CN111175214A - 一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法 - Google Patents

Abstract

一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法，将岩心干燥处理后，分为两个部分，以避免非常规致密储层非均质性可能带来的孔隙结构表征误差，开展柱状岩心的高压压汞测试和低温氮气吸附测试；基于分形方法，将压汞测试获得的孔径分布区分为μm级裂隙、正常孔隙和被压缩的nm级孔隙三个部分；结合岩心的低温氮气吸附测试结果，计算岩心的压缩系数，校正压汞测试中被压缩的nm级孔隙真实孔径分布；将校正后的压汞测试孔径分布曲线和低温氮气吸附测试孔径分布曲线绘制在同一张图中，找出其交汇点，以低温液氮吸附测试获得的纳米级孔隙为基准，获取非常规致密储层孔径的全尺寸表征；本发明能够精细有效表征非常规致密储层孔径的全尺寸分布特征。

Description

一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法

技术领域

本发明涉及油气开发技术领域，特别涉及一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法。

背景技术

煤层气、致密砂岩气、页岩气及页岩油等非常规油气资源在世界能源结构中的比例逐步提高，非常规油气资源对应的煤储层、致密砂岩储层及页岩储层等非常规致密储层中孔隙结构复杂，μm级别孔-裂隙及nm级别孔隙均有发育。μm级别孔-裂隙有利于非常规油气的渗流，而nm级别孔隙则利于非常规油气的吸附。因此，通过对非常规致密储层中μm级别孔-裂隙及nm级别孔隙进行全尺寸精细表征，实现非常规致密储层中渗流孔和吸附孔比例的定量研究，能够有效的对非常规致密油气富集甜点区进行评价。

现有研究中，CN201810260408.0公布了富有机质泥页岩含氢组分、孔隙度及孔径的评价方法，CN201710238534.1公布了一种基于压汞-氮吸附联测数据确定致密储层孔径分布的方法，CN201910237931.6公布了基于NMT和LTNA的致密储层全尺寸孔隙定量表征方法，CN201810571899.0公布了一种基于Matlab分析致密砂岩储层孔隙表征的方法，CN201711026567.6公布了一种基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法。2015年9月，天然气地球科学，李腾飞等人利用低压气体吸附法对页岩孔径进行了表征；2016年3月，地学前缘(中国地质大学(北京)；北京大学)，姜振学等人开展了龙马溪组页岩孔隙结构全孔径表征的研究；2016年6月，高校地质学报，杨潇等人利用场发射扫描电镜、高压压汞与低温低压吸附实验对页岩全孔径孔隙结构进行了研究；2017年4月，中国矿业，王凯等人利用二氧化碳吸附、液氮吸附、高压压汞和低场核磁共振对煤岩的孔隙结构进行了表征；2018年7月，石油实验地质，欧阳思琪等人利用高压压汞、恒速压汞和核磁共振对特低渗致密砂岩的全孔径孔隙结构进行了研究；2019年1月，西安科技大学学报，林海飞等人利用低温液氮吸附法和压汞法对煤岩的孔隙结构进行了研究；2019年12月，石油与天然气地质，肖佃师等人利用低温二氧化碳吸附、氮气吸附、核磁共振、压汞、扫描电镜等对页岩储层的孔隙结构进行了表征。

上述存在的主要问题是：(1)现有研究虽然采用了多种方法联合测试，但多基于不同的测试样品展开，分析不同测试方法测得的孔径分布特征，未考虑非常规致密储层强烈的非均质性可能带来的孔隙结构表征误差；(2)现有研究采用高压压汞法进行孔径分布表征时，最大测试压力达到170MPa，未考虑高压条件(>10MPa)对孔隙的压缩性。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法，通过对同一样品分别开展高压压汞测试和低温氮气吸附测试，并针对致密储层高压压汞测试高压条件下的孔隙压缩性这一典型特征，校正其孔径分布特征，实现对非常规致密储层中nm级别-μm级别不同孔径分布特征的精细定量表征。

为了达到上述目的，本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法，包括下述步骤：

步骤一、将非常规致密储层岩心置于烘箱中至样品恒重，将岩心使用线切割机切出直径2.5cm，长度为3cm的柱状岩心一块；切出直径2.5cm，长度为2cm的柱状岩心一块，将直径2.5cm，长度为2cm的柱状岩心破碎为0.18-0.25mm大小粒状样品；

步骤二、对直径2.5cm，长度为3cm的柱状岩心开展高压压汞测试，对破碎为0.18-0.25mm大小的粒状样品开展低温氮气吸附测试；

步骤三、对高压压汞测试的孔隙结构数据进行分形处理，确定粒间孔隙填充压力P_f和基质收缩压力P_c，并结合低温液氮吸附测试结果，对高压压汞测试获得的孔径分布进行校正；

步骤四、将校正后的高压压汞孔径分布曲线和低温氮气吸附孔径分布曲线绘制在同一张图上，获取不同孔径分布曲线的交汇点；

步骤五、以交汇点为界限，并基于低温氮气吸附测试获得的nm级孔隙分布特征，剔除交汇点重复孔径分布，即获得非常规致密储层样品的孔径全尺寸分布曲线，实现对非常规致密储层孔径全尺寸孔径分布的精细定量表征。

所述的步骤二中的高压压汞测试、低温氮气吸附测试流程按下述条件展开：

高压压汞测试流程：首先将样品放置在干燥箱中，在85℃下干燥24h；随后将样品放入压汞仪样品舱中，进行低压下的排空，排空舱室和颗粒表面的吸附气；最后采用平衡法进行煤样的压汞测试，平衡时间为90s，实验结果由电脑自行记录；

低温氮气吸附测试流程：首先在105℃条件下被干燥12h，驱除煤中的水分；随后，选取1-2g的煤样在真空、105℃条件下处理12h，确保驱除煤颗粒表面可能存在的吸附气；最后，高纯的N₂被用作吸附质，在77K的温度下，测试0.01到0.995的相对压力条件下的吸附过程。

所述的步骤三具体为：对高压压汞测试的孔隙结构数据进行分形处理，基于式(1)和式(2)确定粒间孔隙填充压力P_f和基质收缩压力P_c，并结合式(3)～式(10)对高压压汞测试获得的孔径分布进行校正；

dV/dP∝P^4-D (1)

式中，V为压力P下煤样进汞量，D为孔隙分形维数；

通过对式(1)取对数，即可获得不同进汞压力下煤岩孔隙所对应的分形维数：

lg(dV/dP)∝(4-D)lgP (2)

以不同压力范围内孔隙分形维数为基准，将煤岩孔隙结构划分为三段，将分形维数小于2处对应的进汞压力作为粒间孔隙填充压力P_f，将分形维数大于3处对应的进汞压力作为基质收缩压力P_c；粒间孔隙填充压力P_f之前压汞测试获得非常规致密储层的μm级别裂隙，基质收缩压力P_c之后压汞测试获得非常规致密储层被压缩的部分nm级别孔隙，介于二者之间的为正常的孔隙；

致密储层高压下的可压缩性可以表示为：

式中，K_c为基质收缩系数，m²/N；V_c为基质体积，cm³/g；

式中，ρ为真密度，g/cm³；V_N2为低温液氮法测得的孔隙体积，cm³/g；

对于可压缩的多孔介质而言，进汞量主要有两部分共同体现，即：

ΔV_obs＝ΔV_p+ΔV_c (5)

式中，ΔV_obs为视进汞量，cm³/g；ΔV_p为孔隙进汞填充量，cm³/g；ΔV_c为基质收缩量，cm³/g；

基质收缩效应主要发生在进汞压力为P_c之后，在此压力范围内，进汞量与进汞压力近似为一线性直线，其斜率为β；

将式(7)带入式(3)可得，

式中，ΔV_p可以利用低温液氮吸附测得的孔隙体积替代，据此可以计算获得基质的收缩系数；

假设基质收缩系数在压力增加过程中为一常数，则不同压力下基质的体积为：

V_ci＝V_c-K*V_c*(P_i-P₀) (9)

式中，V_ci为压力P_i下煤基质体积，cm³/g；

据此，可以获得不同压力条件下样品中孔隙的实际进汞量：

V_pi＝V_obsi-(V_c-V_ci) (10)

式中，V_pi为压力P_i下孔隙实际进汞量，cm³/g；V_obsi为压力P_i下孔隙视进汞量，cm³/g。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

煤岩、致密砂岩及泥页岩等非常规致密储层具有异常复杂的孔隙结构，孔隙直径从nm级至μm级均有分布，传统针对不同大小孔径的孔隙的研究多采用多种测试手段综合研究的方法，且多针对不同的测试样品展开，并分析不同测试方法对应孔径分布的特征。尤其是采用高压压汞法分析孔隙结构时，对高压压汞中高压条件下对致密储层孔隙的压缩性认识不足，导致其对部分孔径的准确分布特征认识存在一定的误区。本发明涉及的一种非常规致密储层孔径全尺寸表征方法，针对非常规致密储层强烈的非均质性这一典型特征，开展同一非常规致密储层岩心的高压压汞测试和低温氮气吸附测试，避免由于非常规储层自身非均质性带来的储层孔隙结构的差异性；此外，对高压压汞测试中高压条件对孔隙压缩造成的孔径分布失真现象进行校正，更为精确地表征致密储层中nm级别-μm级别孔隙的分布特征，实现对非常规致密储层孔径全尺寸分布的精细表征。

附图说明

图1为高压压汞获取的孔径分布曲线图。

图2为低温液氮吸附获取的孔径分布曲线图。

图3为高压压汞孔径分形特征图。

图4为高压压汞校正常数β计算图。

图5为校正的高压压汞孔径分布曲线图。

图6为基于高压压汞和低温氮气吸附的孔径分布交汇图。

图7为非常规致密储层孔径全尺寸分布表征曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

下面选取某区块非常规致密储层岩心样品结合附图对本发明做详细叙述。

一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法，包括以下步骤：

步骤一、将直径2.5cm，长度为5cm的致密储层岩心置于烘箱中，设置烘干温度为80℃，每隔6h对样品使用高精度天平进行一次称重，待连续三次测得的岩心质量变化量小于0.01g时，认为岩心处于干燥状态；随后将柱状岩心使用线切割机切出直径2.5cm，长度为3cm的柱状岩心一块，切出直径2.5cm，长度为2cm的柱状岩心一块，将直径2.5cm，长度为2cm的柱状岩心破碎为0.18-0.25mm大小粒状样品；

步骤二、对直径2.5cm，长度为3cm的柱状岩心开展高压压汞测试，获取岩心高压压汞测试孔径分布曲线，如图1所示；对破碎为0.18-0.25mm大小的粒状样品开展氮气吸附测试，获取岩心氮气吸附测试孔径分布曲线，如图2所示；

高压压汞测试、低温氮气吸附测试流程按下述条件展开：

高压压汞测试流程：首先将样品放置在干燥箱中，在85℃下干燥24h；随后将样品放入压汞仪样品舱中，进行低压下的排空，排空舱室和颗粒表面的吸附气；最后采用平衡法进行煤样的压汞测试，平衡时间为90s，实验结果由电脑自行记录；

低温氮气吸附测试流程：首先在105℃条件下被干燥12h，主要目的是驱除煤中的水分；随后，选取1-2g的煤样在真空、105℃条件下处理12h，确保驱除煤颗粒表面可能存在的吸附气；最后，高纯的N₂被用作吸附质，在77K的温度下，测试0.01到0.995的相对压力条件下的吸附过程；

步骤三、对高压压汞测试的孔隙结构数据进行分形处理，基于式(1)和式(2)确定粒间孔隙填充压力(P_f)和基质收缩压力(P_c)，并结合式(3)～式(10)对高压压汞测试获得的孔径分布进行校正：

dV/dP∝P^4-D (1)

式中，V为压力P下煤样进汞量，D为孔隙分形维数；

通过对式(1)取对数，即可获得不同进汞压力下煤岩孔隙所对应的分形维数。

lg(dV/dP)∝(4-D)lgP (2)

以不同压力范围内孔隙分形维数为基准，将煤岩孔隙结构划分为三段，将分形维数小于2处对应的进汞压力作为粒间孔隙填充压力P_f，将分形维数大于3处对应的进汞压力作为基质收缩压力P_c；粒间孔隙填充压力P_f之前压汞测试获得非常规致密储层的μm级别裂隙，基质收缩压力P_c之后压汞测试获得非常规致密储层被压缩的部分nm级别孔隙，介于二者之间的为正常的孔隙，参照图3所示；

致密储层高压下的可压缩性可以表示为：

式中，K_c为基质收缩系数，m²/N；V_c为基质体积，cm³/g；

式中，ρ为真密度，g/cm³；V_N2为低温液氮法测得的孔隙体积，cm³/g；

对于可压缩的多孔介质而言，进汞量主要有两部分共同体现，即：

ΔV_obs＝ΔV_p+ΔV_c (5)

式中，ΔV_obs为视进汞量，cm³/g；ΔV_p为孔隙进汞填充量，cm³/g；ΔV_c为基质收缩量，cm³/g；

基质收缩效应主要发生在进汞压力为P_c之后，在此压力范围内进汞量与进汞压力近似为一线性直线，其斜率为β，参照图4所示；

将式(7)带入式(3)可得：

式中，ΔV_p可以利用低温液氮吸附测得的孔隙体积替代，据此可以计算获得基质的收缩系数。

假设基质收缩系数在压力增加过程中为一常数，则不同压力下基质的体积为，

V_ci＝V_c-K*V_c*(P_i-P₀) (9)

式中，V_ci为压力P_i下煤基质体积，cm³/g；

据此，可以获得不同压力条件下样品中孔隙的实际进汞量，参照图5所示：

V_pi＝V_obsi-(V_c-V_ci) (10)

式中，V_pi为压力P_i下孔隙实际进汞量，cm³/g；V_obsi为压力P_i下孔隙视进汞量，cm³/g。

步骤四、参照图6，将校正后的高压压汞孔径分布曲线和低温氮气吸附孔径分布曲线绘制在同一张图上，获取不同孔径分布曲线的交汇点；

步骤五、参照图7，以交汇点为界限，并基于低温氮气吸附测试获得的nm级孔隙分布特征，剔除交汇点重复孔径分布，即获得非常规致密储层样品的孔径全尺寸分布曲线，实现对非常规致密储层孔径全尺寸孔径分布的精细定量表征。

实验方法原理说明

高压压汞测试中高压条件容易造成致密储层中孔隙的压缩而造成孔径分布的减少和失真，盲目地使用高压压汞测得的孔径分布特征，易导致对非常规致密储层中部分nm级别和μm级别的孔径分布特征产生错误认识，如何正确认识高压压汞获得的孔径分布特征，并结合低温液氮吸附获取的非常规致密储层孔径分布特征，实现非常规致密储层孔径分布特征的精细表征是目前研究的难点。

本发明通过对高压压汞过程中基质收缩效应的精细表征，实现高压压汞中孔径分布的精确表征，结合低温气体吸附测试获得的同一样品的nm级别孔径分布特征，实现了对非常规致密储层孔径的全尺寸表征，这对于非常规致密油气富集甜点区的有效评价具有指导意义。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (3)

1.一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一、将非常规致密储层岩心置于烘箱中至样品恒重，将岩心使用线切割机切出直径2.5cm，长度为3cm的柱状岩心一块；切出直径2.5cm，长度为2cm的柱状岩心一块，将直径2.5cm，长度为2cm的柱状岩心破碎为0.18-0.25mm大小粒状样品；

步骤二、对直径2.5cm，长度为3cm的柱状岩心开展高压压汞测试，对破碎为0.18-0.25mm大小的粒状样品开展低温氮气吸附测试；

步骤三、对高压压汞测试的孔隙结构数据进行分形处理，确定粒间孔隙填充压力P_f和基质收缩压力P_c，并结合低温液氮吸附测试结果，对高压压汞测试获得的孔径分布进行校正；

步骤四、将校正后的高压压汞孔径分布曲线和低温氮气吸附孔径分布曲线绘制在同一张图上，获取不同孔径分布曲线的交汇点；

步骤五、以交汇点为界限，并基于低温氮气吸附测试获得的nm级孔隙分布特征，剔除交汇点重复孔径分布，即获得非常规致密储层样品的孔径全尺寸分布曲线，实现对非常规致密储层孔径全尺寸孔径分布的精细定量表征。

2.根据权利要求1所述的一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法，其特征在于，所述步骤二中的高压压汞测试、低温氮气吸附测试流程按下述条件展开：

高压压汞测试流程：首先将样品放置在干燥箱中，在85℃下干燥24h；随后将样品放入压汞仪样品舱中，进行低压下的排空，排空舱室和颗粒表面的吸附气；最后采用平衡法进行煤样的压汞测试，平衡时间为90s，实验结果由电脑自行记录；

低温氮气吸附测试流程：首先在105℃条件下被干燥12h，驱除煤中的水分；随后，选取1-2g的煤样在真空、105℃条件下处理12h，确保驱除煤颗粒表面可能存在的吸附气；最后，高纯的N₂被用作吸附质，在77K的温度下，测试0.01到0.995的相对压力条件下的吸附过程。

3.根据权利要求1所述的一种非常规致密储层孔径全尺寸表征的方法，其特征在于，所述的步骤三具体为：

对高压压汞测试的孔隙结构数据进行分形处理，基于式(1)和式(2)确定粒间孔隙填充压力P_f和基质收缩压力P_c，并结合式(3)～式(10)对高压压汞测试获得的孔径分布进行校正：

dV/dP∝P^4-D (1)

式中，V为压力P下煤样进汞量，D为孔隙分形维数；

通过对式(1)取对数，即可获得不同进汞压力下煤岩孔隙所对应的分形维数；

lg(dV/dP)∝(4-D)lgP (2)

以不同压力范围内孔隙分形维数为基准，将煤岩孔隙结构划分为三段，将分形维数小于2处对应的进汞压力作为粒间孔隙填充压力P_f，将分形维数大于3处对应的进汞压力作为基质收缩压力P_c；粒间孔隙填充压力P_f之前压汞测试获得非常规致密储层的μm级别裂隙，基质收缩压力P_c之后压汞测试获得非常规致密储层被压缩的部分nm级别孔隙，介于二者之间的为正常的孔隙；

致密储层高压下的可压缩性可以表示为：

式中，K_c为基质收缩系数，m²/N；V_c为基质体积，cm³/g；

式中，ρ为真密度，g/cm³；V_N2为低温液氮法测得的孔隙体积，cm³/g；

对于可压缩的多孔介质而言，进汞量主要有两部分共同体现，即：

ΔV_obs＝ΔV_p+ΔV_c (5)

式中，ΔV_obs为视进汞量，cm³/g；ΔV_p为孔隙进汞填充量，cm³/g；ΔV_c为基质收缩量，cm³/g；

基质收缩效应主要发生在进汞压力为P_c之后，在此压力范围内进汞量与进汞压力近似为一线性直线，其斜率为β；

将式(7)带入式(3)可得，

式中，ΔV_p可以利用低温液氮吸附测得的孔隙体积替代，据此可以计算获得基质的收缩系数；

假设基质收缩系数在压力增加过程中为一常数，不同压力下基质的体积为：

V_ci＝V_c-K*V_c*(P_i-P₀) (9)

式中，V_ci为压力P_i下煤基质体积，cm³/g；

据此，可以获得不同压力条件下样品中孔隙的实际进汞量：

V_pi＝V_obsi-(V_c-V_ci) (10)

式中，V_pi为压力P_i下孔隙实际进汞量，cm³/g；V_obsi为压力P_i下孔隙视进汞量，cm³/g。

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