頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定方法、裝置和頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定方法、裝置和頁(yè)巖性質(zhì)測(cè) 定儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 頁(yè)巖氣是一種儲(chǔ)存于頁(yè)巖層中的非常規(guī)天然氣資源，其具有分布范圍廣、開(kāi)采壽 命長(zhǎng)W及生產(chǎn)周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。
[0003] 頁(yè)巖氣在頁(yè)巖層中的流動(dòng)能力是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣能否經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的重要因素。其中，常 用的流動(dòng)能力評(píng)價(jià)參數(shù)為滲透率。在相關(guān)技術(shù)中，通常采用達(dá)西穩(wěn)定流法測(cè)定頁(yè)巖滲透率。 通過(guò)計(jì)量一定壓力下通過(guò)頁(yè)巖樣品的氣體的流量，然后根據(jù)達(dá)西直線滲濾定律計(jì)算出頁(yè)巖 樣品的滲透率。
[0004] 另外，相關(guān)文獻(xiàn)也提出了采用脈沖衰減法測(cè)定頁(yè)巖滲透率。主要包括巖芯柱脈沖 衰減法、顆粒脈沖衰減法和脫氣法送Η種測(cè)定方法。其中，巖芯柱脈沖衰減法對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器 和頁(yè)巖樣品的要求較為嚴(yán)格，雖然具備較高的測(cè)定效果和精度，但數(shù)學(xué)處理上還需進(jìn)一步 研究；顆粒脈沖衰減法將頁(yè)巖樣品簡(jiǎn)化為規(guī)則外形，破壞了孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)測(cè)定結(jié)果有一定影 響；脫氣法僅適用于現(xiàn)場(chǎng)密閉取芯的測(cè)試，與頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣量測(cè)試相關(guān)，精度不高。
[0005] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在W下問(wèn)題；氣體在頁(yè)巖中 的滲流存在非達(dá)西流動(dòng)特點(diǎn)，此時(shí)應(yīng)用達(dá)西直線滲流定律計(jì)算頁(yè)巖的滲透率必然導(dǎo)致測(cè)定 結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。另外，上述技術(shù)涉及的各種測(cè)定方法，在測(cè)定頁(yè)巖的滲透率時(shí)均未考慮 吸附氣的影響，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)涉及的測(cè)定方法在測(cè)定頁(yè)巖的滲透率時(shí)未考慮頁(yè)巖氣的非達(dá) 西流動(dòng)特性W及吸附氣的影響，所導(dǎo)致的測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一 種頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定方法、裝置和頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定儀。所述技術(shù)方案如下：
[0007] 第一方面，提供了一種頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定方法，所述方法包括：
[0008] 獲取η組壓力值，所述η組壓力值為氣體在頁(yè)巖樣品中擴(kuò)散的過(guò)程中，每隔預(yù)定時(shí) 間間隔記錄的所述頁(yè)巖樣品兩端的壓力值，對(duì)于每一組壓力值，所述壓力值包括放置有所 述頁(yè)巖樣品的巖芯夾持器的進(jìn)口端的壓力值Pm和出口端的壓力值P?t，n > 2且η為整數(shù)；
[0009] 根據(jù)所述η組壓力值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的η組濃度值，對(duì)于每一組濃度值，所述濃度值包 括所述進(jìn)口端的濃度值Ni。和所述出口端的濃度值Ν。。，；
[0010] 根據(jù)所述η組濃度值求解一維擴(kuò)散方程得到所述頁(yè)巖樣品的擴(kuò)散系數(shù)D，所述擴(kuò) 散系數(shù)D用于反映氣體在所述頁(yè)巖樣品中的擴(kuò)散程度；
[0011] 使用下述公式計(jì)算所述頁(yè)巖樣品的滲透率k :
[0012] k = Ομ Φ 目 t ;
[0013] 其中，所述D表示所述擴(kuò)散系數(shù)（m2/s);所述μ表示流體粘度（Pa · s);所述Φ 表示所述頁(yè)巖樣品的有效孔隙度（％ );所述目t表示初始孔隙壓力下的壓縮系數(shù)（Pal)。
[0014] 可選的，所述一維擴(kuò)散方程為：
[0015]
[0016] 其中，所述L表示所述頁(yè)巖樣品的長(zhǎng)度（m);所述N表示氣體在位置X及時(shí)刻t所 對(duì)應(yīng)的濃度值化g/W);
[0017] 或者，
[0018] 所述一維擴(kuò)散方程為：
[0019]
[0020] 其中，所述L表示所述頁(yè)巖樣品的長(zhǎng)度（m);所述N表示氣體在位置X及時(shí)刻t所 對(duì)應(yīng)的濃度值化g/m3)
表示時(shí)刻t所對(duì)應(yīng)的吸附氣含量的增加量；所述P 1表示 所述頁(yè)巖樣品的密度化g/W);所述P2表示氣體密度化g/W)。
[0021] 可選的，所述使用下述公式計(jì)算所述頁(yè)巖樣品的滲透率k之前，還包括：
[0022] 使用下述公式計(jì)算所述頁(yè)巖樣品的有效孔隙度Φ :
[0023]
[0024] 其中，所述S表示所述頁(yè)巖樣品的截面積（m2);所述L表示所述頁(yè)巖樣品的長(zhǎng)度 (m);所述Pi表示脈沖壓力（MPa);所述P2表示平衡壓力（MPa);所述Zi表示氣體在壓力Pi 下的壓縮因子；所述Z2表示氣體在壓力P2下的壓縮因子；所述Vi表示與所述巖芯夾持器的 進(jìn)口端相連的上游氣體容器的體積（m3);所述V、表示所述上游氣體容器、所述上游進(jìn)氣閥、 所述巖芯夾持器W及所述下游進(jìn)氣閥之間的管線的體積（m3)。
[00巧]可選的，所述方法還包括：
[0026] 使用下述公式計(jì)算所述頁(yè)巖樣品的吸附氣含量Q。：
[0027]
[002引其中，所述Q。表示在第η個(gè)吸附平衡壓力下，單位質(zhì)量的所述頁(yè)巖樣品所吸附 的氣體體積（m3/kg);所述m表示所述頁(yè)巖樣品的質(zhì)量化g);所述V。表示在第η個(gè)吸附平衡 壓力下，所述頁(yè)巖樣品所吸附的氣體體積（m3);
所述Τ。表示常溫CC )，所述Τ表示實(shí)驗(yàn)溫度CC )，所述Ρ。表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（MPa)，所述Vh 表示與所述巖芯夾持器的進(jìn)口端相連的上游氣體容器的體積（m3)，所述表示所述巖芯 夾持器的孔隙體積（m3)，所述P。表示第η個(gè)脈沖壓力（MPa)，所述表示第η個(gè)吸附平衡 壓力（MPa)，所述Ζ。表示氣體在壓力Ρ。下的壓縮因子，所述表示氣體在壓力下的壓 縮因子；當(dāng)η = 1時(shí)：
[0029] 第二方面，提供了一種頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定裝置，所述裝置包括：
[0030] 壓力獲取模塊，用于獲取η組壓力值，所述η組壓力值為氣體在頁(yè)巖樣品中擴(kuò)散的 過(guò)程中，每隔預(yù)定時(shí)間間隔記錄的所述頁(yè)巖樣品兩端的壓力值，對(duì)于每一組壓力值，所述壓 力值包括放置有所述頁(yè)巖樣品的巖芯夾持器的進(jìn)口端的壓力值Pi。和出口端的壓力值Ρ。。,， η>2且η為整數(shù)；
[0031] 濃度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述η組壓力值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的η組濃度值，對(duì)于每一組濃 度值，所述濃度值包括所述進(jìn)口端的濃度值Ni。和所述出口端的濃度值Ν。。，；
[0032] 擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述η組濃度值求解一維擴(kuò)散方程得到所述頁(yè)巖樣 品的擴(kuò)散系數(shù)D，所述擴(kuò)散系數(shù)D用于反映氣體在所述頁(yè)巖樣品中的擴(kuò)散程度；
[0033] 滲透率計(jì)算模塊，用于使用下述公式計(jì)算所述頁(yè)巖樣品的滲透率k :
[0034] k = D μ Φ 目 t ;
[OCX35] 其中，所述D表示所述擴(kuò)散系數(shù)(V/s);所述μ表示流體粘度（Pa · s);所述Φ 表示所述頁(yè)巖樣品的有效孔隙度（％ );所述目t表示初始孔隙壓力下的壓縮系數(shù)（Pal)。
[0036] 可選的，所述一維擴(kuò)散方程為：
[0037]
[0038] 其中，所述L表示所述頁(yè)巖樣品的長(zhǎng)度（m);所述N表示氣體在位置X及時(shí)刻t所 對(duì)應(yīng)的濃度值化g/m");
[0039] 或者，
[0040] 所述一維擴(kuò)散方程為：
[0041]
[0042] 其中，所述L表示所述頁(yè)巖樣品的長(zhǎng)度（m);所述N表示氣體在位置X及時(shí)刻t所 對(duì)應(yīng)的濃度值化g/W) ; PiA. 表示時(shí)刻t所對(duì)應(yīng)的吸附氣含量的增加量；所述P 1表示 ct 所述頁(yè)巖樣品的密度化g/W);所述P2表示氣體密度化g/W)。
[0043] 可選的，所述裝置還包括：
[0044] 孔隙度計(jì)算模塊，用于使用下述公式計(jì)算所述頁(yè)巖樣品的有效孔隙度Φ :
[0045]
[0046] 其中，所述S表示所述頁(yè)巖樣品的截面積（m2);所述L表示所述頁(yè)巖樣品的長(zhǎng)度 (m);所述Pi表示脈沖壓力（MPa);所述P2表示平衡壓力（MPa);所述Zi表示氣體在壓力Pi 下的壓縮因子；所述Z2表示氣體在壓力P2下的壓縮因子；所述Vi表示與所述巖芯夾持器的 進(jìn)口端相連的上游氣體容器的體積（m3);所述V、表示所述上游氣體容器、所述上游進(jìn)氣閥、 所述巖芯夾持器W及所述下游進(jìn)氣閥之間的管線的體積（m3)。
[0047] 可選的，所述裝置還包括：
[0048] 吸附氣計(jì)算模塊，用于使用下述公式計(jì)算所述頁(yè)巖樣品的吸附氣含量Q。：
[0049]
[0050] 其中，所述Q。表示在第η個(gè)吸附平衡壓力P；^下，單位質(zhì)量的所述頁(yè)巖樣品所吸附 的氣體體積（m3/kg);所述m表示所述頁(yè)巖樣品的質(zhì)量化g);所述V。表示在第η個(gè)吸附平衡 壓力下，所述頁(yè)巖樣品所吸附的氣體體積（m3)
所述Τ。表示常溫CC )，所述Τ表示實(shí)驗(yàn)溫度CC )，所述Ρ。表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（MPa)，所述Vh 表示與所述巖芯夾持器的進(jìn)口端相連的上游氣體容器的體積（m3)，所述表示所述巖芯 夾持器的孔隙體積（m3)，所述P。表示第η個(gè)脈沖壓力（MPa)，所述表示第η個(gè)吸附平衡 壓力（MPa)，所述Ζ。表示氣體在壓力Ρ。下的壓縮因子，所述表示氣體在壓力下的壓 縮因子；當(dāng)η = 1時(shí)：
[0051] 第Η方面，提供了一種頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定儀，所述頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定儀包括：上游氣體容 器、上游進(jìn)氣閥、用于放置頁(yè)巖樣品的巖芯夾持器、下游進(jìn)氣閥、下游氣體容器、上游液壓 泉、圍壓液壓泉、下游液壓泉、壓力傳感器、壓差傳感器、圍壓進(jìn)氣閥、放空閥、恒溫箱、計(jì)時(shí) 器和計(jì)算設(shè)備；
[0052] 其中，所述巖芯夾持器的進(jìn)口端依次通過(guò)所述上游進(jìn)氣閥的第一閥口、所述上游 進(jìn)氣閥的第二閥口與所述上游氣體容器的第一端相連；所述巖芯夾持器的出口端依次通過(guò) 所述下游進(jìn)氣閥的第一閥口、所述下游進(jìn)氣閥的第二閥口與所述下游氣體容器的第一端相 連；所述巖芯夾持器、所述上游氣體容器和所述下游氣體容器安裝于所述恒溫箱中；所述 上游液壓泉通過(guò)第一管線與所述上游進(jìn)氣閥的第Η閥口相連，所述下游液壓泉通過(guò)第二管 線與所述下游進(jìn)氣閥的第Η閥口相連；所述上游進(jìn)氣閥的第四閥口通過(guò)第Η管線與所述下 游進(jìn)氣閥的第四閥口相連；所述上游進(jìn)氣閥的第五閥口經(jīng)所述壓差傳感器與所述下游進(jìn)氣 閥的第五閥口相連；所述圍壓液壓泉經(jīng)所述圍壓進(jìn)氣閥與所述巖芯夾持器的側(cè)壁相連；所 述上游氣體容器的第二端與所述壓力傳感器相連，所述下游氣體容器的第二端與所述放空 閥相連；所述壓力傳感器、所述壓差傳感器和所述計(jì)時(shí)器分別與所述計(jì)算設(shè)備相連；
[0053] 所述計(jì)算設(shè)備，包括如第二方面所述的頁(yè)巖性質(zhì)測(cè)定裝置。
[0054] 本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是：
[0055] 通過(guò)求解預(yù)先建立的一維擴(kuò)散方程得到頁(yè)巖樣品的擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而根據(jù)擴(kuò)散系數(shù) 求得頁(yè)巖樣品的滲透率；解決了【背景技術(shù)】涉及的測(cè)定方法在測(cè)定頁(yè)巖的滲透率時(shí)未考慮頁(yè) 巖氣的非達(dá)西流動(dòng)特性W及吸附氣的影響，所導(dǎo)致的測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題；