一种页岩毛管压力与含水饱和度测量方法与流程

本发明属于天然油气开发技术领域，特别涉及一种页岩毛管压力与含水饱和度的测量方法。

背景技术：

随着世界经济对油气资源需求的增加，非常规页岩气资源的开发利用受到广泛关注，逐步成为常规油气资源开发利用的战略性补充。页岩毛管压力与饱和度关系，是页岩气藏开发中的一个重要关系曲线，可用于页岩的储层评价、储量计算等方面。目前常用于测定岩石毛管压力曲线的方法主要有：半渗透隔板法、离心法和压汞法。隔板法和离心法测量的最高毛管压力一般局限在1000psi以内，对于低渗致密的页岩来说，压力仍然太低；压汞法可以达到所需的压力(通常范围在5000～10 000psi)，但采用非储层流体、条件去换算毛管压力会产生不正确的结果，且对于含黏土的页岩偏差会更大。目前，对于正确测量页岩毛管压力方面的研究十分缺乏，研究建立一种页岩毛管压力的测量实验装置和方法显得非常有必要。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种页岩毛管压力与含水饱和度的测量方法，实现了页岩颗粒毛管压力与含水饱和度的关系曲线的测量，对于非常规页岩气资源的开发利用具有重要意义。

本发明的技术方案是：一种页岩毛管压力与含水饱和度的测量方法，包括以下步骤：

A.把页岩样品粉碎成250μm～800μm范围内不同粒径的页岩样品颗粒；

B.将页岩样品颗粒装入广口瓶；

C.将装有页岩样品颗粒的广口瓶进行24小时110℃烘干；

D.将烘干后的装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有干燥剂的玻璃器皿中冷却至室温；

E.将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有干燥剂的玻璃器皿中取出，称其质量后，放置于底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中；

F.将放置了页岩样品颗粒的广口瓶的底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

G.将从底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

H.将从底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

I.将从底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

J.将从底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

K.将从底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

L.将从底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和K₂SO₄盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和K₂SO₄盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

M.将从底部装有饱和K₂SO盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

N.将从底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

O.将从底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

P.将从底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

Q.将从底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

R.将从底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

S.测量页岩样品颗粒的孔隙度和密度ρ_T，结合步骤F至步骤R得到的单位质量页岩样品颗粒的含水量W_g，计算页岩样品颗粒的含水饱和度；

S_w为页岩样品颗粒的含水饱和度，为页岩样品颗粒的孔隙度，ρ_T为页岩样品颗粒的密度，ρ_w为水的密度，W_g为单位质量页岩样品颗粒的含水量；

T.根据开尔文方程，计算页岩样品颗粒的毛管压力；

P_c为页岩的毛管压力；R为通用气体常数；T为温度；V_m为凝聚液滴的摩尔体积；p为空气中水蒸汽压；p₀为饱和水蒸汽压；

U.根据上述计算得出的页岩样品颗粒的含水饱和度和毛管压力结果，得到页岩样品颗粒毛管压力与含水饱和度的关系曲线。

本发明不仅可用于页岩储层的孔隙结构研究、孔隙度、相对渗透率、页岩润湿性和束缚水饱和度确定，而且在页岩的储层性能评估、储量计算等方面具有广泛的应用价值，测量页岩的毛管压力与含水饱和度的关系曲线，对于非常规页岩气资源的高效开发利用具有重要意义。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明实施示意图。

具体实施方式

实施例1：参见图1、图2，一种页岩毛管压力与含水饱和度的测量方法，包括以下步骤：

A.把页岩样品粉碎成250μm～800μm范围内不同粒径的页岩样品颗粒；

B.将页岩样品颗粒装入广口瓶；

C.将装有页岩样品颗粒的广口瓶进行24小时110℃烘干；

D.将烘干后的装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有干燥剂的玻璃器皿中冷却至室温；

E.将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有干燥剂的玻璃器皿中取出，称其质量后，放置于底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中；

F.将放置了页岩样品颗粒的广口瓶的底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

G.将从底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

H.将从底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

I.将从底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

J.将从底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

K.将从底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

L.将从底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，并烘干称其质量后的装有页岩样品颗粒的广口瓶，放置于底部装有饱和K₂SO₄盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽吸附达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和K₂SO₄盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

M.将从底部装有饱和K₂SO盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

N.将从底部装有饱和KNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

O.将从底部装有饱和KCl盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

P.将从底部装有饱和NaNO₃盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

Q.将从底部装有饱和NaBr盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

R.将从底部装有饱和MgCl₂盐溶液的玻璃器皿中取出，将装有页岩样品颗粒的广口瓶放置于底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中，然后放入50℃的恒温箱中，每24小时从恒温箱中取出装有页岩样品颗粒的广口瓶，分别称其质量；当每天称其质量的结果趋于固定值时，页岩样品颗粒水蒸汽解吸达到平衡，将装有页岩样品颗粒的广口瓶从底部装有饱和LiCl盐溶液的玻璃器皿中取出，放置在烘干箱进行24小时110℃烘干，烘干后，称其质量；

S.测量页岩样品颗粒的孔隙度和密度ρ_T，结合步骤F至步骤R得到的单位质量页岩样品颗粒的含水量W_g，计算页岩样品颗粒的含水饱和度；

S_w为页岩样品颗粒的含水饱和度，为页岩样品颗粒的孔隙度，ρ_T为页岩样品颗粒的密度，ρ_w为水的密度，W_g为单位质量页岩样品颗粒的含水量；

T.根据开尔文方程，计算页岩样品颗粒的毛管压力；

P_c为页岩的毛管压力；R为通用气体常数；T为温度；V_m为凝聚液滴的摩尔体积；p为空气中水蒸汽压；p₀为饱和水蒸汽压；

U.根据上述计算得出的页岩样品颗粒的含水饱和度和毛管压力结果，得到页岩样品颗粒毛管压力与含水饱和度的关系曲线。