专利名称：非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法
技术领域：
本发明涉及一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法，属于石油开采技术领域中的非常规天然气成藏地质分析技术领域。
背景技术：
我国天然气藏以中低丰度为主、且大部分为低孔低渗致密砂岩气藏。近年来，随着天然气的勘探和开发步入快速发展阶段，低孔低渗致密砂岩气逐渐成为我国天然气储量、产量增长的主体，但目前低渗致密砂岩气藏成藏机理尚不清楚，扩散在低渗致密砂岩天然气成藏的作用和贡献便是当前迫切需要解决的关键性问题之一。对于低渗致密砂岩储层，当孔隙及吼道相对狭小以至于压力梯度驱动下达西渗流或非线性的非达西渗流无法实现情况下，天然气的扩散运移也许会成为一种重要运移方式。国内外许多学者对天然气扩散开展过大量的研究工作，大多数学者的研究工作主要集中在扩散对已聚集成藏天然气藏的后期改造和破坏作用，而对于扩散在天然气运聚成藏过程中的积极作用开展的研究工作较少，对于扩散在低渗致密砂岩天然气成藏中的作用及贡献研究则更少，也尚未发现有与低渗致密砂岩天然气扩散运移模拟实验相关的专利申请文献。由于天然气扩散无法直观观察限制人们对扩散作用认识和深入发展，也给积极、全面地评价其在非常规低渗致密砂岩天然气成藏中的作用和贡献带来了困难。因此，有必要开发一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验技术。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法，该实验方法用于方便、快捷、高效地评价扩散作用在非常规低渗致密砂岩天然气成藏中所起的积极作用和贡献，为准确开展非常规低渗致密砂岩气资源评价提供实验技术和数据支持。为达上述目的，本发明提供一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法，其包括以下步骤A.将低渗致密砂岩样品在80°C下烘干8小时，称样品干重并记录Gd ；B.将样品抽真空并饱和水6小时以上直至无气泡溢出，取出已经完全饱和水的样品，称样品湿重并记录Gw ；C.将样品装入岩石扩散系数测定仪的岩心夹持器中并加围压，然后对仪器进行试漏；D.当仪器管线及连接无漏气时，向岩心加持器中的左扩散室、右扩散室分别通入相同压力的烃类和N2，开始扩散运移实验，E.实验开始后打开色谱仪，每隔2小时检测扩散运移后左扩散室中烃类及N2的浓度、右扩散室中烃类及N2的浓度，利用计算机纪录存储两扩散室烃类及N2浓度数据，根据两扩散室的烃类浓度数据是否发生变化，判断两个扩散室中的烃类气体是否通过样品进入对方扩散室;F.进彳丁 48小时后停止实验,取出样品并称重,记录实验后的样品湿重Gr ；G..根据公式剩余含水饱和度Sw = (Gr-Gd)/(Gw-Gd) X100%,最大含气饱和度Sg =100% -Sw分别计算出样品的含水饱和度Sw和最大含气饱和度Sg,分析其与物性之间的关系。根据本发明的具体实施方式
，优选地，在上述方法中，所述烃类可以为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷或戊烷等单组份气体烃类。根据本发明的具体实施方式
，优选地，在上述方法的步骤C中，所述围压为3_20MPa。 根据本发明的具体实施方式
，优选地，在上述方法的步骤D中，所述相同压力的烃类和N2的压力为0. 2MPa。根据本发明的具体实施方式
，优选地，上述方法还包括按照所述步骤A-G对多个样品进行检测，分别计算出每个样品的含水饱和度Sw和最大含气饱和度Sg，分析其与物性之间的关系。在本发明提供的上述方法中，对样品抽真空并饱和水的处理可以采用任何能够实现该处理的装置进行，例如图2所示的岩石饱和水装置。本发明的非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法可以是通过下述的实验系统完成的。该实验系统包括前处理设备及实验设备；所述前处理设备包括烘干装置、岩石饱和水装置、称重装置；所述实验设备包括岩石扩散系数测定仪、加压泵、烃类和N2气源、色谱检测仪以及计算机等；其中，所述岩石扩散系数测定仪包括恒温箱和岩心夹持器；所述岩石饱和水装置包括样品瓶、饱和水瓶、连接管线、压力表和真空泵；所述岩心夹持器位于恒温箱内，用于放置样品，并被样品分隔成左扩散室及右扩
散室；所述加压泵与所述岩心夹持器相连接，该加压泵通过液压的方式用于给岩心夹持器加围压；所述烃类和N2气源包括烃类气源和N2气源，用于向左扩散室提供烃类，向右扩散室提供N2,所述烃类气源通过管线与所述左扩散室相连接，并在该管线上设置烃类气源控制阀与左扩散室控制阀，所述N2气源通过管线与所述右扩散室相连接，并在该管线上设置N2气源控制阀与右扩散室控制阀；所述色谱检测仪分别与所述左扩散室和所述右扩散室相连接，其通过检测左扩散室中的烃类和N2的浓度以及右扩散室中烃类和队的浓度，判断两个扩散室中的气体是否通过样品进入对方扩散室，所述左扩散室与色谱检测仪连接的管线上设有左取样阀，所述右扩散室与色谱检测仪连接的管线上设有右取样阀；所述计算机与所述色谱检测仪相连接，用于控制色谱检测仪，以及数据的录入、整理及处理；所述样品瓶的上口设有密封瓶塞，该样品瓶用于放置欲进行饱和水的样品，其侧面瓶口通过连接管线与所述饱和水瓶的侧面瓶口连接，所述饱和水瓶上口设有瓶塞，另一连接管线穿过该上口瓶塞与所述真空泵相连接，并于该连接管线上设有所述压力表。
在上述实验系统中，烘干装置可以是常规的烘干仪器，优选为烘箱，其用于样品的烘干。所述称重装置可以是常规的称重仪器，优选为精密电子秤，其用于样品重量的精确称量。所述样品瓶、所述饱和水瓶可以为玻璃材质且可以抽真空的抽滤瓶。所述连接管线可以为质地坚硬的塑胶管。所述真空泵可以为常规的机械泵。所述压力表可以为常规的精密压力表，其主要用于观察真空泵工作时的压力显示及装置检漏。本发明提供的一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法，可以方便、快捷、高效地评价扩散作用在非常规低渗致密砂岩天然气成藏中所起的积极作用和贡献，为准确开展非常规低渗致密砂岩气资源评价提供实验技术和数据支持，对于深化非常规低渗致密砂岩气成藏研究、指导非常规低渗致密砂岩气勘探、促进非常规低渗致密砂岩气开发的快速发展均具有重要意义。
图1是实施例1的非常规低渗致密砂岩中天然气扩散模拟实验系统的实验设备组成示意图。图2是实施例1的非常规低渗致密砂岩中天然气扩散模拟实验系统的前处理设备组成示意图。图3是实施例1的非常规低渗致密砂岩中天然气扩散模拟实验结果的最大含气饱和度与孔隙度关系图。图4是实施例1的非常规低渗致密砂岩中天然气扩散模拟实验结果的最大含气饱和度与渗透率关系图。主要组件符号说明I岩石扩散系数测定仪101恒温箱102岩心夹持器103左扩散室104右扩散室2 样品3烘干装置或烘箱4岩石饱和水装置401样品瓶402饱和水瓶403连接管线404精密压力表405真空泵5精密电子称6加压泵7CH4 和 N2 气源701CH4 气源 702N2 气源8色谱检测仪9计算机
具体实施例方式实施例1本实施例提供了一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验系统，其包括前处理设备及实验设备；如图2所示，所述前处理设备包括烘箱3、岩石饱和水装置4、精密电子称5 ;如图1所示，所述实验设备包括岩石扩散系数测定仪1、加压泵6、CH4和N2气源7、色谱检测仪8以及计算机9等；其中，所述岩石扩散系数测定仪I由恒温箱101、岩心夹持器102组成。所述岩石饱和水装置4包括样品瓶401、饱和水瓶402、连接管线403、精密压力表404和真空泵405 ；所述岩心夹持器102位于恒温箱101内，用于放置样品2，并被样品2分隔成左扩散室103及右扩散室104，其中，所述样品2为低渗致密砂岩样品；所述加压泵6与所述岩心夹持器102相连接，该加压泵6通过液压的方式用于给岩心夹持器102加围压；所述CH4和N2气源7包括CH4气源701和N2气源702，用于向左扩散室提供CH4,向右扩散室提供N2,所述CH4气源701通过管线与所述左扩散室103相连接，并在该管线上设置CH4气源控制阀与左扩散室控制阀，所述N2气源702通过管线与所述右扩散室104相连接，并在该管线上设置N2气源控制阀与右扩散室控制阀；所述色谱检测仪8分别与所述左扩散室103和所述右扩散室104相连接，其通过检测左扩散室中的CH4和N2的浓度和右扩散室中CH4和N2的浓度，判断两个扩散室中的气体是否通过样品进入对方扩散室，所述左扩散室103与色谱检测仪8连接的管线上设有左取样阀，所述右扩散室104与色谱检测仪8连接的管线上设有右取样阀；所述计算机9与所述色谱检测仪8相连接，用于控制色谱检测仪操控软件的运行，以及原始数据的录入、整理及处理；所述样品瓶401的上口设有密封瓶塞，该样品瓶401用于放置预进行饱和水的样品2，其侧面瓶口通过连接管线403与所述饱和水瓶402的侧面瓶口连接，所述饱和水瓶402上口设有瓶塞，另一连接管线403穿过该上口瓶塞与所述真空泵405相连接，并于该连接管线403上设有所述精密压力表404。在上述实验系统中，所述烘箱3用于样品的烘干。所述精密电子秤5用于样品重量的精确称量。所述样品瓶401、所述饱和水瓶402为玻璃材质且可以抽真空的抽滤瓶。所述连接管线403为质地坚硬的塑胶管。所述真空泵405为常规的机械泵。所述精密压力表404主要用于观察真空泵工作时的压力显示及装置检漏。本实施例还提供一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法，其包括以下步骤低渗致密砂岩样品制样、烘干、饱和水的实验准备(前处理步骤)A.将挑选好的鄂尔多斯盆地上古生界和四川盆地徐家河组8块典型低渗致密砂岩样品，制成直径为2. 5cm、长度为0. 5-0. 6cm的小圆柱体，进行常规孔隙度、渗透率检测后，放入烘箱3，在80°C下烘干8小时，称重并记录每块样品的干重Gd ；B.取出所有烘干后的样品，放入样品瓶401并塞上瓶塞密封，利用真空泵405对样品瓶和饱和水水瓶402及其连接管线403进行抽真空，通过精密压力表404观察压力变化情况，抽真空2小时后将饱和水瓶中水通过连接管线403导入样品瓶401，继续对样品饱和水并抽真空4-6小时直至无气泡溢出，取出已经完全饱和水的样品，用精密电子称5称样品湿重并记录Gw ；饱和水低渗致密砂岩样品的天然气扩散运移模拟实验(实验步骤):C.将上述其中一个饱和水的样品2装入岩石扩散系数测定仪I的岩心夹持器102并利用加压泵6加围压，然后对仪器进行试漏；D.经检查当仪器管线及连接无漏气时，开始分别向岩心加持器102的左、右两端的左扩散室103、右扩散室104通入相同压力(0. 2MPa)的CH4和N2,开始实验，模拟天然气仅在浓度梯度作用在低渗致密砂岩中的扩散运移；E.实验开始后打开色谱仪8，每隔2小时检测扩散运移后的左扩散室103中的CH4和N2的浓度，以及右扩散室104中CH4和N2的浓度，判断两个扩散室中的气体是否通过样品进入对方扩散室，得出左扩散室103、右扩散室104中气体扩散运移的变化情况，利用计算机9记录并存储浓度数据，判断两端气体是否扩散通过样品；F.进行48小时停止天然气在浓度梯度驱动下的扩散运移模拟实验，取出样品并称重，记录实验后的样品湿重Gr ；G.其它样品同样按C-F的步骤依次重复进行；H.实验结束后，整理原始实验记录数据，根据公式剩余含水饱和度Sw= (Gr-Gd)/(Gw-Gd) X 100%，最大含气饱和度Sg = 100% -Sw分别计算出每个样品的含水饱和度Sw和最大含气饱和度Sg，8个样品具体实验数据如表I所示；通过分析Sw，、Sg与物性之间的关系，进而开展实验结果进行分析讨论，其中，所述物性为样品的孔隙度与渗透率。表I鄂尔多斯和四川盆地8块典型低渗致密砂岩样品实验数据表
权利要求
1.一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法，其包括以下步骤 A.将低渗致密砂岩样品在80°C下烘干8小时，称样品干重并记录Gd； B.将样品抽真空并饱和水6小时以上直至无气泡溢出，取出已经完全饱和水的样品，称样品湿重并记录Gw ； C.将样品装入岩石扩散系数测定仪的岩心夹持器中并加围压，然后对仪器进行试漏； D.当仪器管线及连接无漏气时，向岩心加持器中的左扩散室、右扩散室分别通入相同压力的烃类和N2，开始实验； E.实验开始后打开色谱仪，每隔2小时检测左扩散室中烃类及N2的浓度、右扩散室中烃类及N2的浓度，利用计算机记录存储两扩散室烃类及N2浓度数据； F.进行48小时后停止实验，取出样品并称重，记录实验后的样品湿重Gr； G.根据公式剩余含水饱和度Sw=呔-Gd)/(Gw-Gd) X 100%，最大含气饱和度Sg =100% -Sw分别计算出样品的含水饱和度Sw和最大含气饱和度Sg,分析其与物性之间的关系O
2.如权利要求1所述的模拟实验方法，其中，所述烃类为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷或戊烧。
3.如权利要求1所述的模拟实验方法，其中，在步骤C中，所述围压为3-20MPa。
4.如权利要求1所述的模拟实验方法，其中，在步骤D中，所述相同压力的烃类和N2的压力为O. 2MPa。
5.如权利要求1-4任一项所述的模拟实验方法，其还包括按照所述步骤A-G对多个样品进行检测，分别计算出每个样品的含水饱和度Sw和最大含气饱和度Sg，分析其与物性之间的关系。
全文摘要
本发明提供一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法。针对当前扩散的研究多集中于对已聚集气藏的改造和破坏，而对于其在天然气、特别是在非常规致密砂岩气成藏中的积极作用和贡献开展较少，且尚无现有评价技术或方法，本发明提供的一种非常规低渗致密砂岩中天然气扩散运移模拟实验方法，其可以方便、快捷、高效地评价扩散作用在非常规低渗致密砂岩天然气成藏中所起的积极作用和贡献，为准确开展非常规低渗致密砂岩气资源评价提供实验技术和数据支持，对于深化非常规低渗致密砂岩气成藏研究、指导非常规低渗致密砂岩气勘探、促进非常规低渗致密砂岩气开发的快速发展均具有重要意义。
文档编号G01N13/00GK102998229SQ20121046520
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者王晓波, 李志生, 王东良, 李剑, 杨春霞, 谢增业, 严启团, 马成华, 孙庆伍, 王义凤 申请人:中国石油天然气股份有限公司