一种基于磁悬浮重量法确定页岩孔隙度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到矿物测量的技术领域，尤其涉及到一种基于磁悬浮重量法确定页岩孔隙度的方法。
【背景技术】
[0002]为了衡量储集岩孔隙性的好坏和孔隙发育程度，并表征岩石中孔隙总体积的大小，提出了岩石孔隙度(或孔隙率)的概念。储集岩孔隙度可定义为岩石孔隙的总体积Vp与岩石总体积Vr之比，用希腊字母Φ表示，一般为百分数，其表达式如1-1-1所示:
[0003]Φ = Vp/Vr*100%= Vp/(Vs+Vp) (1-1-1)
[0004]式中，Φ—孔隙度，% ；
[0005]Vr一岩石样品的总体积，cm3;
[0006]Vp一孔隙体积，cm3；
[0007]Vs—岩石样品骨架体积，cm3。
[0008]在确定孔隙度时，只要求得岩石总体积、固体部分(颗粒及胶结物)的体积以及孔隙体积这三个参数中间的两个就能按式1-1-1计算出孔隙度。
[0009]样品固体体积的测定主要有比重瓶法、固体比重计法、浸没称重法、气体压缩法。前三种测定方法由于受到孔隙大小以及实验精度的制约较不常见，因此这里着重介绍气体压缩法。以气体压缩法方法制造的仪器，其原理都是以波义耳一马里奥特定律为基础的，对大岩心和小岩心、规则外形和不规则外形的样品均可适用。仪器主要有气源、调压阀、高精度压力表、样品室和标准体积室组成。气体首先冲入标准体积室VI，并记录压力P1。随后切断气源，将标准体积室内的气体放入样品室使之达到压力平衡，由此便可计算出岩石固体体积。其计算如下:
[0010]设定样品室的体积已知为V2，当其中放置有一块固体体积为Vm的岩样时，如果气体处于等温状态，压力由Pl变化到P2，则有:
[0011]VlPl = V1P2+ (V2-Vm) P2
[0012]于是:
[0013]VmP2 = V1P2+V2P2-V1P1
[0014]样品的固体体积即为:
[0015]Vm = V2+V1 (1-P1/P2) (1-1-2)
[0016]岩样孔隙体积的测定
[0017]岩样孔隙体积的测定主要有饱和流体法和气体膨胀法。饱和流体法使用的流体一般为煤油或盐水，由于流体极性以及流体表面张力的影响，在岩样抗压强度范围内，流体无法进入到页岩纳米级的孔隙中。为了更精确的测定岩样孔隙，一般选用气体分子作探针，因此，这里着重介绍气体膨胀法测定岩样孔隙体积的方法。传统的气体膨胀法是使用一个水银体积泵，将岩样中的空气抽析出来，并测定该空气的量，即为该样品的孔隙体积。测定所使用的仪器为波义耳定律孔隙率计，
[0018]将样品放在水银体积泵的样品室中，是弯管两端的水银面相等，在阀门打开的情况下，将水银体积泵在左侧的管子升高，并使水银面超过样品，并达到阀门处。此过程的作用是将除岩样中的空气之外，将样品室及管子中的其它所有空气排出。此时，可以直接读出样品的总体积vt。关闭阀门，将弯管左侧的水银面降低到样品室一下，此时样品中的气体由于样品室造成真空而离析出来。再将水银体积泵两侧的水银面置平，此时在阀门以下的空间就是从样品中离析出来的空气的量。
[0019]根据波义耳一马里奥特定律，有
[0020]Vp.Δ H = V.Hatm (1-1-3)
[0021]式中，Vp—孔隙中的空气体积，cm3；
[0022]V—从样品中析出的体积，cm3；
[0023]Δ H一水银泵造成的真空度，mmHg柱；
[0024]Hatm一大气压下的水银柱，mmHg柱。
[0025]则孔隙度:
[0026]Vp = V.Hatm/ Δ H (1-1-4)
[0027]目前，主要采用气体(一般为He)作为测量中介。根据波义耳-马里奥特定律，在恒定温度下，岩心室体积一定，放入岩心室样品的固相(颗粒)体积越小，则岩心室气体所占体积越大，与标准室连通后，平衡压力越低；反之，当放入岩心室内的岩样固相体积越大，平衡压力越高。
[0028]现有技术的缺点在于，气体膨胀法采用气体作为测量中介，会受到粘滞系数以及浸入体积误差的影响。在本实验中调节原始压力不容易调节，在接近原始压力值时容易受到操作人员的个人状态影响压力值的确定。吸附量和孔隙度作为页岩储层评价和开发的重要参数，现有技术对二者的测定需要不同的实验仪器完成，增加了大量的财力成本及时间成本，而且精度不高。
【发明内容】
[0029]本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种基于磁悬浮重量法确定页岩孔隙度的方法。
[0030]本发明是通过以上技术方案实现:
[0031]本发明提供了一种基于磁悬浮重量法确定页岩孔隙度的方法，该方法包括以下步骤:
[0032]进行空白测试获取样品的质量和体积；
[0033]进行浮力测试计算出样品与样品桶的质量之和及体积和；
[0034]进行吸附测试获取样品吸附的气体的质量；
[0035]根据获取的样品的质量和体积、样品与样品桶的质量之和及体积和以及样品吸附的气体的质量计算得到样品的孔隙度。
[0036]优选的，所述进行空白测试获取样品的质量和体积具体为:
[0037]选择队作为实验气体。通过增压泵将气体加压到测量室中，测量并记录不同压力下，磁悬浮天平的读数，测量完毕后，以气体密度为横坐标，磁悬浮天平读数为纵坐标建立直角坐标系，并根据获取的实验值拟合出直线，并计算出样品的质量和体积。
[0038]优选的所述进行浮力测试计算出样品与样品桶的质量之和及体积和具体为:
[0039]选择He作为实验气体。通过增压泵将气体加压到测量室中，测量并记录不同压力下，磁悬浮天平的读数，测量完毕后，以气体密度为横坐标，磁悬浮天平读数为纵坐标建立直角坐标系，并根据获取的实验值拟合出线条，并计算出样品与样品桶的质量之和及体积和。
[0040]优选的，所述进行吸附测试获取样品吸附的气体的质量具体为:选择CH4作为实验气体。通过增压泵将气体加压到测量室中，测量并记录不同压力下，磁悬浮天平的读数。测量完毕后，以气体密度为横坐标，磁悬浮天平读数为纵坐标建立直角坐标系，并根据获取的实验值拟合出线条，获取样品吸附的气体的质量。
[0041]优选的还包括体积矫正，具体的，以公式mbal= (m sc+ms+ma) - P.(vsc+vs+va)中密度P为横坐标，Hlbal为纵坐标作图，当样品达到吸附平衡时，上述公式变成了以P为横坐标，Hibal为纵坐标的一次函数，取实验达到平衡后的1-3个压力点作图，该直线的斜率即为Vs、Vs。、Va三者之和；并根据φ = Va/ (vs+va)*100%计算样品的孔隙度，其中，mbal为空白测试中的天平质量读数，ms。为样品桶质量，m s为样品质量，V s。为样品桶体积，V s为样品体积，P为在吸附测试中的气体密度；Φ为孔隙度。
[0042]本发明的有益效果是:页岩气主要以吸附和游离态存在于页岩中，其中的吸附含量介于储量的20-80%，因此，气体吸附量以及孔隙度的精确测量是页岩气储层评价和开发的基础。传统的吸附量和孔隙度测量需要两台不同的实验仪器，成本高且时间较慢，精度不高。本发明利用重量法等温吸附原理，在精准测量页岩样品的吸附量的基础上间接测算出页岩的孔隙度，不仅节约了成本，还提高了精度和效率。
【附图说明】
[0043]图1是本发明实施例中空白测试中的质量与密度关系图；
[0044]图2是本发明实施例中浮力测试中的平衡示意图；
[0045]图3是本发明实施例中的吸附测试中测量值示意图；
[0046]图4是本发明实施例中密度与质量的关系图；
[0047]图5是本发明实施例中密度与质量的关系图。
【具体实施方式】
[0048]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0049]本发明实施例提供了一种基于磁悬浮重量法确定页岩孔隙度的方法，该方法包括以下步骤:
[0050]进行空白测试获取样品的质量和体积；
[0051]进行浮力测试计算出样品与样品桶的质量之和及体积和；
[0052]进行品的质量和体积、样品与样品桶的质量之和及体积和以及样品吸附的气体的质量计算得到样品的孔隙度。
[0053]其中的，所述进行空白测试获取样品的质量和体积具体为:
[0054]选择队作为实验气体。通过增压泵将气体加压到测量室中，测量并记录不同压力下，磁悬浮天平的读数，测量完毕后，以气体密度为横坐标，磁悬浮天平读数为纵坐标建立直角坐标系，并根据获取的实验值拟合出直线，并计算出样品的质量和体积。
[0055]其中的所述进行浮力测试计算出样品与样品桶的质量之和及体积和具体为:
[0056]选择He作为实验气体。通过增压泵将气体加压到测量室中，测量并记录不同压力下，磁悬浮天平的读数，测量完毕后，以气体密度为横坐标，磁悬浮天平读数为纵坐标建立直角坐标系，并根据获取的实验值拟合出线条，并计算出样品与样品桶的质量之和及体积和。
[0057]其中的，所述进行吸附测试获取样品吸附的气体的质量具体为:选择CH4作为实验气体。通过