一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及页岩气开发领域，特别涉及一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系 统。
【背景技术】
[0002] 页岩气体的流动能力（即页岩气在页岩基质块中的流动能力）的评价是一种重要 的页岩气开发动态分析技术，也是页岩气井产能预测、递减规律分析W及开发方案制定必 不可少的重要技术。
[0003] 常规的岩块流动能力（即流体在岩块中的流动能力）评价方法是根据达西定律 (反映水在岩±孔隙中渗流规律的实验定律）来建岩块流动能力数学模型的。
[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在W下问题：
[0005] 实际中，页岩气体的流动是W扩散的方式进行的，且页岩气在页岩基质岩块存在 吸附效应，送不符合达西定律中需要假定流体在岩块中流动时不与岩块发生吸附物理和化 学反应（包括吸附效应）的应用条件，因此采用现有的评价方法不能准确检测页岩气的扩 散能力。
【发明内容】
[0006] 为了解决常规岩块流动能力评价方法并不适用于页岩基质岩块的流动能力评价 的问题，本发明实施例提供了一种页岩气扩散能力检测方法、装置及系统。所述技术方案如 下：
[0007] -方面，提供了一种页岩气扩散能力检测方法，所述方法包括：
[0008] 获取页岩样品的数据，所述页岩样品的数据包括：所述页岩样品的长度和所述页 岩样品的直径；
[0009] 当在所述页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集所述页 岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，所述扩散数据包括；所述页岩气自 由扩散的扩散时间和与所述扩散时间对应的所述页岩气的累计扩散气量；
[0010] 根据所述扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数，所述第 一公式包括：
[0011]
[0013] 其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N。为页岩气在所述页 岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为所述页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩 散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，Μ为从所述页岩样品中扩散出的页岩气质量， 入为大于0的常数，Μ = Ml，λ = λι，〇为所述页岩气扩散系数，σ为所述页岩气流动系 数。
[0014] 具体地，所述方法还包括：
[0015] 根据所述页岩气扩散数据和第二公式来计算页岩气扩散速率，所述第二公式包 括：Q = d+ct，其中，t为所述页岩气开始自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩散时间t对应 的所述页岩气的累计扩散气量，C为所述页岩气扩散速率。
[0016] 具体地，所述方法还包括：
[0017] 根据所述页岩气扩散数据和第Η公式来计算页岩气扩散效率，所述第Η公式包 括：
其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，Ν。为页岩气 在所述页岩样品中达到吸附平衡下状态时的浓度，R为所述页岩气扩散效率，Q为与所述扩 散时间对应的所述页岩气的累计扩散气量。
[0018] 进一步地，所述方法还包括：
[0019] 在所述页岩气自由扩散过程中，保持所述页岩样品的围压和/或所述页岩气的温 度不变。
[0020] 另一方面，提供了一种页岩气扩散能力检测装置，所述装置包括：
[0021] 第一获取模块，用于获取页岩样品的数据，所述页岩样品的数据包括：所述页岩样 品的长度和所述页岩样品的直径；
[0022] 第二获取模块，用于当在所述页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散 时，定期采集所述页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，所述页岩样品 的数据包括：所述页岩样品的长度和所述页岩样品的直径，所述扩散数据包括：所述页岩 气自由扩散的扩散时间和与所述扩散时间对应的所述页岩气的累计扩散气量；
[0023] 第一处理模块，用于根据所述页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数 和页岩气流动系数，所述第一公式包括：
[0024]
[0026] 其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的直径，N。为页岩气在所述页 岩样品中达到吸附平衡状态时的浓度，t为所述页岩气自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩 散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，Μ为从所述岩样品中扩散出的页岩气质量，λ 为大于0的常数，Μ = Ml, λ = λι，〇为所述页岩气扩散系数，σ为所述页岩气流动系数。
[0027] 具体地，所述装置还包括：
[0028] 第二处理模块，用于根据所述页岩气扩散数据和第二公式来计算页岩气扩散速 率，所述第二公式包括：Q = d+ct，t为所述页岩气开始自由扩散的扩散时间，Q为与所述扩 散时间t对应的所述页岩气的累计扩散气量，C为所述页岩气扩散速率。
[0029] 具体地，所述装置还包括：
[0030] 第Η处理模块，用于根据所述页岩气扩散数据和第Η公式来计算页岩气扩散效 率，所述第Η公式包括：
其中，L为所述页岩样品的长度，d为所述页岩样品的 直径，N。为页岩气在所述页岩样品中达到吸附平衡下状态时的浓度，R为所述页岩气扩散效 率。
[0031] 另一方面，提供了一种页岩气扩散能力检测系统，所述系统包括：
[0032] 岩必夹持器，所述岩必夹持器内安置有页岩样品；
[0033] 气体容器，用于储存待测的页岩气，所述气体容器通过第一控制阀与所述岩必夹 持器连通；
[0034] 增压泉，用于向所述气体容器内通入所述页岩气，所述增压泉通过第二控制阀与 所述气体容器连通；
[0035] 第一压力计，用于检测所述气体容器中的气体压力；
[0036] 气体流量计，所述气体流量计通过出口阀与所述岩必夹持器连通；
[0037] 如前文所述的页岩气扩散能力检测装置，所述装置与所述气体流量计连接。
[0038] 具体地，所述系统还包括：
[0039] 保温箱，所述保温箱内安置有所述气体容器和所述岩必夹持器。
[0040] 具体地，所述系统还包括：
[0041] 水体围压泉，所述水体围压泉与所述岩必夹持器连通；
[0042] 第二压力计，用于检测所述水体围压泉提供的围压大小。
[0043] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0044] 通过获取页岩样品的数据；然后当吸附在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开 始自由扩散时，定期采集页岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据；最后根 据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动系数。其中，该方法考 虑了页岩气在页岩样品中的吸附效应，且让页岩气在页岩样品中自由扩散，符合页岩基质 岩块的实际流动情况，通过使用根据页岩气扩散数据和第一公式计算得到页岩气扩散系数 或页岩气流动系数来评价页岩气扩散能力，使得评价结果更准确，更能有效的反应页岩气 在页岩样品中的流动能力。
【附图说明】
[0045] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据送些附图获得其他 的附图。
[0046] 图1是本发明实施例一提供的一种页岩气扩散能力检测方法流程图；
[0047] 图2是本发明实施例二提供的一种页岩气扩散能力检测方法流程图；
[0048] 图3是本发明实施例二提供的页岩样品模型示意图；
[0049] 图4是本发明实施例Η提供的一种页岩气扩散能力检测装置结构示意图；
[0050] 图5是本发明实施例四提供的一种页岩气扩散能力检测装置结构示意图；
[0051] 图6是本发明实施例五提供的一种页岩气扩散能力检测系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0052] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0053] 实施例一
[0054] 本发明实施例提供了一种页岩气扩散能力检测方法，参见图1，该方法流程包括：
[0055] 步骤S11，获取页岩样品的数据，该页岩样品的数据包括；页岩样品的长度和页岩 样品的直径。
[0056] 步骤S12,当在页岩样品中的页岩气从吸附平衡状态开始自由扩散时，定期采集页 岩气在自由扩散过程中的累计扩散气量，得到扩散数据，该扩散数据包括；页岩气自由扩散 的扩散时间和与该扩散时间对应的页岩气的累计扩散气量。
[0057] 在实际应用中，页岩样品可根据实际需求选取需要测试的页岩层中的页岩制作样 品。在本实施例中，页岩样品选取为圆柱体，选取好页岩样品后会检测页岩样品的长度和直 径。
[0058] 具体地，页岩气开始自由扩散的扩散时间为页岩气在吸附平衡状态下从自由扩散 开始记录的扩散时间。
[0059] 具体地，页岩气的吸附平衡状态是指页岩样品对页岩气的吸附与解吸作用达到平 衡。在本实施例中，通过盛有一定压力的页岩气气体容器对盛有页岩样品的岩必夹持器通 入页岩气，当气体容器的页岩气不在向气体容器扩散时，岩必夹持器中的页岩气达到吸附 平衡状态。且根据气体容器从开始对岩必夹持器通入页岩气到岩必夹持器的页岩气达到吸 附平衡状态时气体容器内页岩气的压力差值和气体容器的容积，算出通入岩必夹持器里页 岩气的质量，进而算出吸附平衡状态下页岩气的浓度N。。
[0060] 步骤S13,根据页岩气扩散数据和第一公式来计算页岩气扩散系数和页岩气流动 系数，该第一公式包括：
[0061]
[0063] ，其中