非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法
2023-05-30 19:47:06
專利名稱：非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法
技術領域：
本發明涉及一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法，屬於石油開採技術領域中的非常規天然氣成藏地質分析技術領域。
背景技術：
我國天然氣藏以中低豐度為主、且大部分為低孔低滲緻密砂巖氣藏。近年來，隨著天然氣的勘探和開發步入快速發展階段，低孔低滲緻密砂巖氣逐漸成為我國天然氣儲量、產量增長的主體，但目前低滲緻密砂巖氣藏成藏機理尚不清楚，擴散在低滲緻密砂巖天然氣成藏的作用和貢獻便是當前迫切需要解決的關鍵性問題之一。對於低滲緻密砂巖儲層，當孔隙及吼道相對狹小以至於壓力梯度驅動下達西滲流或非線性的非達西滲流無法實現情況下，天然氣的擴散運移也許會成為一種重要運移方式。國內外許多學者對天然氣擴散開展過大量的研究工作，大多數學者的研究工作主要集中在擴散對已聚集成藏天然氣藏的後期改造和破壞作用，而對於擴散在天然氣運聚成藏過程中的積極作用開展的研究工作較少，對於擴散在低滲緻密砂巖天然氣成藏中的作用及貢獻研究則更少，也尚未發現有與低滲緻密砂巖天然氣擴散運移模擬實驗相關的專利申請文獻。由於天然氣擴散無法直觀觀察限制人們對擴散作用認識和深入發展，也給積極、全面地評價其在非常規低滲緻密砂巖天然氣成藏中的作用和貢獻帶來了困難。因此，有必要開發一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗技術。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明的目的在於提供一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法，該實驗方法用於方便、快捷、高效地評價擴散作用在非常規低滲緻密砂巖天然氣成藏中所起的積極作用和貢獻，為準確開展非常規低滲緻密砂巖氣資源評價提供實驗技術和數據支持。為達上述目的，本發明提供一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法，其包括以下步驟A.將低滲緻密砂巖樣品在80°C下烘乾8小時，稱樣品乾重並記錄Gd ；B.將樣品抽真空並飽和水6小時以上直至無氣泡溢出，取出已經完全飽和水的樣品，稱樣品溼重並記錄Gw ；C.將樣品裝入巖石擴散係數測定儀的巖心夾持器中並加圍壓，然後對儀器進行試漏；D.當儀器管線及連接無漏氣時，向巖心加持器中的左擴散室、右擴散室分別通入相同壓力的烴類和N2，開始擴散運移實驗，E.實驗開始後打開色譜儀，每隔2小時檢測擴散運移後左擴散室中烴類及N2的濃度、右擴散室中烴類及N2的濃度，利用計算機紀錄存儲兩擴散室烴類及N2濃度數據，根據兩擴散室的烴類濃度數據是否發生變化，判斷兩個擴散室中的烴類氣體是否通過樣品進入對方擴散室;F.進彳丁 48小時後停止實驗,取出樣品並稱重,記錄實驗後的樣品溼重Gr ；G..根據公式剩餘含水飽和度Sw = (Gr-Gd)/(Gw-Gd) X100%,最大含氣飽和度Sg =100% -Sw分別計算出樣品的含水飽和度Sw和最大含氣飽和度Sg,分析其與物性之間的關係。根據本發明的具體實施方式
，優選地，在上述方法中，所述烴類可以為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷或戊烷等單組份氣體烴類。根據本發明的具體實施方式
，優選地，在上述方法的步驟C中，所述圍壓為3_20MPa。 根據本發明的具體實施方式
，優選地，在上述方法的步驟D中，所述相同壓力的烴類和N2的壓力為0. 2MPa。根據本發明的具體實施方式
，優選地，上述方法還包括按照所述步驟A-G對多個樣品進行檢測，分別計算出每個樣品的含水飽和度Sw和最大含氣飽和度Sg，分析其與物性之間的關係。在本發明提供的上述方法中，對樣品抽真空並飽和水的處理可以採用任何能夠實現該處理的裝置進行，例如圖2所示的巖石飽和水裝置。本發明的非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法可以是通過下述的實驗系統完成的。該實驗系統包括前處理設備及實驗設備；所述前處理設備包括烘乾裝置、巖石飽和水裝置、稱重裝置；所述實驗設備包括巖石擴散係數測定儀、加壓泵、烴類和N2氣源、色譜檢測儀以及計算機等；其中，所述巖石擴散係數測定儀包括恆溫箱和巖心夾持器；所述巖石飽和水裝置包括樣品瓶、飽和水瓶、連接管線、壓力表和真空泵；所述巖心夾持器位於恆溫箱內，用於放置樣品，並被樣品分隔成左擴散室及右擴
散室；所述加壓泵與所述巖心夾持器相連接，該加壓泵通過液壓的方式用於給巖心夾持器加圍壓；所述烴類和N2氣源包括烴類氣源和N2氣源，用於向左擴散室提供烴類，向右擴散室提供N2,所述烴類氣源通過管線與所述左擴散室相連接，並在該管線上設置烴類氣源控制閥與左擴散室控制閥，所述N2氣源通過管線與所述右擴散室相連接，並在該管線上設置N2氣源控制閥與右擴散室控制閥；所述色譜檢測儀分別與所述左擴散室和所述右擴散室相連接，其通過檢測左擴散室中的烴類和N2的濃度以及右擴散室中烴類和隊的濃度，判斷兩個擴散室中的氣體是否通過樣品進入對方擴散室，所述左擴散室與色譜檢測儀連接的管線上設有左取樣閥，所述右擴散室與色譜檢測儀連接的管線上設有右取樣閥；所述計算機與所述色譜檢測儀相連接，用於控制色譜檢測儀，以及數據的錄入、整理及處理；所述樣品瓶的上口設有密封瓶塞，該樣品瓶用於放置欲進行飽和水的樣品，其側面瓶口通過連接管線與所述飽和水瓶的側面瓶口連接，所述飽和水瓶上口設有瓶塞，另一連接管線穿過該上口瓶塞與所述真空泵相連接，並於該連接管線上設有所述壓力表。
在上述實驗系統中，烘乾裝置可以是常規的烘乾儀器，優選為烘箱，其用於樣品的烘乾。所述稱重裝置可以是常規的稱重儀器，優選為精密電子秤，其用於樣品重量的精確稱量。所述樣品瓶、所述飽和水瓶可以為玻璃材質且可以抽真空的抽濾瓶。所述連接管線可以為質地堅硬的塑膠管。所述真空泵可以為常規的機械泵。所述壓力表可以為常規的精密壓力表，其主要用於觀察真空泵工作時的壓力顯示及裝置檢漏。本發明提供的一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法，可以方便、快捷、高效地評價擴散作用在非常規低滲緻密砂巖天然氣成藏中所起的積極作用和貢獻，為準確開展非常規低滲緻密砂巖氣資源評價提供實驗技術和數據支持，對於深化非常規低滲緻密砂巖氣成藏研究、指導非常規低滲緻密砂巖氣勘探、促進非常規低滲緻密砂巖氣開發的快速發展均具有重要意義。
圖1是實施例1的非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散模擬實驗系統的實驗設備組成示意圖。圖2是實施例1的非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散模擬實驗系統的前處理設備組成示意圖。圖3是實施例1的非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散模擬實驗結果的最大含氣飽和度與孔隙度關係圖。圖4是實施例1的非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散模擬實驗結果的最大含氣飽和度與滲透率關係圖。主要組件符號說明I巖石擴散係數測定儀101恆溫箱102巖心夾持器103左擴散室104右擴散室2 樣品3烘乾裝置或烘箱4巖石飽和水裝置401樣品瓶402飽和水瓶403連接管線404精密壓力表405真空泵5精密電子稱6加壓泵7CH4 和 N2 氣源701CH4 氣源 702N2 氣源8色譜檢測儀9計算機
具體實施例方式實施例1本實施例提供了一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗系統，其包括前處理設備及實驗設備；如圖2所示，所述前處理設備包括烘箱3、巖石飽和水裝置4、精密電子稱5 ;如圖1所示，所述實驗設備包括巖石擴散係數測定儀1、加壓泵6、CH4和N2氣源7、色譜檢測儀8以及計算機9等；其中，所述巖石擴散係數測定儀I由恆溫箱101、巖心夾持器102組成。所述巖石飽和水裝置4包括樣品瓶401、飽和水瓶402、連接管線403、精密壓力表404和真空泵405 ；所述巖心夾持器102位於恆溫箱101內，用於放置樣品2，並被樣品2分隔成左擴散室103及右擴散室104，其中，所述樣品2為低滲緻密砂巖樣品；所述加壓泵6與所述巖心夾持器102相連接，該加壓泵6通過液壓的方式用於給巖心夾持器102加圍壓；所述CH4和N2氣源7包括CH4氣源701和N2氣源702，用於向左擴散室提供CH4,向右擴散室提供N2,所述CH4氣源701通過管線與所述左擴散室103相連接，並在該管線上設置CH4氣源控制閥與左擴散室控制閥，所述N2氣源702通過管線與所述右擴散室104相連接，並在該管線上設置N2氣源控制閥與右擴散室控制閥；所述色譜檢測儀8分別與所述左擴散室103和所述右擴散室104相連接，其通過檢測左擴散室中的CH4和N2的濃度和右擴散室中CH4和N2的濃度，判斷兩個擴散室中的氣體是否通過樣品進入對方擴散室，所述左擴散室103與色譜檢測儀8連接的管線上設有左取樣閥，所述右擴散室104與色譜檢測儀8連接的管線上設有右取樣閥；所述計算機9與所述色譜檢測儀8相連接，用於控制色譜檢測儀操控軟體的運行，以及原始數據的錄入、整理及處理；所述樣品瓶401的上口設有密封瓶塞，該樣品瓶401用於放置預進行飽和水的樣品2，其側面瓶口通過連接管線403與所述飽和水瓶402的側面瓶口連接，所述飽和水瓶402上口設有瓶塞，另一連接管線403穿過該上口瓶塞與所述真空泵405相連接，並於該連接管線403上設有所述精密壓力表404。在上述實驗系統中，所述烘箱3用於樣品的烘乾。所述精密電子秤5用於樣品重量的精確稱量。所述樣品瓶401、所述飽和水瓶402為玻璃材質且可以抽真空的抽濾瓶。所述連接管線403為質地堅硬的塑膠管。所述真空泵405為常規的機械泵。所述精密壓力表404主要用於觀察真空泵工作時的壓力顯示及裝置檢漏。本實施例還提供一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法，其包括以下步驟低滲緻密砂巖樣品制樣、烘乾、飽和水的實驗準備(前處理步驟)A.將挑選好的鄂爾多斯盆地上古生界和四川盆地徐家河組8塊典型低滲緻密砂巖樣品，製成直徑為2. 5cm、長度為0. 5-0. 6cm的小圓柱體，進行常規孔隙度、滲透率檢測後，放入烘箱3，在80°C下烘乾8小時，稱重並記錄每塊樣品的乾重Gd ；B.取出所有烘乾後的樣品，放入樣品瓶401並塞上瓶塞密封，利用真空泵405對樣品瓶和飽和水水瓶402及其連接管線403進行抽真空，通過精密壓力表404觀察壓力變化情況，抽真空2小時後將飽和水瓶中水通過連接管線403導入樣品瓶401，繼續對樣品飽和水並抽真空4-6小時直至無氣泡溢出，取出已經完全飽和水的樣品，用精密電子稱5稱樣品溼重並記錄Gw ；飽和水低滲緻密砂巖樣品的天然氣擴散運移模擬實驗(實驗步驟):C.將上述其中一個飽和水的樣品2裝入巖石擴散係數測定儀I的巖心夾持器102並利用加壓泵6加圍壓，然後對儀器進行試漏；D.經檢查當儀器管線及連接無漏氣時，開始分別向巖心加持器102的左、右兩端的左擴散室103、右擴散室104通入相同壓力(0. 2MPa)的CH4和N2,開始實驗，模擬天然氣僅在濃度梯度作用在低滲緻密砂巖中的擴散運移；E.實驗開始後打開色譜儀8，每隔2小時檢測擴散運移後的左擴散室103中的CH4和N2的濃度，以及右擴散室104中CH4和N2的濃度，判斷兩個擴散室中的氣體是否通過樣品進入對方擴散室，得出左擴散室103、右擴散室104中氣體擴散運移的變化情況，利用計算機9記錄並存儲濃度數據，判斷兩端氣體是否擴散通過樣品；F.進行48小時停止天然氣在濃度梯度驅動下的擴散運移模擬實驗，取出樣品並稱重，記錄實驗後的樣品溼重Gr ；G.其它樣品同樣按C-F的步驟依次重複進行；H.實驗結束後，整理原始實驗記錄數據，根據公式剩餘含水飽和度Sw= (Gr-Gd)/(Gw-Gd) X 100%，最大含氣飽和度Sg = 100% -Sw分別計算出每個樣品的含水飽和度Sw和最大含氣飽和度Sg，8個樣品具體實驗數據如表I所示；通過分析Sw，、Sg與物性之間的關係，進而開展實驗結果進行分析討論，其中，所述物性為樣品的孔隙度與滲透率。表I鄂爾多斯和四川盆地8塊典型低滲緻密砂巖樣品實驗數據表
權利要求
1.一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法，其包括以下步驟 A.將低滲緻密砂巖樣品在80°C下烘乾8小時，稱樣品乾重並記錄Gd； B.將樣品抽真空並飽和水6小時以上直至無氣泡溢出，取出已經完全飽和水的樣品，稱樣品溼重並記錄Gw ； C.將樣品裝入巖石擴散係數測定儀的巖心夾持器中並加圍壓，然後對儀器進行試漏； D.當儀器管線及連接無漏氣時，向巖心加持器中的左擴散室、右擴散室分別通入相同壓力的烴類和N2，開始實驗； E.實驗開始後打開色譜儀，每隔2小時檢測左擴散室中烴類及N2的濃度、右擴散室中烴類及N2的濃度，利用計算機記錄存儲兩擴散室烴類及N2濃度數據； F.進行48小時後停止實驗，取出樣品並稱重，記錄實驗後的樣品溼重Gr； G.根據公式剩餘含水飽和度Sw=呔-Gd)/(Gw-Gd) X 100%，最大含氣飽和度Sg =100% -Sw分別計算出樣品的含水飽和度Sw和最大含氣飽和度Sg,分析其與物性之間的關係O
2.如權利要求1所述的模擬實驗方法，其中，所述烴類為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷或戊燒。
3.如權利要求1所述的模擬實驗方法，其中，在步驟C中，所述圍壓為3-20MPa。
4.如權利要求1所述的模擬實驗方法，其中，在步驟D中，所述相同壓力的烴類和N2的壓力為O. 2MPa。
5.如權利要求1-4任一項所述的模擬實驗方法，其還包括按照所述步驟A-G對多個樣品進行檢測，分別計算出每個樣品的含水飽和度Sw和最大含氣飽和度Sg，分析其與物性之間的關係。
全文摘要
本發明提供一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法。針對當前擴散的研究多集中於對已聚集氣藏的改造和破壞，而對於其在天然氣、特別是在非常規緻密砂巖氣成藏中的積極作用和貢獻開展較少，且尚無現有評價技術或方法，本發明提供的一種非常規低滲緻密砂巖中天然氣擴散運移模擬實驗方法，其可以方便、快捷、高效地評價擴散作用在非常規低滲緻密砂巖天然氣成藏中所起的積極作用和貢獻，為準確開展非常規低滲緻密砂巖氣資源評價提供實驗技術和數據支持，對於深化非常規低滲緻密砂巖氣成藏研究、指導非常規低滲緻密砂巖氣勘探、促進非常規低滲緻密砂巖氣開發的快速發展均具有重要意義。
文檔編號G01N13/00GK102998229SQ20121046520
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者王曉波, 李志生, 王東良, 李劍, 楊春霞, 謝增業, 嚴啟團, 馬成華, 孫慶伍, 王義鳳 申請人:中國石油天然氣股份有限公司