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利用甲烷吸附动态过程数据计算含水页岩渗透率的方法

王蜜蕾  
【摘要】:由于页岩极其致密且孔隙结构复杂,其渗透性能一直是广大学者研究的重点,关于渗透率的测量与计算方法有很多,且页岩在自然状态下具有初始含水率,因此,对于含水页岩渗透率的研究也具有重要的意义。本研究对取自柴达木盆地东部石炭系的页岩样品进行分析,在考虑甲烷吸附的情况下,计算并对比干湿页岩样品、以及不同含水率的含水样品之间渗透率的差异。在进行页岩的渗透性能研究之前,先测量岩石样品的基础属性,包括矿物成分、有机地球化学特征、孔隙结构特征及孔径分布等。在此基础上,将样品制成直径为0.25毫米的颗粒状,选取其中三组样品在相对湿度分别为65%、85%、95%,温度为25℃的条件下进行润湿处理,随后对干燥及含水页岩进行甲烷吸附实验,实验温度控制在40℃,压力范围为0-10 MPa。最后,根据甲烷吸附实验趋向平衡过程的动态数据,分别计算出各个干燥样品及不同含水率样品的渗透率,进行对比分析。研究发现,样品润湿后,其甲烷吸附能力平均下降了48.88%,且含水样品等温吸附曲线的变化趋势比干样品更为平缓;干样品的甲烷吸附速率θ与渗透率随实验压力变化的曲线都呈现相似的“w”形,且变化趋势具有“先同后异”的节点,在节点前渗透率和吸附速率所代表的都是样品小孔隙的特征,节点后则代表的是相对较大孔隙的特征;根据曲线变化以及分析,我们预测当实验压力达到无穷大时,甲烷吸附速率会无限接近于0,而此时渗透率将停止波动成为一个固定值k_f,这个值即为样品的固有渗透率。含水样品的渗透率相对于干燥样品下降了74.4%-89.3%左右,且渗透率与含水率之间呈现良好的指数函数关系:y=a0),孔隙度变化以及水的存在所造成的孔隙连通性下降是渗透率下降的主要原因;不同含水率的含水样品之间渗透率差异并不大,通过计算含水样品的水膜厚度与孔径分布,发现水分只对小孔隙造成明显影响,这是导致含水样品间渗透率差异不大的主要原因;此外,由于粘土矿物的亲水性,以及比表面积越大水分越容易吸附,研究发现渗透率下降率与总有机碳含量(TOC)和比表面积成正相关关系。


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