泥頁巖滲透率測定方法綜述

1、泥頁巖滲透率測定方法綜述【摘 要】 隨著天然氣在國民經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(duì)研究滲流規(guī)律、 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)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(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】 泥頁巖 滲透率 測定方法 綜述 實(shí)驗(yàn)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?dú)狻?氦氣。對(duì)于高、 中滲透性巖層，運(yùn)用達(dá)西定律對(duì)巖心進(jìn)行穩(wěn)態(tài)法實(shí)驗(yàn)， 可測定較為精確的滲透率；對(duì)于以納米級(jí)孔隙為主具 有特低滲特征的泥頁巖，常

2、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(shí)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(shí)，可通過公式（ 1-1）計(jì)算滲透率：（1-1）式中：巖石絕對(duì)滲透率，；通過巖樣的流 體粘度，； 巖樣長度，；巖樣兩端壓差，0.1。因?yàn)闅怏w是可壓縮流體，所以（ 1-1）式需修正。 當(dāng)溫度一定時(shí)，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(shí)，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（1-2） 若把氣體膨

3、脹視為等溫過程，按氣體狀態(tài)，方程 可令：（1-3）由上可知：（1-4）將（ 1 -4）式代入（ 1-2）式有：（1-5）式中：巖石絕對(duì)滲透率，；通過巖樣的流 體粘度，； 巖樣長度，； 大氣壓力，； 分別 為通過巖樣兩端的壓力0.1 ；在大氣壓下的體積流 量； 下的平均體積流量。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(jì)算出滲透率， 測量范圍。穩(wěn)態(tài)法在測試時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)流體通過巖樣 流量過小無法計(jì)算滲透率的情況且建立穩(wěn)態(tài)流動(dòng)所需 時(shí)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(duì)巖

4、 樣一維非穩(wěn)態(tài)滲流過程中孔隙壓力隨時(shí)間的衰減數(shù)據(jù) 結(jié)合對(duì)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(duì)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：（2-1）式中：為巖樣孔隙壓力，；為巖樣孔隙流 體壓縮系數(shù)，； 為流體粘度，； 為脈沖衰減時(shí) 間，；一一分別為儀器上游和下游容器容積，。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(duì)應(yīng)（ 2-1）的初始條件和 邊界條件分別為：初始條件： （2-2）邊界條

5、件： （2-3）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(shí)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(shí)驗(yàn)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：（2-4）式中：為實(shí)驗(yàn)測試的脈沖滲透率儀上、下游容器 壓差與時(shí)間在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中的斜率；分別為測試巖 樣孔隙體積與脈沖滲透率儀上、 下游容器容積的比值， 當(dāng)時(shí)，。PDP-200脈沖式巖心滲透率測試儀美國巖心公司專門針對(duì)超低滲巖樣研發(fā)的的產(chǎn)品。對(duì)巖樣施加孔隙 壓力，通過巖樣傳導(dǎo)壓差脈沖信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄巖 樣兩端壓力差、下游壓力和時(shí)間并進(jìn)行線性回歸計(jì)算 滲透率。測量范圍。脈

6、沖衰減法測量速度快；缺點(diǎn)是對(duì)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(duì)超低滲巖樣測量時(shí)，在測試初期，較高的測試圍壓 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響，導(dǎo)致比穩(wěn)態(tài)法測量的結(jié)果偏?。?對(duì)滲流介質(zhì)為氣體時(shí)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(shí)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(shí)脈沖法， CMS-300 測量系 統(tǒng)應(yīng)根據(jù)巖樣特點(diǎn)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。參考文獻(xiàn)：1 張玉金.低滲透率地層滲透率的確定方法J.測 井技術(shù).1993, 17 (1): 60 64.2 萬金鳳.非穩(wěn)態(tài)氣測滲透率新方法研究及實(shí)現(xiàn) D. 成都：成都理工大學(xué) .2008