泥頁巖滲透率測定方法綜述

李季林

(西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川成都 610500)

泥頁巖滲透率測定方法綜述

李季林

(西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川成都 610500)

隨著天然氣在國民經(jīng)濟(jì)活動中的比例不斷加大,非常規(guī)天然氣中的泥頁巖氣資源成為重要的開發(fā)目標(biāo)。測定泥頁巖滲透率,對研究滲流規(guī)律、儲層評價等有重要意義,其測定方法受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。本文介紹了目前測定泥頁巖滲透率的方法原理與其典型儀器的優(yōu)缺點。

泥頁巖 滲透率 測定方法 綜述

實驗室測定滲透率的方法分為常規(guī)穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法。由于液體易與粘土礦物發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)影響滲流物性，因此滲流介質(zhì)常使用氮氣、氦氣。對于高、中滲透性巖層，運(yùn)用達(dá)西定律對巖心進(jìn)行穩(wěn)態(tài)法實驗，可測定較為精確的滲透率；對于以納米級孔隙為主具有特低滲特征的泥頁巖，常采用非穩(wěn)態(tài)法。

1 常規(guī)穩(wěn)態(tài)法

穩(wěn)態(tài)法基于達(dá)西定律。設(shè)有一橫截面積為A，長度為L的巖石，使粘度為的流體在壓差下通過巖心，測得流量Q。單位時間通過巖心體積流量Q與壓差、巖心橫截面積A成正比，與巖心的長度L和流體的粘度成反比，當(dāng)外部條件一定時，可通過公式(1-1)計算滲透率：

因為氣體是可壓縮流體，所以(1-1)式需修正。當(dāng)溫度一定時，氣體膨脹服從波義爾定律。設(shè)進(jìn)口壓力出口壓力，當(dāng)壓力從變化到時，氣體體積和流速發(fā)生變化，用平均體積流量Q代入上式，為

若把氣體膨脹視為等溫過程，按氣體狀態(tài)，方程可令：

由上可知：

將(1-4)式代入(1-2)式有：

NANOK-100型納達(dá)西滲透率儀是一種數(shù)字式穩(wěn)態(tài)法氣體滲透率測量系統(tǒng)，巖心樣品為柱式。通過測量上游壓力及通過巖心氣體流量，可計算出滲透率，測量范圍。穩(wěn)態(tài)法在測試時可能會出現(xiàn)流體通過巖樣流量過小無法計算滲透率的情況且建立穩(wěn)態(tài)流動所需時間長，效率較低。

2 非穩(wěn)態(tài)脈沖衰減法

脈沖衰減法基于一維非穩(wěn)態(tài)滲流理論，通過對巖樣一維非穩(wěn)態(tài)滲流過程中孔隙壓力隨時間的衰減數(shù)據(jù)結(jié)合對應(yīng)數(shù)值模型和測試儀器所界定的初始條件、邊界條件，對滲流方程精確解答和合適的誤差控制，測量滲透率。

根據(jù)質(zhì)量守恒與達(dá)西定律，忽略重力作用的氣體一維非穩(wěn)態(tài)滲流數(shù)值模型為：

首先使脈沖衰減前儀器容器和巖樣孔隙壓力達(dá)到平衡狀態(tài)，均等于下游腔室壓力。脈沖開始后，分別連接巖樣入口和出口的上游和下游容器壓力和將由于脈沖衰減的原因不斷變化。對應(yīng)(2-1)的初始條件和邊界條件分別為：

由式(2-1)并結(jié)合初始條件和邊界條件進(jìn)行解析，得到壓力衰減過程中巖樣孔隙壓力隨時間的變化關(guān)系。巖樣滲透率越大，則脈沖衰減越快，反之亦然。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差可控范圍內(nèi)的適當(dāng)控制可得脈沖滲透率數(shù)值模型：

PDP-200脈沖式巖心滲透率測試儀美國巖心公司專門針對超低滲巖樣研發(fā)的的產(chǎn)品。對巖樣施加孔隙壓力，通過巖樣傳導(dǎo)壓差脈沖信號，系統(tǒng)自動記錄巖樣兩端壓力差、下游壓力和時間并進(jìn)行線性回歸計算滲透率。測量范圍。

脈沖衰減法測量速度快；缺點是對環(huán)境密閉性要求高，受溫度變化和氣體流通的影響較大。特別是針對超低滲巖樣測量時，在測試初期，較高的測試圍壓對實驗結(jié)果有影響，導(dǎo)致比穩(wěn)態(tài)法測量的結(jié)果偏??；對滲流介質(zhì)為氣體時不能修正滑脫系數(shù)和慣性阻力系數(shù)，測量結(jié)果高于實際數(shù)值。

3 結(jié)語

(1)常規(guī)穩(wěn)態(tài)測量方法不適用于特低滲透率的測量。(2)非穩(wěn)態(tài)方法的瞬時脈沖法，CMS-300測量系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)巖樣特點選擇最佳方法。(3)核磁共振測量滲透率值是根據(jù)束縛水飽和度模型轉(zhuǎn)換而來，僅作為參考值。

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[3]歐陽云麗.特低滲透率的測定方法綜述[J].石油化工應(yīng)用,2012, 31(5).

[4]于榮澤.頁巖儲層非穩(wěn)態(tài)滲透率測試方法綜述[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(27).

李季林(1986-2-),男,四川瀘州人,單位西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,專業(yè):礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué),研究方向:油氣成藏特征與儲層巖礦地質(zhì)。