CN111948092A - 一种页岩储层含气量测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩储层含气量测试装置及方法，页岩储层含气量测试装置包括岩心筒、定容缸、第一连接管、气瓶、增压泵、第二连接管、真空泵、第三连接管以及温度调节机构；页岩储层含气量测试及方法包括如下步骤：烘干岩心样品；将预设体积的水加入到所述岩心样品中；抽真空处理；在定容缸内充入甲烷气体；使定容缸内的气体进入岩心筒中并被岩心样品吸附。本发明提出的技术方案的有益效果是：通过将岩心样品的含水饱和度、温度、压力恢复到地层状态下的条件，再通过岩心样品吸附甲烷气体，通过岩心样品吸附的甲烷气体总量获得页岩储层的含气量。相对于现有的现场解吸法及室内等温吸附实验法，本发明提供的页岩储层含气量测试方法准确性更高。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气勘探开发技术领域，尤其是涉及一种页岩储层含气量测试装置及方法。
背景技术
页岩储层含气量的确定对页岩气的勘探开发具有十分重要的作用。目前国内外针对页岩储层含气量的测试方法主要包括现场解吸法及室内等温吸附法。现场解吸法存在损失气量及残余气量难以准确计量的问题，室内等温吸附法基于Langmuir方程推算含气量，Langmuir方程是基于单层吸附假设条件得到的，而页岩气吸附状态不完全符合单层吸附，因此以上实验方法都不能准确地测定页岩储层的含气量。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种克服现有的页岩储层含气量的测试方法准确性不高的缺陷，可更准确地获得页岩储层的含气量的装置及方法。
第一方面，本发明提供了一种页岩储层含气量测试装置，包括：岩心筒、定容缸、第一连接管、气瓶、增压泵、第二连接管、真空泵、第三连接管以及温度调节机构，
所述岩心筒具有一密闭的岩心腔；
所述定容缸具有一密闭的定容腔；
所述第一连接管的第一端与所述岩心腔连通，所述第一连接管的第二端与所述定容腔连通，所述第一连接管上依次设置有第一压力传感器、第一气阀及第二压力传感器，所述第一压力传感器用于检测所述定容腔内的气体压力，所述第二压力传感器用于检测所述岩心腔内的气体压力；
所述气瓶具有一密闭的储气腔；
所述增压泵的进口与所述储气腔连通；
所述第二连接管的一端与所述增压泵的出口连通，所述第二连接管的另一端与所述第一连接管的第三端连通，所述第二连接管上设置有第二气阀；
所述第三连接管的一端与所述真空泵的出口连通，所述第三连接管的另一端与所述岩心腔连通，所述第三连接管上设置有第三气阀；
所述温度调节机构用于控制所述岩心腔、所述定容腔及所述第一连接管内物质的温度。
第二方面，本发明还提供了一种页岩储层含气量测试方法，使用本发明提供的页岩储层含气量测试装置，且包括如下步骤：
S1、获取对页岩储层采样后得到的岩心样品，在预设温度下烘干所述岩心样品；
S2、将预设体积的水加入到所述岩心样品中以使所述岩心样品的含水饱和度达到所述页岩储层在地层状态的含水饱和度；
S3、将所述岩心样品装入所述岩心筒内，通过所述温度调节机构使所述岩心筒、所述定容缸及所述第一连接管的温度保持在所述页岩储层在地层状态的温度；
S4、关闭所述第二气阀，开启所述第一气阀、所述第三气阀及所述真空泵，以通过所述真空泵对所述岩心腔、所述定容腔及所述第一连接管进行抽真空处理；
S5、关闭所述第一气阀、所述第三气阀及所述真空泵，开启所述第二气阀及所述增压泵，以将所述气瓶内的甲烷气体通入所述定容缸内，并使所述定容缸内的甲烷气体的压力达到所述页岩储层在地层状态的压力，通过所述第一压力传感器检测所述定容缸内的甲烷气体压力P定容缸；
S6、关闭所述第二气阀及所述增压泵，开启所述第一气阀，以使所述定容缸内的甲烷气体进入所述岩心筒中并被所述岩心筒内的岩心样品吸附，通过所述第一压力传感器或所述第二压力传感器持续获取所述第一连接管内的气体压力，直到所述第一连接管内的气体压力保持恒定，获取所述第一连接管内气体压力保持恒定后的气体压力P系统，再通过所述第一连接管内的气体压力保持恒定时的气体压力值，得到所述岩心样品的进气量；
S7、通过所述岩心样品的进气量得到所述页岩储层的含气量。
与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：通过将岩心样品的含水饱和度、温度、压力恢复到地层状态下的条件，再通过岩心样品吸附甲烷气体，通过岩心样品吸附的甲烷气体总量获得页岩储层的含气量。相对于现有的现场解吸法及室内等温吸附实验法，本发明提供的页岩储层含气量测试方法准确性更高。
附图说明
图1是本发明提供的页岩储层含气量测试装置的一实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的页岩储层含气量测试方法的流程示意图；
图3是本发明提供的页岩储层含气量测试方法的一实施例中岩心样品的进气量与实验实际的关系图；
图中：1-岩心筒、2-定容缸、3-第一连接管、4-气瓶、5-增压泵、6-第二连接管、7-真空泵、8-第三连接管、9-温度调节机构、10-第一压力传感器、11-第一气阀、12-第二压力传感器、13-第二气阀、14-第三气阀、15-排气管、16-第四气阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1，本发明提供了一种页岩储层含气量测试装置，包括岩心筒1、定容缸2、第一连接管3、气瓶4、增压泵5、第二连接管6、真空泵7、第三连接管8以及温度调节机构9。
请参照图1，所述岩心筒1具有一密闭的岩心腔，所述定容缸2具有一密闭的定容腔，所述第一连接管3的一端与所述岩心腔连通，所述第一连接管3的另一端与所述定容腔连通，所述第一连接管3上依次设置有第一压力传感器10、第一气阀11及第二压力传感器12，所述第一压力传感器10用于检测所述定容腔内的气体压力，所述第二压力传感器12用于检测所述岩心腔内的气体压力。
请参照图1，所述气瓶4具有一密闭的储气腔，气瓶4内用于装入甲烷气体。所述增压泵5的进口与所述储气腔连通。所述第二连接管6的一端与所述增压泵5的出口连通，所述第二连接管6的另一端与所述第一连接管3连通，所述第二连接管6上设置有第二气阀13。
请参照图1，所述第三连接管8的一端与所述真空泵7的出口连通，所述第三连接管8的另一端与所述岩心腔连通，所述第三连接管8上设置有第三气阀14。
请参照图1，所述温度调节机构9用于控制所述岩心腔、所述定容腔及所述第一连接管3内物质的温度。
优选地，请参照图1，所述温度调节机构9为恒温油浴锅，所述恒温油浴锅具有一加热腔，所述岩心筒1、所述定容缸2及所述第一连接管3均位于所述加热腔内。
优选地，请参照图1，本发明提供的页岩储层含气量测试装置还包括排气管15，所述排气管15与所述第一连接管3连通，所述排气管15上设置有第四气阀16。在实验时，第四气阀16处于关闭状态，当实验结束后，开启第四气阀16，从而排出系统管路内的气体。
请参照图2，本发明还提供了一种通过本发明提供的页岩储层含气量测试装置获取页岩储层含气量测试方法，其包括如下步骤：
S1、获取对页岩储层采样后得到的岩心样品，在预设温度下烘干所述岩心样品；具体地，所述岩心样品是通过钻井取心或井壁取心方法获得的；优选地，所述预设温度为60℃。在具体操作时，选择一定尺寸的岩心样品放入烘箱中，烘箱温度设置为60℃，烘干时间为48小时。将岩心样品烘干后，测定岩心样品的孔隙度和体积。
S2、将预设体积的水加入到所述岩心样品中以使所述岩心样品的含水饱和度达到所述页岩储层在地层状态的含水饱和度；具体地，加入到所述岩心样品内的水的体积是根据所述岩心样品的孔隙度、所述岩心样品的体积及所述页岩储层在地层状态的含水饱和度获取的。页岩储层在地层状态的含水饱和度可通过测井资料获得，此为现有技术，对此不再赘述。按照计算得到的水量，采用360°缓慢喷雾的方式对岩心样品喷水。
S3、将所述岩心样品装入所述岩心筒内，通过所述温度调节机构使所述岩心筒、所述定容缸及所述第一连接管的温度保持在所述页岩储层在地层状态的温度；页岩储层在地层状态的温度可通过在井眼内下入温度传感器测得。将所述岩心样品装入所述岩心筒内后，使岩心样品静置1小时，以使岩心样品表面的水完全被岩心样品吸收。
S4、关闭所述第二气阀，开启所述第一气阀、所述第三气阀及所述真空泵，以通过所述真空泵对所述岩心腔、所述定容腔及所述第一连接管进行抽真空处理。
S5、关闭所述第一气阀、所述第三气阀及所述真空泵，开启所述第二气阀及所述增压泵，以将所述气瓶内的甲烷气体通入所述定容缸内，并使所述定容缸内的甲烷气体的压力达到所述页岩储层在地层状态的压力，通过所述第一压力传感器检测所述定容缸内的甲烷气体压力P定容缸，页岩储层在地层状态的压力可通过在井眼内下入压力传感器测得。
S6、关闭所述第二气阀及所述增压泵，开启所述第一气阀，以使所述定容缸内的甲烷气体进入所述岩心筒中并被所述岩心筒内的岩心样品吸附，通过所述第一压力传感器或所述第二压力传感器持续获取所述第一连接管内的气体压力，直到所述第一连接管内的气体压力保持恒定，获取所述第一连接管内气体压力保持恒定后的气体压力P系统，再通过所述第一连接管内的气体压力保持恒定时的气体压力值，得到所述岩心样品的进气量。
所述岩心样品的进气量为：
V气体＝V1-V岩心筒-V定容缸+V岩心，
其中，V气体为岩心样品的进气量，V1为步骤S6中第一连接管内气体压力保持恒定后甲烷气体体积，V岩心筒为岩心筒的体积，V定容缸为定容缸的体积，V岩心为岩心样品的体积，P定容缸为步骤S5中定容缸内的甲烷气体压力，P系统为步骤S6中第一连接管内气体压力保持恒定后的气体压力，Z1为甲烷气体在P定容缸下的压缩系数，Z2为甲烷气体在P系统下的压缩系数。甲烷气体的压缩系数与压力有关，可以通过相关技术手册查询获取。
在实验时，每日绘制岩心样品的进气量随时间变化曲线，直至岩心样品的进气量出现三次平衡特征(请参照图3)后，即可认为岩心样品的进气量不会再增加，即第一连接管内的气体压力将保持恒定，此时终止实验，整个实验周期一般为20-30天。
S7、通过所述岩心样品的进气量得到所述页岩储层的含气量。所述页岩储层的含气量为：
其中，V含气量为页岩储层的含气量，V气体为岩心样品的进气量，V储层为页岩储层的体积，V岩心为岩心样品的体积。页岩储层的体积可通过地震资料获取，此为现有技术，对此不再赘述。
应当理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。
为了方便更好地理解本发明提供的技术方案，下面对步骤S6中，岩心样品的进气量公式进行推导说明：
步骤S5中，定容缸内的甲烷气体的压力达到设定值后，根据气体状态方程可得：
P定容缸V定容缸＝n甲烷Z1RT(1)
步骤S6中，第一连接管内气体压力保持恒定后，根据气体状态方程可得：
P系统V1＝n甲烷Z2RT(2)
综合式(1)和(2)可得：
岩心样品的进气量为：
V气体＝V1-V岩心筒-V定容缸+V岩心(4)
上述式中，V1为步骤S6中第一连接管内气体压力保持恒定后甲烷气体体积，V气体为岩心样品的进气量，V岩心筒为岩心筒的体积，V定容缸为定容缸的体积，V岩心为岩心样品的体积，P定容缸为步骤S5中定容缸内的甲烷气体压力，P系统为步骤S6中第一连接管内气体压力保持恒定后的气体压力，Z1为甲烷气体在P定容缸下的压缩系数，Z2为甲烷气体在P系统下的压缩系数。
综上所述，本发明通过将岩心样品的含水饱和度、温度、压力恢复到地层状态下的条件，再通过岩心样品吸附甲烷气体，通过岩心样品吸附的甲烷气体总量获得页岩储层的含气量。相对于现有的现场解吸法及室内等温吸附实验法，本发明提供的页岩储层含气量测试方法准确性更高。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种页岩储层含气量测试装置，其特征在于，包括：岩心筒、定容缸、第一连接管、气瓶、增压泵、第二连接管、真空泵、第三连接管以及温度调节机构，
所述岩心筒具有一密闭的岩心腔；
所述定容缸具有一密闭的定容腔；
所述第一连接管的第一端与所述岩心腔连通，所述第一连接管的第二端与所述定容腔连通，所述第一连接管上依次设置有第一压力传感器、第一气阀及第二压力传感器，所述第一压力传感器用于检测所述定容腔内的气体压力，所述第二压力传感器用于检测所述岩心腔内的气体压力；
所述气瓶具有一密闭的储气腔；
所述增压泵的进口与所述储气腔连通；
所述第二连接管的一端与所述增压泵的出口连通，所述第二连接管的另一端与所述第一连接管的第三端连通，所述第二连接管上设置有第二气阀；
所述第三连接管的一端与所述真空泵的出口连通，所述第三连接管的另一端与所述岩心腔连通，所述第三连接管上设置有第三气阀；
所述温度调节机构用于控制所述岩心腔、所述定容腔及所述第一连接管内物质的温度。
2.如权利要求1所述的页岩储层含气量测试装置，其特征在于，所述温度调节机构为恒温油浴锅，所述恒温油浴锅具有一加热腔，所述岩心筒、所述定容缸及所述第一连接管均位于所述加热腔内。
3.如权利要求1所述的页岩储层含气量测试装置，其特征在于，还包括排气管，所述排气管与所述第一连接管的第四端连通，所述排气管上设置有第四气阀。
4.一种页岩储层含气量测试方法，其特征在于，适用于如权利要求1-3任意一项所述的页岩储层含气量测试装置，且包括如下步骤：
S1、获取对页岩储层采样后得到的岩心样品，在预设温度下烘干所述岩心样品；
S2、将预设体积的水加入到所述岩心样品中以使所述岩心样品的含水饱和度达到所述页岩储层在地层状态的含水饱和度；
S3、将所述岩心样品装入所述岩心筒内，通过所述温度调节机构使所述岩心筒、所述定容缸及所述第一连接管的温度保持在所述页岩储层在地层状态的温度；
S4、关闭所述第二气阀，开启所述第一气阀、所述第三气阀及所述真空泵，以通过所述真空泵对所述岩心腔、所述定容腔及所述第一连接管进行抽真空处理；
S5、关闭所述第一气阀、所述第三气阀及所述真空泵，开启所述第二气阀及所述增压泵，以将所述气瓶内的甲烷气体通入所述定容缸内，并使所述定容缸内的甲烷气体的压力达到所述页岩储层在地层状态的压力，通过所述第一压力传感器检测所述定容缸内的甲烷气体压力P定容缸；
S6、关闭所述第二气阀及所述增压泵，开启所述第一气阀，以使所述定容缸内的甲烷气体进入所述岩心筒中并被所述岩心筒内的岩心样品吸附，通过所述第一压力传感器或所述第二压力传感器持续获取所述第一连接管内的气体压力，直到所述第一连接管内的气体压力保持恒定，获取所述第一连接管内气体压力保持恒定后的气体压力P系统，再通过所述第一连接管内的气体压力保持恒定时的气体压力值，得到所述岩心样品的进气量；
S7、通过所述岩心样品的进气量得到所述页岩储层的含气量。
5.如权利要求4所述的页岩储层含气量测试方法，其特征在于，所述岩心样品是通过钻井取心或井壁取心方法获得的。
6.如权利要求4所述的页岩储层含气量测试方法，其特征在于，所述预设温度为60℃。
7.如权利要求4所述的页岩储层含气量测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，加入到所述岩心样品内的水的体积是根据所述岩心样品的孔隙度、所述岩心样品的体积及所述页岩储层在地层状态的含水饱和度获取的。
8.如权利要求4所述的页岩储层含气量测试方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述岩心样品的进气量为：
V气体＝V1-V岩心筒-V定容缸+V岩心，
其中，V气体为岩心样品的进气量，V1为步骤S6中第一连接管内气体压力保持恒定后甲烷气体体积，V岩心筒为岩心筒的体积，V定容缸为定容缸的体积，V岩心为岩心样品的体积，P定容缸为步骤S5中定容缸内的甲烷气体压力，P系统为步骤S6中第一连接管内气体压力保持恒定后的气体压力，Z1为甲烷气体在P定容缸下的压缩系数，Z2为甲烷气体在P系统下的压缩系数。
9.如权利要求8所述的页岩储层含气量测试方法，其特征在于，所述步骤S7中，所述页岩储层的含气量为：
其中，V含气量为页岩储层的含气量，V气体为岩心样品的进气量，V储层为页岩储层的体积，V岩心为岩心样品的体积。
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