[發(fā)明專利]一種頁(yè)巖氣藏特性預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410335444.0
• 申請(qǐng)日: 2014-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN104215559B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許友生;范世煒;周鑫發(fā);朱劍平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江科技學(xué)院;浙江省能源與核技術(shù)應(yīng)用研究院
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種頁(yè)巖氣藏特性預(yù)測(cè)方法，尤其涉及一種預(yù)測(cè)研究頁(yè)巖三維數(shù)字巖芯的孔隙度和固有滲透率的頁(yè)巖氣藏特性預(yù)測(cè)方法。

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背景技術(shù)

頁(yè)巖氣是從頁(yè)巖層中開采出來(lái)的一種非常重要的非常規(guī)天然氣資源，頁(yè)巖氣的形成和富集有著自身獨(dú)特的特點(diǎn)，往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁(yè)巖烴源地層中。較常規(guī)天然氣相比，頁(yè)巖氣開發(fā)具有開采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，大部分氣頁(yè)巖分布范圍廣、厚度大且普遍含氣，這使得頁(yè)巖氣井能夠長(zhǎng)期的以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣。

頁(yè)巖氣有獨(dú)特的存儲(chǔ)特征，在形式上游離氣和吸附氣并存。吸附氣主要吸附在基質(zhì)孔隙表面，而游離氣存在于基質(zhì)孔隙和次生裂縫中。頁(yè)巖氣基質(zhì)由有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)組成，裂縫也分為基質(zhì)微裂縫和人工裂縫兩種，顯然，不同的孔隙或裂縫之間存在很大的尺度區(qū)別。目前公認(rèn)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層一共包括四種不同的孔隙介質(zhì)，分別是無(wú)機(jī)質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、天然裂縫和水力誘導(dǎo)裂縫。頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)中的孔隙為納米級(jí)尺度的微孔隙，有機(jī)質(zhì)中的孔隙產(chǎn)生在頁(yè)巖氣生成階段，孔隙尺寸為5～1000nm，是游離氣主要的存儲(chǔ)空間。同時(shí)，不管是有機(jī)質(zhì)還是無(wú)機(jī)質(zhì)，都存在有孔隙的基質(zhì)和無(wú)孔隙的基質(zhì)。上述決定了頁(yè)巖氣等在多孔介質(zhì)中有著復(fù)雜多樣的滲流機(jī)理，以宏觀統(tǒng)計(jì)的達(dá)西定律來(lái)表征這類滲流運(yùn)動(dòng)是有缺陷的。

中國(guó)專利公布號(hào)CN103454198A，公布日2013年12月18日，名稱為一種泥頁(yè)巖有機(jī)孔隙度檢測(cè)方法，該申請(qǐng)案公開了一種泥頁(yè)巖有機(jī)孔隙度檢測(cè)方法，以代表性泥頁(yè)巖樣品和原油樣品的熱預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算干酪根成油、干酪根成氣和原油裂解成氣的化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，結(jié)合目地層埋藏史和熱史，確定研究層段泥頁(yè)巖干酪根成油、干酪根成氣和原油裂解成氣轉(zhuǎn)化率；利用目地層泥頁(yè)巖殘余氫指數(shù)和殘余有機(jī)碳數(shù)據(jù)，結(jié)合干酪根成油、干酪根成氣和原油裂解成氣轉(zhuǎn)化率，恢復(fù)目地層泥頁(yè)巖原始?xì)渲笖?shù)和原始有機(jī)碳；利用目地層泥頁(yè)巖樣品的Ar離子拋光薄片分析泥頁(yè)巖有機(jī)孔隙壓縮系數(shù)；計(jì)算目地層段泥頁(yè)巖樣品有機(jī)孔隙。其不足之處在于，該方法可以計(jì)算得到泥頁(yè)巖樣品的有機(jī)孔隙，但是無(wú)法得到頁(yè)巖三維數(shù)字巖芯固有滲透率。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有研究檢測(cè)頁(yè)巖三維數(shù)字巖芯的孔隙度和固有滲透率困難復(fù)雜的缺陷而提供一種預(yù)測(cè)頁(yè)巖三維數(shù)字巖芯的孔隙度和固有滲透率的頁(yè)巖氣藏特性預(yù)測(cè)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目地，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種頁(yè)巖氣藏特性預(yù)測(cè)方法，所述預(yù)測(cè)方法是利用同步輻射光源，經(jīng)鏡箱反射鏡聚焦成水平方向的掃描線,?通過(guò)反射鏡的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)實(shí)現(xiàn)垂直掃描,?得到頁(yè)巖氣賦存多孔介質(zhì)樣品微結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)；然后將得到的微結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)，利用分子動(dòng)力學(xué)和晶格玻爾茲曼方法耦合計(jì)算得到頁(yè)巖三維數(shù)字巖芯的孔隙度和固有滲透率，并用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示。

在本技術(shù)方案中，本發(fā)明在國(guó)家開放同步輻射實(shí)驗(yàn)室同步輻射光的基礎(chǔ)上，利用同步輻射光得到頁(yè)巖氣賦存多孔介質(zhì)樣品微結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)，采用圖像識(shí)別、邊緣提取等圖形圖像處理技術(shù)進(jìn)行三維重構(gòu)，利用重構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)研究賦存介質(zhì)的微結(jié)構(gòu)特征；利用不同溫度及壓力下的賦存介質(zhì)微結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，獲得孔隙骨架形變特性；采用基于分子動(dòng)力學(xué)和晶格玻爾茲曼方法耦合的數(shù)值計(jì)算方法，探索非常規(guī)頁(yè)巖氣賦存介質(zhì)中的復(fù)雜滲流細(xì)觀機(jī)理；研究甲烷等有機(jī)分子（頁(yè)巖氣的主要成分之一）與水受限在納米孔道中，在高壓外部條件下形成可能與宏觀常壓下完全不一樣的新的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與輸運(yùn)規(guī)律；利用量化軟件（第一性原理與分子預(yù)測(cè)相結(jié)合）深入研究在高壓情況下非常規(guī)頁(yè)巖氣在納米孔道中的形成過(guò)程所涉及到的物理、化學(xué)過(guò)程，特別關(guān)注受限的尺度、壓強(qiáng)、溫度等因素對(duì)形成頁(yè)巖氣涉及的化學(xué)與物理過(guò)程的影響。

作為優(yōu)選，固有滲透率和格子滲透率的關(guān)系為????????????????????????????????????????????????，其中?D為格子分辨率單位m；格子滲透率的表達(dá)式為：?，其中k為格子滲透率，N為空隙空間的格子總數(shù)，n為格子方向，這里的n=18；

孔隙度的計(jì)算式為。

在本技術(shù)方案中，基于二維頁(yè)巖SEM圖像，采用馬爾科夫鏈蒙特卡洛方法重構(gòu)三維數(shù)字巖芯，采用格子Boltzmann方法計(jì)算頁(yè)巖三維數(shù)字巖芯的孔隙度和固有滲透率，并得到頁(yè)巖固有滲透率與孔隙度的關(guān)系，并分析頁(yè)巖表觀滲透率影響因素。固有滲透率和格子滲透率的關(guān)系為

。用格子Boltzmann?方法計(jì)算三維頁(yè)巖數(shù)字巖心的固有滲透率：，其中k為格子滲透率，N為空隙空間的格子總數(shù)，n為格子方向，這里的n=18；

孔隙度的計(jì)算式為，