含水率对颗粒页岩渗透率的影响研究

【摘要】：渗透率是岩层重要的物性参数,尤其对于页岩。页岩是一种非常致密的低渗超低渗岩层,其渗透率非常小,通常在纳米级,是良好的盖层。页岩致密的特性使其成为强放射性核废物地质储存岩层的重要选择。随着页岩气的商业化开采,页岩成为富含页岩气的重要气藏,页岩渗透率也成为评价页岩气的产量及产能预测的关键参数。作为盖层,页岩本身的渗透率直接决定了其突破压力的大小,这也在一定程度上影响着页岩气资源的开采。在实际地层中,页岩都含有一定的水分,页岩的存在状态及所含水的存在状态对研究气体在页岩中的运移规律及赋存有极其重要的影响,可见研究含水状态下页岩的渗透率很有必要。本文以柴东石炭系柴页2井的4组页岩为讨论对象,利用课题组实验室自主设计的气固双相吸附仪器对不同含水率的颗粒页岩进行压力衰减实验,计算得出相应条件下的渗透率。同时对岩样进行低温CO_2、低温N_2吸附和高压压汞等测试,定性分析了岩样的孔径特征,得出孔隙结构的重要参数,最终结合有机质含量、矿物组成等,详细研究了含水率对渗透率的影响,并得出重要的结论。研究得出渗透率伴随含水率的变大而减小,水进入页岩孔隙后通过影响气体的运移通道分三个层面影响着渗透率。渗透率随三种测试方法得到的孔隙度的增大而变大,随含水率的增大而变小。当含水率较小时,渗透率随微孔和大孔孔隙比例的增加而变大,然而,这种趋向并不明显。针对含水页岩复杂多变的孔隙结构,本研究提出需要综合多种因素来分析孔隙结构对含水页岩渗透率的影响。当含水率不为零时,渗透率与石英矿物含量的相关性很差,而与粘土矿物及总有机碳含量在含水率达到0.2%、0.4%和0.6%时都有很强的相关性,渗透率分别随两者含量的增大而变大。而当含水率增大到0.8%时,渗透率与两者含量的相关性极差。含水页岩所含的矿物通过改变其孔隙特征影响着渗透率。当含水率较低时,渗透率与粘土矿物含量有很强的相关性,随着含水率的增大,相关性变得越来越弱。页岩渗透率随总有机碳含量的变化可以归因于孔隙度的变化。