其中纹层发育较好。纹层作为页岩最富特色的沉积构造广泛发育于页岩层系中，且其对页岩储层非均质性，尤其是各向异性的影响显著。对于纹层形成机理及纹层发育和页岩各向异性关系的研究，现已成为开展页岩储层品质评价和未来提高采收率工作的重要突破口。但目前尚缺乏兼顾经济简便性和有效性的表征页岩各项异性的实验测试手段。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法。
一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，主要包括以下几个步骤：
S1、选取待测页岩样品和标准石英块样品，从所述页岩样品中制取N组平行样品后，分别对N组所述平行样品和所述标准石英块样品进行预处理,，其中，N为大于1的自然数；
S2、确定每组所述平行样品的汞侵入方向，并进行标记，以得到每组所述平行样品的预留进汞面；
S3、避开每组所述平行样品的预留进汞面，分别对N组所述平行样品和所述标准石英块样品进行包裹处理；
S4、包裹处理后，分别对N组所述平行样品和所述标准石英块样品进行高压压汞实验，以得到每组样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线；
S5、采用所述标准石英块样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线分别对经过包裹处理后的所述平行样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线进行修正，以得到每组所述平行样品修正后的“孔喉直径-总进汞量”曲线；
S6、根据修正后的“孔喉直径-总进汞量”曲线，计算每组所述平行样品某一孔径大小范围的渗透率，通过对比每组所述平行样品在同一孔径范围内的渗透率大小，即可得到每组所述平行样品的各向异性特征。
进一步地，S1中所述预处理为烘干处理，且烘干温度为60℃，烘干时间为48h。
进一步地，所述S1中的N组所述平行样品为沿所述页岩样品的相邻位置进行切取。
进一步地，S2中所述汞侵入方向包括平行层理侵入方向、垂直层理侵入方向和三向侵入方向。
进一步地，S3中采用环氧树脂对每组所述平行样品表面除预留进汞面外的部分，以及标准石英块样品进行包裹处理，且包裹处理后，分别将三组平行样品和标准石英块样品进行烘干处理，直至每组样品表面的环氧树脂充分硬化。
进一步地，所述烘干处理的烘干温度为60℃，烘干时间为24h。
进一步地，S4中高压压汞实验的压力条件为5-60000psi。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，基于现有高压压汞技术，提供了一种全新、经济性简便性强和有效性的表征页岩各项异性的实验测试手段，为页岩纹层发育与各向异性的关系的研究、页岩储层品质评价和提高采收率工作提供了新的思路与研究手段，且还具有表征结果精准等优点。
附图说明
图1是本发明所述一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法的流程图；
图2是沿平行层理侵入方向汞流体侵入的原理图；
图3是沿垂直层理侵入方向汞流体侵入的原理图；
图4是三组平行样品未修正前的“孔喉直径-总进汞量”曲线；
图5是三组平行样品修正后的“孔喉直径-总进汞量”曲线；
图6是三组平行样品的“孔喉直径-孔体积”分布统计表。
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。
本发明采用特定方向压汞法来表征页岩各向异性的原理是：页岩各向异性指的是同一页岩沿不同方向测得的物理参数比如渗透率、弹性模量等存在不同，基于此，在页岩样品上选择预留进汞面，通过对页岩样品进行压汞试验，使得汞从页岩样品的预留进汞面(即特定方向)进入页岩样品内，并获取页岩样品不同孔喉直径对应的总进汞量，以计算得到不同孔喉直径对应的渗透率，经过比较不同方向压汞分析测得的渗透率的差异性，其差异性即可表征页岩的各向异性。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种利用特定方向压汞法来表征页岩各向异性的方法，其主要包括以下步骤：
S1、选取待测页岩样品，从所述页岩样品中切取3组平行样品，再选取与3组平行样品规格一致的标准石英块样品，并对3组平行样品和标准石英块样品做烘干处理后，分别测得每组平行样品和标准石英块样品的第一次干燥质量m；
其中，本方法中的3组平行样品需取自同一页岩样品的相邻位置，以达到减弱页岩的孔隙不均匀性影响试验结果的目的。在本方法中，每组平行样品切取的规格为1cm3标准立方块，对应的，标准石英块的规格也为1cm3标准立方块，在此，需要说明的是，由于石英块是晶格结构，且没有孔隙，在后续的压汞试验中，汞无法进入石英块内，因此，本方法选用标准石英块作为空白处理组。上述烘干处理的条件为在温度为60℃条件下烘干48h。
S2、确定每组平行样品的汞侵入方向，并进行标记后，以得到每组平行样品的预留进汞面；在本发明中，设置“平行层理侵入”、“垂直层理侵入”和“三向侵入”三种侵入方向，其中，“平行层理侵入”方向是指平行纹层方向，“垂直层理侵入”方向是指垂直纹层方向，平行纹层方向和垂直纹层方向是页岩各向异性最显著、最具代表性的方向，而“三向侵入”则是指汞的侵入方向为三向侵入方向，而为了方便描述，将标记“平行层理侵入”方向的平行样品标记为A组，将标记“垂直层理侵入”方向的平行样品标记为B组，将标记“三向侵入”方向的平行样品标记为C组。在本实施例中，采用胶布进行标记，并将预留进汞面封住。
S3、避开每组平行样品的预留进汞面，采用环氧树脂分别对三组平行样品和标准石英块样品进行包裹处理后，分别将三组平行样品和标准石英块样品进行烘干处理，直至每组样品表面的环氧树脂充分硬化；其中，三组平行样品和标准石英块样品包裹处理的方式为：将A组平行样品、B组平行样品的表面除预留进汞面之外的部分进行包裹，对所述标准石英块样品进行完全包裹，C组平行样品不包裹，且在每组平行样品的表面包覆环氧树脂时，应注意包覆的均匀性、封闭性和一次性，即包覆环氧树脂应厚度均匀、完全封闭且一次成型，不应二次包覆，尤应注意棱角处易留空的问题。对每组样品进行包裹处理后，再放入烘箱中进行环氧树脂硬化处理，硬化处理的条件为在温度为60℃条件下烘干24h。
S4、烘干完毕后，取出样品，测得每组平行样品和标准石英块样品的第二次干燥质量m′，再分别对三组平行样品和标准石英块样品进行高压压汞实验，以得到每组样品中不同孔喉直径对应的总进汞量，以及“孔喉直径-总进汞量”曲线；
由于A组平行样品、B组平行样品和标准石英块样品的表面除预留进汞面之外的部分均被环氧树脂包裹，在压汞实验中，可保证汞沿着预留进汞面的特定方向入侵。烘干处理完毕后，需先将每组平行样品上的胶布去除，再称取每组平行样品的质量；本实验采用高压压汞仪(Autopore Ⅳ 9500,Micromeritics)进行压汞分析，且每组样品的实验条件和实验参数均形同，实验条件的压力起始点为5psi，最大压力点为60000psi(400Mpa)。此外，第二次烘干处理后，获取每组样品的孔隙度。本实验所得三组平行样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线如图4所示。
S5、采用标准石英块样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线分别对A组和B组平行样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线进行修正，以得到A组和B组平行样品修正后的“孔喉直径-总进汞量”曲线；考虑到环氧树脂本身的气泡、微孔等会对实验结果造成误差的因素，而标准石英块样品不具有孔隙，因此，本发明设置标准石英块包裹环氧树脂的空白对照组，并采用空白对照组的“孔喉直径-总进汞量”曲线分别对A组和B组平行样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线进行修正，以得到三组平行样品修正后的“孔喉直径-总进汞量”曲线，其结果如图5所示。而由于C组的平行样品没有进行包裹处理，因此不需要对其“孔喉直径-总进汞量”曲线进行修正。同时，分别获取三组平行样品的“孔喉直径-孔体积”分布统计表，其结果如图6所示。
S6、根据修正后的“孔喉直径-总进汞量”曲线，采用卡兹-汤普森公式计算每组平行样品某一孔径大小范围的渗透率，通过对比每组平行样品在同一孔径范围内的渗透率大小，即可得到每组平行样品的各向异性特征。
S7、结果验证，当
时，则表明本发明利用特定方向压汞法来表征页岩各向异性的实验结果精度高，否则表明本发明利用特定方向压汞法来表征页岩各向异性的实验结果精度低。此外，采用上述公式还可判断每组样品包覆环氧树脂是否成功，即当环氧树脂占总质量的百分质量小于5％，则认为环氧树脂带来的误差可予以修正，否则认为包覆环氧树脂预处理失败。
以A组为例，在S1中，测得其的第一次干燥质量m＝3.1046，在S4中，测得其的第二次干燥质量m′＝2.97937，分别代入式中
由此可知，采用本发明所述方法来表征页岩各向异性的实验结果精度高，且包覆环氧树脂预处理成功。
统计每组样品的第一次干燥质量和第二次干燥质量，以及采用标准石英块样品的孔隙度分别对三组平行样品的孔隙度进行修正后，得到三组平行样品修正后的孔隙度，其结果如表1所示。
表1
通过本发明所述方法测得每组平行样品某一孔径大小范围的渗透率值如表2所示。
表2
由表2可知，当孔喉直径为10-18nm时，A组的渗透率约为B组渗透率的1.34倍；
当孔喉直径为18-30nm时，A组的渗透率约为B组渗透率的1.89倍；
当孔喉直径为30-60nm时，A组的渗透率约为B组渗透率的2.24倍；
其中，渗透率在平行纹层方向侵入和垂直纹层方向侵入上的差异性标致着页岩的各向异性。
此外，从图6可知，孔喉直径在0.05-50μm间的孔隙，平行层理侵入方向的总进汞量高于垂直层理侵入方向的总进汞量，这表明纹层层间存在微裂缝，且微裂缝直径范围是0.05-50μm；而孔喉直径在0.0028-0.05μm间的孔隙，垂直层理侵入总进汞量高于平行层理侵入，表明页岩基质本身孔喉直径范围是0.0028-0.05μm。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
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。
以上所述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 (7)
1.一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，其特征在于，主要包括以下几个步骤：
S1、选取待测页岩样品和标准石英块样品，从所述页岩样品中制取N组平行样品后，分别对N组所述平行样品和所述标准石英块样品进行预处理，其中，N为大于1的自然数；
S2、确定每组所述平行样品的汞侵入方向，并进行标记，以得到每组所述平行样品的预留进汞面；
S3、避开每组所述平行样品的预留进汞面，分别对N组所述平行样品和所述标准石英块样品进行包裹处理；
S4、包裹处理后，分别对N组所述平行样品和所述标准石英块样品进行高压压汞实验，以得到每组样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线；
S5、采用所述标准石英块样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线分别对经过包裹处理后的所述平行样品的“孔喉直径-总进汞量”曲线进行修正，以得到每组所述平行样品修正后的“孔喉直径-总进汞量”曲线；
S6、根据修正后的“孔喉直径-总进汞量”曲线，计算每组所述平行样品某一孔径大小范围的渗透率，通过对比每组所述平行样品在同一孔径范围内的渗透率大小，即可得到每组所述平行样品的各向异性特征。
2.根据权利要求1所述的一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，其特征在于，S1中所述预处理为烘干处理，且烘干温度为60℃，烘干时间为48h。
3.根据权利要求1所述的一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，其特征在于，所述S1中的N组所述平行样品为沿所述页岩样品的相邻位置进行切取。
4.根据权利要求1所述的一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，其特征在于，S2中所述汞侵入方向包括平行层理侵入方向、垂直层理侵入方向和三向侵入方向。
5.根据权利要求1所述的一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，其特征在于，S3中采用环氧树脂对每组所述平行样品表面除预留进汞面外的部分，以及标准石英块样品进行包裹处理，且包裹处理后，分别将三组平行样品和标准石英块样品进行烘干处理，直至每组样品表面的环氧树脂充分硬化。
6.根据权利要求5所述的一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，其特征在于，所述烘干处理的烘干温度为60℃，烘干时间为24h。
7.根据权利要求1所述的一种利用特定方向压汞法表征页岩各向异性的方法，其特征在于，S4中高压压汞实验的压力条件为5-60000psi。
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