页岩性质测定方法、装置和页岩性质测定仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种页岩性质测定方法、装置和页岩性质测 定仪。
【背景技术】
[0002] 页岩气是一种储存于页岩层中的非常规天然气资源，其具有分布范围广、开采寿 命长W及生产周期长等优点，具有很好的应用前景。
[0003] 页岩气在页岩层中的流动能力是评价页岩气能否经济开采的重要因素。其中，常 用的流动能力评价参数为渗透率。在相关技术中，通常采用达西稳定流法测定页岩渗透率。 通过计量一定压力下通过页岩样品的气体的流量，然后根据达西直线渗滤定律计算出页岩 样品的渗透率。
[0004] 另外，相关文献也提出了采用脉冲衰减法测定页岩渗透率。主要包括岩芯柱脉冲 衰减法、颗粒脉冲衰减法和脱气法送Η种测定方法。其中，岩芯柱脉冲衰减法对实验仪器 和页岩样品的要求较为严格，虽然具备较高的测定效果和精度，但数学处理上还需进一步 研究；颗粒脉冲衰减法将页岩样品简化为规则外形，破坏了孔隙结构，对测定结果有一定影 响；脱气法仅适用于现场密闭取芯的测试，与页岩储层含气量测试相关，精度不高。
[0005] 在实现本发明的过程中，发明人发现上述技术至少存在W下问题；气体在页岩中 的渗流存在非达西流动特点，此时应用达西直线渗流定律计算页岩的渗透率必然导致测定 结果不准确的问题。另外，上述技术涉及的各种测定方法，在测定页岩的渗透率时均未考虑 吸附气的影响，导致测定结果不准确的问题。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述技术涉及的测定方法在测定页岩的渗透率时未考虑页岩气的非达 西流动特性W及吸附气的影响，所导致的测定结果不准确的问题，本发明实施例提供了一 种页岩性质测定方法、装置和页岩性质测定仪。所述技术方案如下：
[0007] 第一方面，提供了一种页岩性质测定方法，所述方法包括：
[0008] 获取η组压力值，所述η组压力值为气体在页岩样品中扩散的过程中，每隔预定时 间间隔记录的所述页岩样品两端的压力值，对于每一组压力值，所述压力值包括放置有所 述页岩样品的岩芯夹持器的进口端的压力值Pm和出口端的压力值P?t，n > 2且η为整数；
[0009] 根据所述η组压力值计算出对应的η组浓度值，对于每一组浓度值，所述浓度值包 括所述进口端的浓度值Ni。和所述出口端的浓度值Ν。。，；
[0010] 根据所述η组浓度值求解一维扩散方程得到所述页岩样品的扩散系数D，所述扩 散系数D用于反映气体在所述页岩样品中的扩散程度；
[0011] 使用下述公式计算所述页岩样品的渗透率k :
[0012] k = Ομ Φ 目 t ;
[0013] 其中，所述D表示所述扩散系数（m2/s);所述μ表示流体粘度（Pa · s);所述Φ 表示所述页岩样品的有效孔隙度（％ );所述目t表示初始孔隙压力下的压缩系数（Pal)。
[0014] 可选的，所述一维扩散方程为：
[0015]
[0016] 其中，所述L表示所述页岩样品的长度（m);所述N表示气体在位置X及时刻t所 对应的浓度值化g/W);
[0017] 或者，
[0018] 所述一维扩散方程为：
[0019]
[0020] 其中，所述L表示所述页岩样品的长度（m);所述N表示气体在位置X及时刻t所 对应的浓度值化g/m3)
表示时刻t所对应的吸附气含量的增加量；所述P 1表示 所述页岩样品的密度化g/W);所述P2表示气体密度化g/W)。
[0021] 可选的，所述使用下述公式计算所述页岩样品的渗透率k之前，还包括：
[0022] 使用下述公式计算所述页岩样品的有效孔隙度Φ :
[0023]
[0024] 其中，所述S表示所述页岩样品的截面积（m2);所述L表示所述页岩样品的长度 (m);所述Pi表示脉冲压力（MPa);所述P2表示平衡压力（MPa);所述Zi表示气体在压力Pi 下的压缩因子；所述Z2表示气体在压力P2下的压缩因子；所述Vi表示与所述岩芯夹持器的 进口端相连的上游气体容器的体积（m3);所述V、表示所述上游气体容器、所述上游进气阀、 所述岩芯夹持器W及所述下游进气阀之间的管线的体积（m3)。
[00巧]可选的，所述方法还包括：
[0026] 使用下述公式计算所述页岩样品的吸附气含量Q。：
[0027]
[002引其中，所述Q。表示在第η个吸附平衡压力下，单位质量的所述页岩样品所吸附 的气体体积（m3/kg);所述m表示所述页岩样品的质量化g);所述V。表示在第η个吸附平衡 压力下，所述页岩样品所吸附的气体体积（m3);
所述Τ。表示常温CC )，所述Τ表示实验温度CC )，所述Ρ。表示标准大气压（MPa)，所述Vh 表示与所述岩芯夹持器的进口端相连的上游气体容器的体积（m3)，所述表示所述岩芯 夹持器的孔隙体积（m3)，所述P。表示第η个脉冲压力（MPa)，所述表示第η个吸附平衡 压力（MPa)，所述Ζ。表示气体在压力Ρ。下的压缩因子，所述表示气体在压力下的压 缩因子；当η = 1时：
[0029] 第二方面，提供了一种页岩性质测定装置，所述装置包括：
[0030] 压力获取模块，用于获取η组压力值，所述η组压力值为气体在页岩样品中扩散的 过程中，每隔预定时间间隔记录的所述页岩样品两端的压力值，对于每一组压力值，所述压 力值包括放置有所述页岩样品的岩芯夹持器的进口端的压力值Pi。和出口端的压力值Ρ。。,， η>2且η为整数；
[0031] 浓度计算模块，用于根据所述η组压力值计算出对应的η组浓度值，对于每一组浓 度值，所述浓度值包括所述进口端的浓度值Ni。和所述出口端的浓度值Ν。。，；
[0032] 扩散系数计算模块，用于根据所述η组浓度值求解一维扩散方程得到所述页岩样 品的扩散系数D，所述扩散系数D用于反映气体在所述页岩样品中的扩散程度；
[0033] 渗透率计算模块，用于使用下述公式计算所述页岩样品的渗透率k :
[0034] k = D μ Φ 目 t ;
[OCX35] 其中，所述D表示所述扩散系数(V/s);所述μ表示流体粘度（Pa · s);所述Φ 表示所述页岩样品的有效孔隙度（％ );所述目t表示初始孔隙压力下的压缩系数（Pal)。
[0036] 可选的，所述一维扩散方程为：
[0037]
[0038] 其中，所述L表示所述页岩样品的长度（m);所述N表示气体在位置X及时刻t所 对应的浓度值化g/m");
[0039] 或者，
[0040] 所述一维扩散方程为：
[0041]
[0042] 其中，所述L表示所述页岩样品的长度（m);所述N表示气体在位置X及时刻t所 对应的浓度值化g/W) ; PiA. 表示时刻t所对应的吸附气含量的增加量；所述P 1表示 ct 所述页岩样品的密度化g/W);所述P2表示气体密度化g/W)。
[0043] 可选的，所述装置还包括：
[0044] 孔隙度计算模块，用于使用下述公式计算所述页岩样品的有效孔隙度Φ :
[0045]
[0046] 其中，所述S表示所述页岩样品的截面积（m2);所述L表示所述页岩样品的长度 (m);所述Pi表示脉冲压力（MPa);所述P2表示平衡压力（MPa);所述Zi表示气体在压力Pi 下的压缩因子；所述Z2表示气体在压力P2下的压缩因子；所述Vi表示与所述岩芯夹持器的 进口端相连的上游气体容器的体积（m3);所述V、表示所述上游气体容器、所述上游进气阀、 所述岩芯夹持器W及所述下游进气阀之间的管线的体积（m3)。
[0047] 可选的，所述装置还包括：
[0048] 吸附气计算模块，用于使用下述公式计算所述页岩样品的吸附气含量Q。：
[0049]
[0050] 其中，所述Q。表示在第η个吸附平衡压力P；^下，单位质量的所述页岩样品所吸附 的气体体积（m3/kg);所述m表示所述页岩样品的质量化g);所述V。表示在第η个吸附平衡 压力下，所述页岩样品所吸附的气体体积（m3)
所述Τ。表示常温CC )，所述Τ表示实验温度CC )，所述Ρ。表示标准大气压（MPa)，所述Vh 表示与所述岩芯夹持器的进口端相连的上游气体容器的体积（m3)，所述表示所述岩芯 夹持器的孔隙体积（m3)，所述P。表示第η个脉冲压力（MPa)，所述表示第η个吸附平衡 压力（MPa)，所述Ζ。表示气体在压力Ρ。下的压缩因子，所述表示气体在压力下的压 缩因子；当η = 1时：
[0051] 第Η方面，提供了一种页岩性质测定仪，所述页岩性质测定仪包括：上游气体容 器、上游进气阀、用于放置页岩样品的岩芯夹持器、下游进气阀、下游气体容器、上游液压 泉、围压液压泉、下游液压泉、压力传感器、压差传感器、围压进气阀、放空阀、恒温箱、计时 器和计算设备；
[0052] 其中，所述岩芯夹持器的进口端依次通过所述上游进气阀的第一阀口、所述上游 进气阀的第二阀口与所述上游气体容器的第一端相连；所述岩芯夹持器的出口端依次通过 所述下游进气阀的第一阀口、所述下游进气阀的第二阀口与所述下游气体容器的第一端相 连；所述岩芯夹持器、所述上游气体容器和所述下游气体容器安装于所述恒温箱中；所述 上游液压泉通过第一管线与所述上游进气阀的第Η阀口相连，所述下游液压泉通过第二管 线与所述下游进气阀的第Η阀口相连；所述上游进气阀的第四阀口通过第Η管线与所述下 游进气阀的第四阀口相连；所述上游进气阀的第五阀口经所述压差传感器与所述下游进气 阀的第五阀口相连；所述围压液压泉经所述围压进气阀与所述岩芯夹持器的侧壁相连；所 述上游气体容器的第二端与所述压力传感器相连，所述下游气体容器的第二端与所述放空 阀相连；所述压力传感器、所述压差传感器和所述计时器分别与所述计算设备相连；
[0053] 所述计算设备，包括如第二方面所述的页岩性质测定装置。
[0054] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0055] 通过求解预先建立的一维扩散方程得到页岩样品的扩散系数，进而根据扩散系数 求得页岩样品的渗透率；解决了【背景技术】涉及的测定方法在测定页岩的渗透率时未考虑页 岩气的非达西流动特性W及吸附气的影响，所导致的测定结果不准确的问题；