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《中国石油大学(华东)》 2017年
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页岩气藏岩石物理性质及实验方法研究—孔隙度和电性

董旭  
【摘要】:实验室岩心分析是研究页岩气藏岩石及其流体性质的重要手段。受低渗透率和复杂矿物组成等因素的影响,针对传统中高渗岩石开发的实验方法在页岩岩心分析中不再适用。本论文从页岩气藏岩石的物理性质分析入手,结合焦石坝地区黑色页岩实验测试结果,开展岩心洗油效果评价方法、总孔隙度测试方法、饱和度构建方法及电性特征分析研究,目标是建立与页岩气藏岩石物理性质相适应的实验分析技术。页岩中有机质多相共存的特殊性,使洗油目标不再是简单地除去孔隙中所有的烃。传统的洗油效果评价方法无法有效地区分页岩中的自由烃(轻质自由烃和类流体残余烃)和固相有机质。本文采用ESH(extended slow heating)热解技术,通过比较洗油前后岩石热解谱的特征变化来判断洗油效果,以实现在不破坏固相有机质骨架的前提下清除掉孔隙中所有自由烃的目标。ESH热解分析结果显示,页岩ESH热解谱的形态特征与其TOC含量有关,富干酪根页岩ESH热解谱通常呈明显的三峰结构,而贫干酪样品为双峰结构。贫富干酪根样品的评价流程和评价标准存在一定的差别。对于富干酪根样品,洗油后的ESH热解谱中S1_E和S2a_E(表征轻质自由烃和类流体残余烃)消失而S2b_E(表征固相有机质)基本不变,表示样品洗油完成;对于贫干酪根样品中,S1_E和S2a_E组分全部消失表示洗油完成。粘土样品的TGA(热失重检测技术)检验结果显示,加热200℃能够在不破坏粘土矿物骨架的前提下实现除水的目的。尽管GRI总孔隙度测量方法已被广泛应用于低渗透性页岩孔隙度评价,但其中许多影响因素却一直未给出合理的解释。本文对影响气测孔隙度测试结果的氦气分子筛效应、注气压力和样品粉碎程度等因素开展了实验分析。氦气、氮气和甲烷在分子筛材料中的吸附量测试结果显示,使用氦气测试页岩孔隙度既可以充分表征孔隙空间又可以将吸附量影响最小化。受分子筛效应等的影响,氦气无法穿过页岩中直径小于氦气分子直径的孔道,因此气测总孔隙度本质上是总气体侵入孔隙度。变注气压力孔隙度测试结果显示,柱塞岩心和粉碎样品的孔隙度测量结果均受气体注入压力的影响,区别是粉碎颗粒越细所需的最小注气压力越小。气体扩散平衡压力控制在1.5~2.0 MPa以上得到的孔隙度值与WIP(water immersion porosimetry)总孔隙度吻合。采用API的常规注气压力(0.69~1.38 MPa)会低估孔隙度10%~20%。在提供充足气体压力的条件下,气体在颗粒越细的样品中实现扩散平衡的效率越高。粉碎后暴露表面积的增大和样品粒径的缩小,可以有效地缩短氦气在粉碎样品中总的扩散平衡时间。多级粉碎样品的孔隙度测试结果显示,不能通过无限粉碎来提高测试效率。页岩样品粉碎应考虑不破坏原始孔隙结构和粒度组成两大要素。粉碎临界值控制在60目能以最高效率获得准备的总孔隙度值,且既能避免因在微米尺度粉碎样品而破坏页岩孔隙结构,又能保证粉碎样本颗粒尺寸远大于原始样品粒度最大值从而不破坏粒度组成完整性。开展页岩饱和度构建方法和电性特征分析研究,采用自吸和驱替结合的方式构建含水饱和度分布,借助核磁共振技术直观获取导电流体分布状态,结合阿尔奇公式RI-Sw曲线分析页岩电性特征。饱和度构建方法和阿尔奇饱和度指数的统计关系显示,离心法和常规气驱法得到的流体分布不均匀,隔板法得到的饱和度指数稳定且驱替下限更宽。用自吸法和隔板法结合的方式可以得到约10%~100%之间的含水饱和度分布。两种方式得到的流体分布特征差别明显,自吸增饱和度阶段,流体分布变化发生在T_(2C)左侧,粘土束缚水的增加主导电阻率变化,双对数坐标下导电规律呈指数形式;驱替降饱和度阶段,流体分布变化发生在T_(2C)右侧,自由水的减少主导电阻率变化,在双对数坐标下呈幂函数形式。受生烃消耗等因素的影响,地层条件下的饱和度下降并不是单纯的自由水排出过程,还会包括一些束缚水,这是导致驱替得到的束缚水饱和度会比地层原始含水饱和度高的原因。与驱替技术相比,用自吸法建立的饱和度更接近地层含水情况,能够更加合理地评价页岩储层原始状态下的含水饱和度。
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P618.13

【参考文献】
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