CN117269452B - 致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法、装置及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法、装置及终端。该方法包括：获取致密砂岩储层样本的物性参数，致密砂岩储层样本为待测致密砂岩储层的样本；基于物性参数，确定致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量；对致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量；根据物性参数、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量；根据最大解吸氦气量和溶解态氦气量，确定致密砂岩储层样本的游离态氦气量；根据游离态氦气量和溶解态氦气量，确定待测致密砂岩储层中的氦气游溶比。本发明能够针对致密砂岩储层的物性参数，确定致密砂岩储层的氦气游溶比，针对性强，适用性良好。
Description
技术领域
本发明涉及天然气勘探技术领域，尤其涉及一种致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法、装置及终端。
背景技术
氦气作为一种具有极高工业价值的不可再生资源，在许多关键领域发挥着不可替代的作用。在实际地层中，氦气主要作为伴生气体与其他类型的天然气共存，致密砂岩气伴生氦气就是其中之一。从相态角度考虑，游离态和溶解态是氦气赋存的主要方式。氦气游溶比为游离态氦气量与溶解态氦气量的比值，是评价非常规天然气含氦结构的一个重要参数，也是影响致密砂岩中氦气运移保存和资源量计算的重要因素。
目前分析储层中氦气游溶比的方法主要包括气测录井分析法、实验室物理模拟实验法、图版分析法、生产资料统计分析法和生产井氦气含量分析法等。然而，这些方法没有考虑到不同相态的氦气在致密砂岩储层中含量的差异性，以及不同相态氦气之间的赋存依赖关系，获取的储层参数也较为单一，无法全面刻画储层含氦性的整体特征，针对性不足，适用性差。
发明内容
本发明实施例提供了一种致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法、装置、终端及存储介质，以解决目前计算储层氦气游溶比时，针对性不足、适用性差的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法，包括：
获取致密砂岩储层样本的物性参数；致密砂岩储层样本为待测致密砂岩储层的样本；
基于物性参数，确定致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量；
对致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量；
根据物性参数、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量；根据最大解吸氦气量和溶解态氦气量，确定致密砂岩储层样本的游离态氦气量；
根据游离态氦气量和溶解态氦气量，确定待测致密砂岩储层中的氦气游溶比。
在一种可能的实现方式中，物性参数包括致密砂岩视密度、致密砂岩骨架真密度、含水饱和度、储层压力、储层温度、储层水盐度和储层水蒸气压力，根据物性参数、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量，包括：
根据致密砂岩视密度和致密砂岩骨架真密度，计算致密砂岩储层样本的孔隙度；
根据孔隙度、含水饱和度和致密砂岩视密度，计算致密砂岩储层样本的孔隙含水量；
根据储层温度和储层水盐度，计算致密砂岩储层样本的氦气本森系数；
根据孔隙含水量、氦气本森系数、储层压力、储层水蒸气压力、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，计算致密砂岩储层样本的溶解态氦气量。
在一种可能的实现方式中，孔隙度的计算公式如下：
其中，表示孔隙度，ρapparent表示致密砂岩视密度，ρtrue表示致密砂岩骨架真密度；
孔隙含水量的计算公式如下：
其中，qw表示孔隙含水量，Sw表示含水饱和度。
在一种可能的实现方式中，溶解态氦气量的计算公式如下：
其中，Qdis-He表示溶解态氦气量，μ表示第一中间参数，ν表示第二中间参数，Qdes-He表示最大解吸氦气量，Qfree-TG表示游离态致密砂岩气量，Vm表示气体摩尔体积，MHe表示氦气的摩尔质量，KHe表示氦气计算常数，βHe表示氦气本森系数，Pres表示储层压力，Pwv表示储层水蒸气压力。
在一种可能的实现方式中，游离态氦气量的计算公式如下：
Qfree-He＝Qdes-He-Qdis-He
其中，Qfree-He表示游离态氦气量，Qdes-He表示最大解吸氦气量。
在一种可能的实现方式中，对致密砂岩样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量，包括：
对致密砂岩样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得多个不同解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量；
对于每个解吸时刻，根据解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量，计算解吸时刻的阶段解吸氦气量，并基于阶段解吸氦气量计算解吸时刻的累计解吸氦气量；
根据多个不同解吸时刻的累计解吸氦气量，确定最大解吸氦气量。
在一种可能的实现方式中，最大解吸氦气量通过如下公式确定：
其中，Qdes-He表示最大解吸氦气量，Qdes-He(t)表示在解吸时刻t的累计解吸氦气量，k1和k2为氦气在致密砂岩储层中的动力学速率常数，n1和n2为阿夫拉米指数，α为无量纲常数。
第二方面，本发明实施例提供了一种致密砂岩储层中氦气游溶比的确定装置，包括：
获取模块，用于获取致密砂岩储层样本的物性参数；致密砂岩储层样本为待测致密砂岩储层的样本；
第一处理模块，用于基于物性参数，确定致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量；
解吸模块，用于对致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量；
第二处理模块，用于根据物性参数、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量；根据最大解吸氦气量和溶解态氦气量，确定致密砂岩储层样本的游离态氦气量；
第三处理模块，用于根据游离态氦气量和溶解态氦气量，确定待测致密砂岩储层中的氦气游溶比。
第三方面，本发明实施例提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法的步骤。
本发明实施例提供一种致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法、装置、终端及存储介质，通过获取致密砂岩储层样本的物性参数，确定致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量，并对致密砂岩样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量，进一步地，根据物性参数、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量，进而得到游离态氦气量；最后，根据游离态氦气量和溶解态氦气量，确定致密砂岩储层中的氦气游溶比。本发明实施例能够获取致密砂岩储层的物性参数，并对致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，分析致密砂岩储层的含氦性，确定溶解态氦气量和游离态氦气量，进而得到致密砂岩储层的氦气游溶比，针对性强，适用性良好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的氦气游溶比的确定方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的计算最大解吸氦气量的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的计算溶解态氦气量的实现流程图；
图4是本发明实施例提供的氦气游溶比的确定装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的终端的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
氦气作为一种具有极高工业价值的不可再生资源，在航空航天、医疗仪器、量子计算以及科学实验等关键行业或领域发挥着不可替代的作用。实际地层中的氦气资源多与天然气相伴生，并且天然气分离氦气是目前氦气生产的主要来源。从氦气的全球储量来看，氦气属于稀缺资源，并且分布极其不均。
在实际地层中，氦气主要作为伴生气体与其他类型天然气共存，致密砂岩气伴生氦气就是其中之一。从相态角度考虑，游离态和溶解态是氦气赋存的主要方式，在实际勘探活动中已发现气藏中的大量游离氦气或水溶氦气。氦气游溶比为游离态氦气量与溶解态氦气量的比值，是非常规天然气含氦结构的一个重要参数，也是影响致密砂岩中氦气运移保存和资源量计算的重要因素，同时致密砂岩氦气游溶比也可以反映地层水文地质条件和氦气资源分布情况。
目前，储层中氦气游溶比常用分析方法主要包括：(1)气测录井分析法：该方法为基于气测录井曲线的储层氦气含量分析方法，通过该方法能够识别出储层中氦气含量异常层段，来得到不同层段的储层含氦性的相对值，并通过含水饱和度的测井识别，进而大致判断不同层段的氦气游溶比；(2)实验室物理模拟实验：通过模拟地层实际条件，获取氦气的游离态氦气量和溶解态氦气量，进而计算出氦气游溶比，这种方法对实验条件和实验设备要求极高；(3)图版分析法：根据影响游离态氦气量和溶解态氦气量的关键影响因素(如温度、压力、盐度等)，建立由关键因素约束的氦气含量图版，通过代入实际地层条件进而获取氦气游溶比；(4)生产资料统计分析法：基于收集的大量氦气相关生产资料，通过统计学的分析手段建立氦气含量预测公式，通过获取待评价对象相关的参数值而进一步计算氦气游溶比。(5)生产井氦气含量分析法：通过已有的生产井采集不同生产时间的气体样品和地层水样品分别进行氦气含量的测试分析，基于分析结果进一步计算氦气游溶比。
然而，整体来看，现有的储层氦气游溶比分析方法主要存在以下问题和不足：(1)现有的方法没有考虑不同相态的氦气在致密砂岩储层中含量的差异性及其不同相态氦气之间赋存依赖关系，导致其测试或计算方法针对性不足；(2)现有的方法无法针对特定岩心尺度的样品进行氦气游溶比的计算或研究，导致其取得的相关结果不够细化深入，难以服务于精细化研究的目的；(3)现有的方法主要针对天然气储层氦气游溶比的计算分析，并没有考虑致密砂岩储层特殊性及其致密砂岩中氦气赋存特点，导致其对致密砂岩储层氦气游溶比的计算适用性较差；(4)现有的方法主要是针对氦气的含量进行分析，获取的参数也较为单一，较少能同时获取其他储层性质及其相关参数，即方法功能仅局限于氦气分析，没有兼顾其他方面的研究；(5)现有的方法所需要的实验条件或相关设备较为苛刻和复杂，对致密砂岩储层氦气游溶比计算的过程、时间和费用成本较高；(6)现有的方法获取的含氦性评价参数单一，无法全面准确地刻画储层含氦性的整体特征。
由此可见，现有的氦气游溶比确定方法针对致密砂岩储层氦气游溶比的计算普遍存在针对性和适用性差的问题。致密砂岩储层氦气游溶比的准确计算有赖于先进的分析理念、正确的计算思路、合适的处理方法和先进的技术手段。
本发明实施例则能够考虑到不同相态的氦气在致密砂岩储层中含量的差异性，以及不同相态氦气之间的赋存依赖关系，并通过获取致密砂岩储层的物性参数，全面刻画储层含氦性的整体特征，理念合理，原理可行，且针对性和可操作性强，适用性良好。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
实施例1：
图1为本发明实施例提供的致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法的实现流程图，详述如下：
步骤101，获取致密砂岩储层样本的物性参数；致密砂岩储层样本为待测致密砂岩储层的样本。
在一些实施例中，物性参数可以包括致密砂岩视密度ρapparent(单位：t/m3)、致密砂岩骨架真密度ρtrue(单位：t/m3)、含水饱和度Sw(单位：％)、储层压力Pres(单位：kPa)、储层温度Tres(单位：K)、储层水盐度S(单位：g/kg)和储层水蒸气压力Pwv(单位：kPa)。
需要说明的是，储层压力Pres和储层温度Tres可以通过试井资料获取，另外可以根据致密砂岩视密度ρapparent和致密砂岩骨架真密度ρtrue进一步求取致密砂岩储层样本的孔隙度
在一些实施例中，可以通过常规岩心分析或专项岩心分析的方法获取致密砂岩储层样本的视体积Vb(单位：mL)和其中水的体积Vw(单位：mL)，进而求取致密砂岩储层样本的含水饱和度Sw，含水饱和度的计算公式可以如下：
其中，Sw为含水饱和度(单位：％)，Vb为水在致密砂岩储层样本的孔隙中所占的体积(单位：mL)，Vb为致密砂岩储层样本的视体积(单位：mL)，为致密砂岩储层样本的孔隙度(单位：％)。
步骤102，基于物性参数，确定致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量。
在一些实施例中，在获取储层压力Pres和储层温度Tres后，可进一步获取天然气体积系数Bg。需要指出的是，该天然气体积系数Bg是指标准状态(温度0℃，压力101.325kPa)下单位体积天然气在储层条件下的体积，即将在储层压力Pres和储层温度Tres条件下的气体体积转换为标准条件下的体积换算系数。
在一些实施例中，可以根据如下公式计算致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量：
其中，Qfree-TG为致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量(单位：m3/t)，为致密砂岩储层样本的孔隙度(单位：％)，Sw为含水饱和度(单位：％)，ρapparent为致密砂岩视密度(单位：t/m3)，Bg为天然气体积系数。
需要说明的是，从天然气赋存相态的角度考虑，致密砂岩气主要以游离态和溶解态赋存于致密砂岩储层中。本发明实施例中致密砂岩样本的总含气量QTG可表示为：
QTG＝Qfree-TG+Qdis-TG (3)
其中，QTG为致密砂岩储层样本的总含气量(单位：m3/t)，Qfree-TG为致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量(单位：m3/t)，Qdis-TG为致密砂岩储层样本的溶解态致密砂岩气量(单位：m3/t)。
步骤103，对致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量。
在一些实施例中，如图2所示，步骤103的具体处理可以如下：
步骤201，对致密砂岩样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得多个不同解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量。
在一些实施例中，可以采用保压密闭取芯致密砂岩样本进行储层温度条件下的致密砂岩气现场解吸实验，同时对解吸气体开展气相色谱分析，进而获取多个不同解吸时刻t(单位：min)对应的氦气百分含量χdes-He(t)(单位：％)和阶段解吸致密砂岩气量ΔVdes-TG(t)(单位：mL)。
需要说明的是，从致密砂岩气的相态角度来看，致密砂岩解吸气主要分为游离气和溶解气。同时，为了保证测试精度，需要保证现场解吸实验的致密砂岩样本的重量不低于1000g。
在一些实施例中，针对每个解吸时刻t(单位：min)，还可以根据该解吸时刻之前的多个不同解吸时刻的阶段解吸致密砂岩气量ΔVdes-TG(t)(单位：mL)，来获得该解吸时刻对应的累计解吸致密砂岩气量Vdes-TG(t)(单位：mL)。不同解吸时刻的累计解吸致密砂岩气量计算公式可以如下：
Vdes-TG(t)＝ΔVdes-TG(t1)+ΔVdes-TG(t2)+…+ΔVdes-TG(t) (4)
其中，ΔVdes-TG(t1)表示解吸时刻t1的阶段解吸致密砂岩气量，ΔVdes-TG(t2)表示解吸时刻t2的阶段解吸致密砂岩气量。
步骤202，对于每个解吸时刻，根据解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量，计算解吸时刻的阶段解吸氦气量，并基于阶段解吸氦气量计算解吸时刻的累计解吸氦气量。
在一些实施例中，在采用保压密闭取芯致密砂岩样本进行致密砂岩气现场解吸实验和同步气相色谱分析，获得多个不同解吸时刻t(单位：min)对应的氦气百分含量χdes-He(t)(单位：％)和阶段解吸致密砂岩气量ΔVdes-TG(t)(单位：mL)后，可进一步计算解吸时刻t(单位：min)对应的阶段解吸氦气量ΔVdes-He(t)(单位：mL)，相应的计算公式可以如下：
在一些实施例中，可以基于阶段解吸氦气量ΔVdes-He(t)(单位：mL)计算解吸时刻t(单位：min)的累计解吸氦气量Vdes-He(t)(单位：mL)，相应的计算公式可以如下：
Vdes-He(t)＝ΔVdes-He(t1)+ΔVdes-He(t2)+…+ΔVdes-He(t) (6)
其中，ΔVdes-He(t1)表示解吸时刻t1的阶段解吸氦气量，ΔVdes-He(t2)表示解吸时刻t2的阶段解吸氦气量。
在一些实施例中，步骤201和步骤202中测得的数据可以如下表一所示。
表一 现场解吸和气象色谱分析实验数据记录表
为了使不同条件下测得的气体量具有可对比性，需将步骤201和步骤202中通过现场解吸实验在工作条件下测得的解吸气体体积换算到标准状况(温度0℃，压力101.325kPa)下。相应的换算公式可以如下：
其中，Vdes,STP(t)表示换算后的标准状况下的解吸时刻t(单位：min)对应的解吸气体积(单位：mL)，Vdes(t)为致密砂岩气现场解吸实验在工作条件下测定的解吸时刻t的解吸气体积(单位：mL)，Pdes为致密砂岩气现场解吸实验在工作条件下的大气压力(单位：kPa)，Tdes为致密砂岩气现场解吸在工作条件下的环境温度(单位：K)。
此外，为了能够更好地分析致密砂岩中的致密砂岩气量和氦气量，在致密砂岩气现场解吸实验完成之后，需对致密砂岩样本的质量mdes(单位：g)进行准确测定，将致密砂岩气量和氦气量换算为单位质量的气体含量，相应的换算公式可以如下：
其中，Qdes为单位质量样品的致密砂岩气量或氦气量(单位：m3/t)，Vdes,STP为标准状况下的致密砂岩气或氦气对应的解吸气体积(单位：mL)，mdes为解吸实验所用的致密砂岩样本质量(单位：g)。
进一步地，经过换算后可以获取解吸时刻t的阶段解吸致密砂岩气量ΔQdes-TG(t)、阶段解吸氦气量ΔQdes-He(t)、累计解吸致密砂岩气量Qdes-TG(t)和累计解吸氦气量Qdes-He(t)。
需要说明的是，致密砂岩气现场解吸实验获取的最大解吸致密砂岩气量Qdes-TG可以认为是致密砂岩储层中的总含气量QTG，即QTG＝Qdes-TG。那么，致密砂岩储层样本中的溶解态致密砂岩气量Qdis-TG可表示为：
Qdis-TG＝Qdes-TG-Qfree-TG (9)
其中，Qdis-TG为致密砂岩储层样本的溶解态致密砂岩气量(单位：m3/t)，Qdes-TG为致密砂岩储层样本的最大解吸致密砂岩气量(单位：m3/t)，Qfree-TG为致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量(单位：m3/t)。
本发明实施例通过采用保压密闭取芯致密砂岩样本进行致密砂岩气解吸实验，不仅可以解吸出来更多气体，获取更多数据点，还避免了进行损失气量的分析工作，提高了致密砂岩含气分析的效率、精度和真实性。
步骤203，根据多个不同解吸时刻的累计解吸氦气量，确定最大解吸氦气量。
需要说明的是，致密砂岩气现场解吸实验获取的最大解吸氦气量可以认为是致密砂岩储层样本中的总含氦量，其主要来自于游离态氦气和溶解态氦气。
在一些实施例中，最大解吸氦气量可以通过如下公式确定：
其中，Qdes-He表示最大解吸氦气量(单位：m3/t)，Qdes-He(t)表示在解吸时刻t的累计解吸氦气量(单位：m3/t)，k1和k2为氦气在致密砂岩储层中的动力学速率常数(单位：min-1)，n1和n2为阿夫拉米指数，α为无量纲常数，α的取值范围为[0,1]。
本发明实施例提供的双阿夫拉米(Avrami)动力学模型，能够考虑到致密砂岩储层物质组成和赋存空间的复杂性，相比于常规的动力学模型，可以很好地描述气体在复杂多孔介质中的动力学行为，对刻画氦气在致密砂岩储层中的动力学行为具有极强的适用性。
本发明实施例通过获取氦气在致密砂岩储层阿夫拉米指数、动力学速率常数以及最大解吸氦气量等相关参数，对致密砂岩储层氦气动力学进行刻画，能够反映氦气在致密砂岩气中的动力学行为，针对性更强。
步骤104，根据物性参数、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量；根据最大解吸氦气量和溶解态氦气量，确定致密砂岩储层样本的游离态氦气量。
在一些实施例中，如图3所示，步骤104中确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量的具体处理可以如下：
步骤301，根据致密砂岩视密度和致密砂岩骨架真密度，计算致密砂岩储层样本的孔隙度。
在一些实施例中，可以通过如下公式计算致密砂岩储层样本的孔隙度：
其中，表示孔隙度(单位：％)，ρapparent表示致密砂岩视密度(单位：t/m3)，ρtrue表示致密砂岩骨架真密度(单位：t/m3)。
步骤302，根据孔隙度、含水饱和度和致密砂岩视密度，计算致密砂岩储层样本的孔隙含水量。
在一些实施例中，孔隙含水量的计算公式可以如下：
其中，qw表示孔隙含水量(单位：cm3/g)，表示孔隙度(单位：％)，ρapparent表示致密砂岩视密度(单位：t/m3)，Sw表示含水饱和度(单位：％)。
步骤303，根据储层温度和储层水盐度，计算致密砂岩储层样本的氦气本森系数。
在一些实施例中，可以根据如下公式计算致密砂岩储层样本的氦气本森系数：
lnβHe＝A1+A2(100/Tres)+A3ln(Tres/100)+S[B1+B2(Tres/100)+B3(Tres/100)2] (13)
其中，βHe为氦气本森系数(单位：L/(L·atm))，Tres为储层温度(单位：K)，S为地层水盐度(单位：g/kg)，A1＝－34.6261，A2＝43.0285，A3＝14.1391，B1＝－0.04234，B2＝0.22624，B3＝－0.03312。
需要说明的是，本发明实施例中不同实验和不同分析步骤中的温度单位有所差异，必要时需进行开氏温度与摄氏温度之间的单位换算。开氏温度与摄氏温度的换算公式为：
TK＝TC+273.15 (14)
其中，TK为开氏温度(单位：K)，TC为摄氏温度(单位：℃)。
步骤304，根据孔隙含水量、氦气本森系数、储层压力、储层水蒸气压力、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，计算致密砂岩储层样本的溶解态氦气量。
下面结合一个具体实施例对溶解态氦气量的计算公式的推导过程进行说明。
在一些实施例中，在求取致密砂岩气解吸实验中的最大解吸氦气量后，可以得到游离态致密砂岩气量中的氦气百分含量χfree-He(或氦气摩尔分压)的表达式：
其中，χfree-He表示游离态致密砂岩气量中的氦气百分含量(单位：％)，Qdes-He表示最大解吸氦气量(单位：m3/t)，Qdis-He表示溶解态氦气量(单位：m3/t)，Qfree-TG为致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量(单位：m3/t)。
具体的，公式(15)中的溶解态氦气量Qdis-He可以初步表示为：
其中，Qdis-He表示溶解态氦气量(单位：m3/t)，Cp(He)表示氦气溶解度(单位：mg/L)，Vm为气体摩尔体积(其值为22.4L/mol)，qw表示孔隙含水量(单位：cm3/g)，MHe为氦气的摩尔质量(其值为2g/mol)。
具体的，公式(16)中的氦气溶解度Cp(He)可以通过下式计算：
其中，Cp(He)表示氦气溶解度(单位：mg/L)，KHe为氦气计算常数(其值为0.17848)，βHe为氦气本森系数(单位：L/(L·atm))，χfree-He表示游离态致密砂岩气量中的氦气百分含量(单位：％)，Pres表示储层压力(单位：kPa)，Pwv为储层条件下的水蒸气压力(单位：kPa)。
具体的，公式(17)中的储层条件下的水蒸气压力Pwv可以基于储层压力Pres和储层温度Tres并结合饱和蒸气压图版方法获得。
进一步地，为了更方便地计算溶解态氦气量Qdis-He，令：
进一步地，结合公式(15)～(18)，氦气溶解度Cp(He)和溶解态氦气量Qdis-He可分别表示为：
Cp(He)＝ν*χfree-He (19)
Qdis-He＝μ*Cp(He) (20)
进一步地，将氦气溶解度Cp(He)、氦气本森系数βHe、游离态致密砂岩气量中的氦气百分含量χfree-He、孔隙含水量qw、储层压力Pres、储层条件下的水蒸气压力Pwv等参数代入公式(19)～(20)，可以得到最终的溶解态氦气量的计算公式。
在一些实施例中，基于上述推导溶解态氦气量计算公式的具体实施例中的公式(15)～(20)，步骤304中确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量的计算公式可以如下：
其中，Qdis-He表示溶解态氦气量(单位：m3/t)，μ表示第一中间参数，ν表示第二中间参数，Qdes-He表示最大解吸氦气量(单位：m3/t)，Qfree-TG表示游离态致密砂岩气量(单位：m3/t)，Vm表示气体摩尔体积(其值为22.4L/mol)，MHe表示氦气的摩尔质量(其值为2g/mol)，KHe表示氦气计算常数为氦气计算常数(其值为0.17848)，βHe表示氦气本森系数(单位：L/(L·atm))，Pres表示储层压力(单位：kPa)，Pwv表示储层水蒸气压力(单位：kPa)。
在一些实施例中，在获得溶解态氦气量Qdis-He后，步骤104中确定致密砂岩储层样本的游离态氦气量的计算公式可以如下：
Qfree-He＝Qdes-He-Qdis-He (22)
其中，Qfree-He表示游离态氦气量(单位：m3/t)，Qdes-He表示最大解吸氦气量(单位：m3/t)，Qdis-He表示溶解态氦气量(单位：m3/t)。
步骤105，根据游离态氦气量和溶解态氦气量，确定待测致密砂岩储层中的氦气游溶比。
在一些实施例中，待测致密砂岩储层中的氦气游溶比的计算公式可以如下：
其中，Rfree/dis为待测致密砂岩储层中的氦气游溶比，Qfree-He表示游离态氦气量(单位：m3/t)，Qdis-He表示溶解态氦气量(单位：m3/t)。
本发明实施例考虑到了致密砂岩储层中游离态氦气和溶解态氦气之间的相互关系和相对含量，针对性地提出了相对应的氦气溶解度计算思路，提高了氦气游溶比确定方法的针对性和适用性。并且，该氦气游溶比确定方法主要建立在实测数据的基础之上，能够提高致密砂岩储层中氦气游溶比结果的客观性。
本发明实施例能够将氦气游溶比计算与致密砂岩含气性分析实验相联系，同时还获取了致密砂岩储层样本中的游离态氦气量、溶解态氦气量、氦气溶解度、氦气本森系数、游离态致密砂岩气量以及游离态致密砂岩气量中的氦气百分含量，能够对致密砂岩储层的含氦性和含气性较为全面地进行分析，与传统氦气游溶比获取方法相比，在致密砂岩储层中具有更强的适用性和针对性。
本发明实施例在得到致密砂岩储层中氦气游溶比后，可以根据该氦气游溶比，评估致密砂岩储层中非常规天然气的含氦结构，并计算致密砂岩储层中的资源量，同时还可以根据该氦气游溶比评价地层水文地质条件以及氦气资源分布情况。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
实施例2：
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图4示出了本发明实施例提供的致密砂岩储层中氦气游溶比的确定装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图4所示，致密砂岩储层中氦气游溶比的确定装置400包括：获取模块401、第一处理模块402、解吸模块403、第二处理模块404和第三处理模块405。
获取模块401，用于获取致密砂岩储层样本的物性参数；致密砂岩储层样本为待测致密砂岩储层的样本。
第一处理模块402，用于基于物性参数，确定致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量。
解吸模块403，用于对致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量；
第二处理模块404，用于根据物性参数、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量；根据最大解吸氦气量和溶解态氦气量，确定致密砂岩储层样本的游离态氦气量。
第三处理模块405，用于根据游离态氦气量和溶解态氦气量，确定待测致密砂岩储层中的氦气游溶比。
在一些实施例中，解吸模块403用于：
对致密砂岩样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得多个不同解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量；
对于每个解吸时刻，根据解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量，计算解吸时刻的阶段解吸氦气量，并基于阶段解吸氦气量计算解吸时刻的累计解吸氦气量；
根据多个不同解吸时刻的累计解吸氦气量，确定最大解吸氦气量。
在一些实施例中，解吸模块403用于根据如下公式确定最大解吸氦气量：
其中，Qdes-He表示最大解吸氦气量，Qdes-He(t)表示在解吸时刻t的累计解吸氦气量，k1和k2为氦气在致密砂岩储层中的动力学速率常数，n1和n2为阿夫拉米指数，α为无量纲常数，α取值范围为[0,1]。
在一些实施例中，物性参数包括致密砂岩视密度、致密砂岩骨架真密度、含水饱和度、储层压力、储层温度、储层水盐度和储层水蒸气压力，第二处理模块404用于：
根据致密砂岩视密度和致密砂岩骨架真密度，计算致密砂岩储层样本的孔隙度；
根据孔隙度、含水饱和度和致密砂岩视密度，计算致密砂岩储层样本的孔隙含水量；
根据储层温度和储层水盐度，计算致密砂岩储层样本的氦气本森系数；
根据孔隙含水量、氦气本森系数、储层压力、储层水蒸气压力、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，计算致密砂岩储层样本的溶解态氦气量。
在一些实施例中，第二处理模块404用于根据如下公式计算孔隙度：
其中，表示孔隙度，ρapparent表示致密砂岩视密度，ρtrue表示致密砂岩骨架真密度；
第二处理模块404用于根据如下公式计算孔隙含水量：
其中，qw表示孔隙含水量，Sw表示含水饱和度。
在一些实施例中，第二处理模块404用于根据如下公式计算溶解态氦气量：
其中，Qdis-He表示溶解态氦气量，μ表示第一中间参数，ν表示第二中间参数，Qdes-He表示最大解吸氦气量，Qfree-TG表示游离态致密砂岩气量，Vm表示气体摩尔体积，MHe表示氦气的摩尔质量，KHe表示氦气计算常数，βHe表示氦气本森系数，Pres表示储层压力，Pwv表示储层水蒸气压力。
在一些实施例中，第二处理模块404用于根据如下公式计算游离态氦气量：
Qfree-He＝Qdes-He-Qdis-He
其中，Qfree-He表示游离态氦气量，Qdes-He表示最大解吸氦气量。
本发明实施例通过获取致密砂岩储层样本的物性参数，确定致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量，并对致密砂岩样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量，进一步地，根据物性参数、游离态致密砂岩气量和最大解吸氦气量，确定致密砂岩储层样本的溶解态氦气量，进而得到游离态氦气量；最后，根据游离态氦气量和溶解态氦气量，确定致密砂岩储层中的氦气游溶比。
本发明实施例能够获取致密砂岩储层的物性参数，并对致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，分析致密砂岩储层的含氦性，得到溶解态氦气量和游离态氦气量，进而得到致密砂岩储层的氦气游溶比，针对性强，适用性良好。
实施例3：
图5是本发明实施例提供的终端的示意图。如图5所示，该实施例的终端500包括：处理器501、存储器502以及存储在所述存储器502中并可在所述处理器501上运行的计算机程序503。所述处理器501执行所述计算机程序503时实现上述各个致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至步骤105。或者，所述处理器501执行所述计算机程序503时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块/单元401至405的功能。
示例性的，所述计算机程序503可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器502中，并由所述处理器501执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序503在所述终端500中的执行过程。例如，所述计算机程序503可以被分割成图4所示模块/单元401至405。
所述终端500可包括，但不仅限于，处理器501、存储器502。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端500的示例，并不构成对终端500的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器501可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器502可以是所述终端500的内部存储单元，例如终端500的硬盘或内存。所述存储器502也可以是所述终端500的外部存储设备，例如所述终端500上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器502还可以既包括所述终端500的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器502用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器502还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法，其特征在于，包括：
获取致密砂岩储层样本的物性参数；所述致密砂岩储层样本为待测致密砂岩储层的样本；
基于所述物性参数，确定所述致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量；其中，所述物性参数包括致密砂岩视密度、致密砂岩骨架真密度、含水饱和度、储层压力、储层温度、储层水盐度和储层水蒸气压力；
对所述致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量；
根据所述物性参数、所述游离态致密砂岩气量和所述最大解吸氦气量，确定所述致密砂岩储层样本的溶解态氦气量；根据所述最大解吸氦气量和所述溶解态氦气量，确定所述致密砂岩储层样本的游离态氦气量；
根据所述游离态氦气量和所述溶解态氦气量，确定待测致密砂岩储层中的氦气游溶比；
其中，所述根据所述物性参数、所述游离态致密砂岩气量和所述最大解吸氦气量，确定所述致密砂岩储层样本的溶解态氦气量，包括：
根据所述致密砂岩视密度和所述致密砂岩骨架真密度，计算所述致密砂岩储层样本的孔隙度；
根据所述孔隙度、所述含水饱和度和所述致密砂岩视密度，计算所述致密砂岩储层样本的孔隙含水量；
根据所述储层温度和所述储层水盐度，计算所述致密砂岩储层样本的氦气本森系数；
根据所述孔隙含水量、所述氦气本森系数、所述储层压力、所述储层水蒸气压力、所述游离态致密砂岩气量和所述最大解吸氦气量，计算所述致密砂岩储层样本的溶解态氦气量；
所述溶解态氦气量的计算公式如下：
其中，表示溶解态氦气量，/>表示第一中间参数，/>表示第二中间参数，/>表示最大解吸氦气量，/>表示游离态致密砂岩气量，/>表示气体摩尔体积，/>表示孔隙含水量，表示氦气的摩尔质量，/>表示氦气计算常数，/>表示氦气本森系数，/>表示储层压力，表示储层水蒸气压力；
其中，所述对所述致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量，包括：
对所述致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得多个不同解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量；
对于每个解吸时刻，根据所述解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量，计算所述解吸时刻的阶段解吸氦气量，并基于所述阶段解吸氦气量计算所述解吸时刻的累计解吸氦气量；
根据所述多个不同解吸时刻的累计解吸氦气量，确定最大解吸氦气量；
所述最大解吸氦气量通过如下公式确定：
其中，表示最大解吸氦气量，/>表示在解吸时刻/>的累计解吸氦气量，/>和/>为氦气在致密砂岩储层中的动力学速率常数，/>和/>为阿夫拉米指数，/>为无量纲常数。
2.根据权利要求1所述的致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法，其特征在于，其特征在于，所述孔隙度的计算公式如下：
其中，表示孔隙度，/>表示致密砂岩视密度，/>表示致密砂岩骨架真密度；
所述孔隙含水量的计算公式如下：
其中，表示孔隙含水量，/>表示含水饱和度。
3.根据权利要求1所述的致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法，其特征在于，所述游离态氦气量的计算公式如下：
其中，表示游离态氦气量，/>表示最大解吸氦气量。
4.一种致密砂岩储层中氦气游溶比的确定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取致密砂岩储层样本的物性参数；所述致密砂岩储层样本为待测致密砂岩储层的样本；
第一处理模块，用于基于所述物性参数，确定所述致密砂岩储层样本的游离态致密砂岩气量；其中，所述物性参数包括致密砂岩视密度、致密砂岩骨架真密度、含水饱和度、储层压力、储层温度、储层水盐度和储层水蒸气压力；
解吸模块，用于对所述致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得最大解吸氦气量；
第二处理模块，用于根据所述物性参数、所述游离态致密砂岩气量和所述最大解吸氦气量，确定所述致密砂岩储层样本的溶解态氦气量；根据所述最大解吸氦气量和所述溶解态氦气量，确定所述致密砂岩储层样本的游离态氦气量；
第三处理模块，用于根据所述游离态氦气量和所述溶解态氦气量，确定待测致密砂岩储层中的氦气游溶比；
所述第二处理模块具体用于：
根据所述致密砂岩视密度和所述致密砂岩骨架真密度，计算所述致密砂岩储层样本的孔隙度；
根据所述孔隙度、所述含水饱和度和所述致密砂岩视密度，计算所述致密砂岩储层样本的孔隙含水量；
根据所述储层温度和所述储层水盐度，计算所述致密砂岩储层样本的氦气本森系数；
根据所述孔隙含水量、所述氦气本森系数、所述储层压力、所述储层水蒸气压力、所述游离态致密砂岩气量和所述最大解吸氦气量，计算所述致密砂岩储层样本的溶解态氦气量；
所述溶解态氦气量的计算公式如下：
其中，表示溶解态氦气量，/>表示第一中间参数，/>表示第二中间参数，/>表示最大解吸氦气量，/>表示游离态致密砂岩气量，/>表示气体摩尔体积，/>表示孔隙含水量，表示氦气的摩尔质量，/>表示氦气计算常数，/>表示氦气本森系数，/>表示储层压力，表示储层水蒸气压力；
所述解吸模块具体用于：
对所述致密砂岩储层样本进行现场解吸和气相色谱分析，获得多个不同解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量；
对于每个解吸时刻，根据所述解吸时刻的氦气百分含量和阶段解吸致密砂岩气量，计算所述解吸时刻的阶段解吸氦气量，并基于所述阶段解吸氦气量计算所述解吸时刻的累计解吸氦气量；
根据所述多个不同解吸时刻的累计解吸氦气量，确定最大解吸氦气量；
所述最大解吸氦气量通过如下公式确定：
其中，表示最大解吸氦气量，/>表示在解吸时刻/>的累计解吸氦气量，/>和/>为氦气在致密砂岩储层中的动力学速率常数，/>和/>为阿夫拉米指数，/>为无量纲常数。
5.一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至3中任一项所述的致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至3中任一项所述的致密砂岩储层中氦气游溶比的确定方法的步骤。
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