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    重庆时时彩后二玩法稳赚: 一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法.pdf

    关 键 词:
    一种 预测 地质 条件下 致密 砂岩 天然气 扩散系数 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201710004832.4

    申请日:

    2017.01.04

    公开号:

    CN106769688A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 13/00申请日:20170104|||公开
    IPC分类号: G01N13/00 主分类号: G01N13/00
    申请人: 中国石油天然气股份有限公司
    发明人: 赵忠英; 卢山
    地址: 100007 北京市东城区东直门北大街9号
    优先权:
    专利代理机构: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 张德斌;姚亮
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201710004832.4

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供了一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法。所述方法包括如下步骤:采集岩石样品,筛选致密砂岩样品,将筛选出的样品饱和地层水;根据研究区地层的温度和压力变化范围和天然气组成,进行不同温度和压力条件下的天然气扩散系数实验测定;建立天然气扩散系数与温度的动力学模型,确定扩散活化能与气体常数的比值;建立天然气扩散系数与压力的指数模型,确定扩散压力因子;建立粘土矿物含量和扩散活化能与气体常数比值的线性模型;建立孔喉中值半径倒数与扩散压力因子的线性模型;建立扩散系数多因素模型;利用扩散系数多因素模型,预测研究区不同岩石在不同温压条件下的扩散系数。

    权利要求书

    1.一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法,其中,所述方法包括如下
    步骤:
    (1)采集岩石样品,筛选致密砂岩样品,并将选出的样品饱和地层水;
    (2)根据研究区地层的温度和压力变化范围和天然气组成,进行不同温度和压力条件
    下的天然气扩散系数实验测定;
    (3)建立天然气扩散系数与温度的动力学模型,确定扩散活化能与气体常数的比值;
    (4)建立天然气扩散系数与压力的指数模型,确定扩散压力因子;
    (5)建立粘土矿物含量和扩散活化能与气体常数比值的线性模型;
    (6)建立孔喉中值半径倒数与扩散压力因子的线性模型;
    (7)建立扩散系数多因素模型;
    (8)利用扩散系数多因素模型,预测研究区不同岩石在不同温压条件下的扩散系数。
    2.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(1)是采集研究区构造背景和沉积环境相似
    以及岩石物性分布广泛的岩石样品;其中优选根据采集样品的孔隙度、渗透率、孔喉中值半
    径和粘土矿物含量从低到高均有分布的原则来采集岩石样品。
    3.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(1)是筛选孔喉中值半径和粘土矿物含量从
    高到低的致密砂岩样品;其中优选是筛选出孔喉中值半径介于0到1μm,粘土矿物含量介于0
    到100%,从高到低分布的样品;优选样品数量不得少于4块;还优选是通过孔隙度、渗透率、
    高压压汞和X衍射实验测定来筛选孔喉中值半径和粘土矿物含量从高到低的致密砂岩样
    品;还优选步骤(1)是按SY/T 5336-2006、GB/T 21650.1-2008和SY/T 5163-2010标准进行
    孔隙度、渗透率、孔喉中值半径和粘土矿物含量的测定。
    4.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(1)是根据研究区的地层水矿化度值,将筛选
    出的样品饱和地层水。
    5.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(2)中进行不同温度和压力条件下的天然气
    扩散系数实验测定是从研究区岩石所经历的最低温度和压力做到最高温度和压力,温度按
    一定间隔测量至少4个温度点,而每个温度点下至少测量4个压力点;其中优选天然气扩散
    系数测定按SY/T 6129-1995标准进行。
    6.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(3)天然气扩散系数与温度的动力学模型为
    其中D-扩散系数(cm2/s),Ea-活化能(cal/mol),R-气体常数(1.987cal·mol
    -1·K-1),T-温度(K),A-指前因子,从而确定扩散活化能与气体常数比值Ea/RT的数值;优选
    步骤(3)是绘制同一压力条件下的扩散系数D与温度T的交会图,建立天然气扩散系数与温
    度的动力学模型。
    7.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(4)天然气扩散系数与压力的指数模型为D=
    AeBP,其中D-扩散系数(cm2/s),A-指前因子(cm2/s),B-压力因子,P-压力(MPa),从而确定压
    力因子B的数值;优选步骤(4)是绘制同一温度条件下的扩散系数D与压力P的交会图,建立
    天然气扩散系数与压力的指数模型。
    8.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(5)是建立粘土矿物含量和扩散活化能与气
    体常数比值的线性模型为Ea/R=a1C+b1,其中Ea-活化能(cal/mol),R-气体常数
    (1.987cal·mol-1·K-1),C-粘土矿物含量(%)。
    9.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(6)是建立孔喉中值半径倒数与扩散压力因
    子的线性模型为B=a2/r+b2,其中B-压力因子,r-孔喉中值半径(nm)。
    10.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(7)是建立扩散系数多因素模型:D=Ae
    -(a1C+b1)/T-(a2/r+b2)P,其中D-扩散系数(cm2/s),A-指前因子,C-粘土矿物含量(%),T-温度
    (℃),r-孔喉中值半径(nm),P-压力(MPa)。

    说明书

    一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法

    技术领域

    本发明涉及石油勘探领域,具体的说,是涉及一种预测地质条件下致密砂岩中天
    然气扩散系数的方法。

    背景技术

    致密砂岩气已成为全球非常规天然气勘探的重点领域,目前全球有70多个盆地已
    发现或推测发育致密砂岩气,资源量约为209.6×1012m3,主要分布于北美、拉丁美洲和亚太
    地区。美国是致密砂岩气开发最早的地区,2011年致密砂岩气产量约为1690×108m3,占美国
    天然气总产量的26%(EIA,2012)。中国近年来随着大型压裂改造技术的进步和规?;?br />用,致密砂岩气勘探开发取得重大进展。据最新估算,中国致密砂岩气可采资源量约(9~
    13)×1012m3,2011年致密砂岩气产量约为256×108m3,占全国天然气总产量的25%左右(邹
    才能等,2013)。由于储层具有低孔低渗、非均质性强的特征,天然气扩散在致密砂岩气形成
    的过程中发挥了重要作用,但是目前仍没有预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的
    有效方法,从而导致计算的致密砂岩中天然气扩散量存在很大差异。

    致密砂岩中天然气扩散系数表示天然气在致密砂岩中的扩散能力,是指浓度梯度
    为一个单位时的扩散通量,单位为cm2/s。天然气扩散系数可以通过理论估算和实验测定来
    获得,但是由于地下岩石多孔介质的复杂性,测定天然气在岩石中的扩散系数才是研究地
    下天然气扩散作用的根本途径。国内外一些学者针对天然气在岩石中扩散系数的实验测定
    方法做了大量工作。前苏联学者Antonov首次在实验室测定了轻烃在沉积岩中的扩散系数,
    肖无然等成功地在国内实验室测定了常温常压条件下岩石中天然气的扩散系数。郝石生等
    对实验方法进行了改进,测定了在不同温度和压力条件下饱和水岩石中甲烷的扩散系数。
    Krooss等提出了天然气扩散系数测定新方法,测试了常温常压条件下饱含水岩石中天然气
    的扩散参数。李志生等研发了高温高压条件下岩石中天然气扩散系数测定的设备和方法。
    柳广弟、付广和张云峰等在实验测定扩散系数的基础上,分别分析了温度、压力、孔隙度对
    扩散系数的影响。

    目前可以实现在实验室里测定高温高压条件下致密砂岩中天然气扩散系数,并根
    据实验数据,在假设其它地质因素不变的前提下,确定一种特定的地质因素对扩散系数的
    影响,从而建立了扩散系数与温度、压力和孔隙度的单因素模型,然而目前尚未提出可以预
    测多种地质因素同时变化的情况下的扩散系数的方法。

    发明内容

    本发明的一个目的在于提供一种预测多种地质因素同时变化的情况下的致密砂
    岩中天然气扩散系数的方法。以至少解决相关技术中无法确定多种地质因素同时变化的情
    况下的天然气扩散系数而导致的无法正确计算历史时期天然气扩散量的技术问题。

    为达上述目的,一方面,本发明提供了一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩
    散系数的方法,其中,所述方法包括如下步骤:

    (1)采集岩石样品,筛选致密砂岩样品,并将选出的样品饱和地层水;

    (2)根据研究区地层的温度和压力变化范围和天然气组成,进行不同温度和压力
    条件下的天然气扩散系数实验测定;

    (3)建立天然气扩散系数与温度的动力学模型,确定扩散活化能与气体常数的比
    值;

    (4)建立天然气扩散系数与压力的指数模型,确定扩散压力因子;

    (5)建立粘土矿物含量和扩散活化能与气体常数比值的线性模型;

    (6)建立孔喉中值半径倒数与扩散压力因子的线性模型;

    (7)建立扩散系数多因素模型;

    (8)利用扩散系数多因素模型,预测研究区不同岩石在不同温压条件下的扩散系
    数。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(1)是采集研究区构造背景和沉积环境
    相似以及岩石物性分布广泛的岩石样品。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(1)是根据采集样品的孔隙度、渗透率、
    孔喉中值半径和粘土矿物含量从低到高均有分布的原则来采集岩石样品。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(1)是筛选孔喉中值半径和粘土矿物含
    量从高到低的致密砂岩样品;

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(1)是筛选出孔喉中值半径介于0到1μ
    m,粘土矿物含量介于0到100%,从高到低分布的样品。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(1)是通过孔隙度、渗透率、高压压汞和
    X衍射实验测定来筛选孔喉中值半径和粘土矿物含量从高到低的致密砂岩样品。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(1)所筛选的样品数量不得少于4块。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(1)是按SY/T 5336-2006、GB/T
    21650.1-2008和SY/T 5163-2010标准进行孔隙度、渗透率、孔喉中值半径和粘土矿物含量
    的测定。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(1)是根据研究区的地层水矿化度值,
    将筛选出的样品饱和地层水。

    其中可以理解的是,使用的地层水矿化度要与研究区地层水矿化度的大小保持一
    致。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(2)中进行不同温度和压力条件下的天
    然气扩散系数实验测定是从研究区岩石所经历的最低温度和压力做到最高温度和压力,温
    度按一定间隔测量至少4个温度点,而每个温度点下至少测量4个压力点。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(2)中天然气扩散系数测定按SY/T
    6129-1995标准进行。

    其中可以理解的是,扩散系数实验测定使用的天然气成分要与研究区天然气成分
    保持一致

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(3)天然气扩散系数与温度的动力学模
    型为其中D-扩散系数(cm2/s),Ea-活化能(cal/mol),R-气体常数(1.987cal·
    mol-1·K-1),T-温度(K),A-指前因子,从而确定扩散活化能与气体常数比值Ea/RT的数值。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(3)是绘制同一压力条件下的扩散系数
    D与温度T的交会图,建立天然气扩散系数与温度的动力学模型。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(4)天然气扩散系数与压力的指数模型
    为D=AeBP,其中D-扩散系数(cm2/s),A-指前因子(cm2/s),B-压力因子,P-压力(MPa),从而
    确定压力因子B的数值。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(4)步骤(4)是绘制同一温度条件下的
    扩散系数D与压力P的交会图,建立天然气扩散系数与压力的指数模型。

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(5)是建立粘土矿物含量和扩散活化能
    与气体常数比值的线性模型为Ea/R=a1C+b1,其中Ea-活化能(cal/mol),R-气体常数
    (1.987cal·mol-1·K-1),C-粘土矿物含量(%);

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(6)是建立孔喉中值半径倒数与扩散压
    力因子的线性模型为B=a2/r+b2,其中B-压力因子,r-孔喉中值半径(nm);

    根据本发明一些具体实施方案,其中,步骤(7)是建立扩散系数多因素模型为D=
    Ae-(a1C+b1)/T-(a2/r+b2)P,其中D-扩散系数(cm2/s),A-指前因子,C-粘土矿物含量(%),T-温度
    (℃),r-孔喉中值半径(nm),P-压力(MPa)。

    综上所述,本发明提供了一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方
    法。本发明的方法具有如下优点:

    通过本发明的方法,解决了现有技术中无法确定多种地质因素同时变化的情况下
    的天然气扩散系数而导致的无法正确评价历史时期天然气扩散量的技术问题,实现了一个
    地区不同岩石在不同历史时期的天然气扩散系数预测,为历史时期天然气扩散量计算提供
    必要参数。

    附图说明

    图1是根据本发明实施例1的预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的工作
    方法流程图;

    图2是根据本发明实施例1的样品1的扩散系数与温度的交会图,确定每个样品的
    平均扩散活化能与气体常数R的比值Ea/R;

    图3是根据本发明实施例1的样品1的扩散系数与压力的交会图,确定每个样品的
    扩散压力因子B;

    图4是根据本发明实施例1的粘土矿物含量C与每块样品平均Ea/R交会图,确定模
    型中的a1和b1;

    图5是根据本发明实施例1的孔喉中值半径倒数1/r与每块样品平均B交会图,确定
    模型中的a2和b2。

    具体实施方式

    以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果,旨在帮助阅
    读者更好地理解本发明的实质和特点,不作为对本案可实施范围的限定。

    实施例1

    在本发明的实施方式1中,提供了一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系
    数的方法,如图1所示,包括以下步骤:

    步骤S101:采集研究区构造背景和沉积环境相似以及物性分布广泛的岩石样品;

    步骤S102:对样品进行孔隙度、渗透率、高压压汞和X衍射分析,筛选孔喉中值半径
    和粘土矿物含量从高到低的致密砂岩样品;

    步骤S103:确定研究区的地层水矿化度、天然气组成以及岩石所经历的最高、最低
    历史温度和压力;

    步骤S104:将筛选出的样品饱和地层水、进行同一温度、压力从低到高以及同一压
    力、温度从低到高,固定间隔的不同温度和压力系列条件下的扩散系数测定;

    步骤S105:建立天然气扩散系数与温度的动力学模型,扩散系数与压力的指数模
    型,确定平均Ea/R和平均B;

    步骤S106:建立粘土矿物含量C与平均Ea/R的线性模型,孔喉中值半径倒数1/r与
    平均B的线性模型,确定扩散系数多因素模型中的a1、b1,a2、b2;

    步骤S107:根据扩散系数实验数据和已知的T、P、C、r、a1、b1,a2、b2,确定扩散系数
    多因素模型中的指前因子A;

    步骤S108:建立扩散系数多因素模型D=Ae-(a1C+b1)/T-(a2/r+b2)P,进行地质条件下的
    扩散系数预测。

    通过本实施方式的上述方法对鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩中天然气扩散系
    数进行了预测。

    具体地,采集了鄂尔多斯盆地上古生界苏里格地区58块致密砂岩样品,按SY/T
    5336-2006、GB/T 21650.1-2008和SY/T 5163-2010标准对样品进行了孔隙度、渗透率、高压
    压汞和X衍射分析,筛选孔喉中值半径和粘土矿物含量从高到低的致密砂岩样品5块。

    表1:筛选出的5块样品的基本参数实验测试数据


    根据油田数据,确定苏里格地区上古生界地层水的平均矿化度为43.12g/L,天然
    气组成主要为甲烷气,岩石所经历的温度为30~120℃,压力为8-32MPa。

    将5块样品饱和地层水,按SY/T 6129-1995标准进行温度为30℃,压力分别为8、
    16、24、32MPa;温度为60℃,压力分别为8、16、24、32MPa、温度为90℃,压力分别为8、16、24、
    32MPa、温度为120℃,压力分别为8、16、24、32MPa条件下的天然气扩散系数测定。

    表2:5块样品的扩散系数实验数据


    根据实验数据,做每块样品在同一压力条件下的扩散系数D与温度T的交会图,见
    图2所示,建立扩散系数与温度的动力学模型,确定每块样品的平均Ea/R。

    根据实验数据,做每块样品在同一温度条件下的扩散系数D与压力P的交会图,见
    图3所示,建立扩散系数与压力的指数模型,确定每块样品的平均B。

    做粘土矿物含量C与平均Ea/R的交会图,建立Ea/R与C的线性模型,见图4所示,确
    定多因素模型中的a1=2.0903、b1=43.244。

    做孔喉中值半径倒数1/r与平均B的交会图,建立B与1/r的线性模型,见图5所示,
    确定多因素模型中的a2=0.5029、b2=0.0174。

    根据扩散系数实验数据和已知的T、P、c、r、a1、b1,a2、b2,确定扩散系数多因素模型
    中的指前因子A=4.1619×10-5。

    最终建立扩散系数多因素模型D=4.1619×10-5e-(2.0903c+43.244)/T-(0.5029/r+0.0174)P,
    其中D-扩散系数(cm2/s),T-温度(℃),P-压力(MPa),C-粘土矿物含量(%),r-孔喉中值半
    径(nm)。

    根据研究区致密砂岩的孔喉中值半径、粘土矿物含量和所处的温度、压力条件,利
    用上述方法建立的扩散系数多因素模型,即可进行任一温度、压力、粘土矿物含量和孔喉中
    值半径条件下的扩散系数预测,从而为历史时期的天然气扩散量计算提供了必要参数。

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