泥页岩渗透率测定方法综述

1、泥页岩渗透率测定方法综述【摘 要】随着天然气在国民经济活动中的比例不 断加大，非常规天然气中的泥页岩气资源成为重要的开发 目标。测定泥页岩渗透率，对研究渗流规律、储层评价等 有重要意义，其测定方法受到国内外学者的重视。本文介 绍了目前测定泥页岩渗透率的方法原 理与其典型仪器的优 缺点。【关键词】泥页岩 渗透率 测定方法 综述 实验室测 定渗透率的方法分为常规稳态法和非稳态法。由于液体易 与粘土矿物发生物理化学反应影响渗流物性，因此渗流介 质常使用氮气、氨气。对于高、中渗透性岩层，运用达西 定律对岩心进行稳态法实验，可测定较为精确的渗透率； 对于以纳米级孔隙为主具 有特低渗特征的泥页岩，常采用

2、非稳态法。1常规稳态法稳态法基于达西定律。设有一横截面积 为A ,长 度为L的岩石，使粘度为的流体在压差下通过岩心，测得流量Q。单位时间通过岩心体积流量Q与压差、岩心横截面积A成正比,与岩心的长度L和流体的粘 度成反比，当外部条件一定时，可通过公式（1-1）计算渗透率：(1-1)式中： 岩石绝对渗透率，； 通过岩样的流 体 粘度，；岩样长度，； 岩样两端压差，0. Io因为气体是可压缩流体，所以(1-1)式需修正。当 温度一定时，气体膨胀服从波义尔定律。设进口压力出口 压力，当压力从变化到时，气体体积和流速发生变化，用 平均体积流量Q代入上式，为(1-2)若把气体膨胀视为等温过程，按气体状态，

3、 方程可令：(1-3)由上可知：(1-4)将(1 -4)式代入(1-2)式有：(1-5)式中： 岩石绝对渗透率，； 通过岩样的流 体 粘度，；岩样长度，；大气压力，；分别为通过岩样两 端的压力01 ；在大气压下的体积流 量；下的平均体积 流量。NAN0K-100型纳达西渗透率仪是一种数字式稳态法气体渗透率测量系统，岩心样品为柱式。通过测 量上 游压力及通过岩心气体流量，可计算出渗透率，测量范围。稳态法在测试时可能会出现流体通过岩样流量过小无 法计算渗透率的情况且建立稳态流动所需时间长，效率较 低。2非稳态脉冲衰减法脉冲衰减法基于一维非稳态渗流理论，通过对岩样一 维非稳态渗流过程中孔隙压力随时间

4、的衰减数据结合对应 数值模型和测试仪器所界定的初始条件、边 界条件，对渗 流方程精确解答和合适的误差控制，测量渗透率。根据质量守恒与达西定律，忽略重力作用的气体一维 非稳态渗流数值模型为：(2-1)式中：一一为岩样孔隙压力，；一一为岩样孔隙流 体 压缩系数，；为流体粘度，；为脉冲衰减时间，；一一 分别为仪器上游和下游容器容积，。首先使脉冲衰减前仪器容器和岩样孔隙压力达到平衡 状态，均等于下游腔室压力。脉冲开始后，分别 连接岩样 入口和出口的上游和下游容器压力和将由于 脉冲衰减的原 因不断变化。对应(2-1)的初始条件和边界条件分别 为：初始条件：(2-2)边界条件：(2-3)由式(2-1)并结

5、合初始条件和边界条件进行解析，得到压力衰减过程中岩样孔隙压力随时间的变化关系。岩 样渗透率越大，则脉冲衰减越快，反之亦然。根据实验数 据进行误差可控范围内的适当控制可得脉 冲渗透率数值模 型：(2-4)式中：为实验测试的脉冲渗透率仪上、下游容器压差 与时间在单对数坐标图中的斜率；分别为测试岩样孔隙体 积与脉冲渗透率仪上、下游容器容积的比值，当时，。PDP-200脉冲式岩心渗透率测试仪美国岩心公司 专门针对超低渗岩样研发的的产品。对岩样施加孔隙压 力，通过岩样传导压差脉冲信号，系统自动记录岩 样两端 压力差、下游压力和时间并进行线性回归计算 渗透率。测 量范围。脉冲衰减法测量速度快；缺点是对环境

6、密闭性要求 高，受温度变化和气体流通的影响较大。特别是针对超低 渗岩样测量时，在测试初期，较高的测试围压对实验结果 有影响，导致比稳态法测量的结果偏小；对渗流介质为气 体时不能修正滑脱系数和惯性阻力系数，测量结果高于实 际数值。3结语(1) 常规稳态测量方法不适用于特低渗透率的测量。 (2)非稳态方法的瞬时脉冲法，CMS-300测量系统应根据 岩样特点选择最佳方法。(3)核磁共振测量渗透率值是根 据束缚水饱和度模型转换而来，仅作为参考值。参考文献：1 张玉金低渗透率地层渗透率的确定方法J 测 井 技术.1993, 17 (1) : 60 64.2 万金凤非稳态气测渗透率新方法研究及实现D.成都：