一种基于分形维数评价页岩油可动性的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于分形维数评价页岩油可动性的方法。该方法包括：分别对页岩的组分矿物进行低温氮吸附实验和油吸附实验，确定各组分矿物的基本孔隙特征和吸油量；确定页岩的组分矿物中影响油吸附的主要矿物；确定影响页岩的油吸附的控制因素；建立页岩油的可动性与分形维数的相关关系。该方法通过进行页岩及页岩的组分矿物的油吸附实验，对该过程中各组分的吸附能力进行对比分析，得到页岩油可动性的控制因素，并结合低温氮吸附实验，建立分形维数，通过分形维数与页岩油的可动性的关系分析，实现以页岩的非均质性以及孔隙结构的复杂程度来有效评价页岩油的可动性，进而对页岩油的赋存做出良好指示。

A Method for Evaluating Shale Oil Mobility Based on Fractal Dimension

The present invention relates to a method for evaluating shale oil mobility based on fractal dimension. The method includes: low temperature nitrogen adsorption experiment and oil adsorption experiment for shale component minerals, to determine the basic pore characteristics and oil absorption capacity of each component minerals; to determine the main minerals affecting oil adsorption in shale component minerals; to determine the controlling factors affecting oil adsorption in shale; and to establish the correlation between shale oil mobility and fractal dimension. Through oil adsorption experiments of component minerals in shale and shale, the control factors of shale oil mobility are obtained by comparing and analyzing the adsorption capacity of each component in the process. Combining with low temperature nitrogen adsorption experiments, the fractal dimension is established. The relationship between fractal dimension and shale oil mobility is analyzed to realize the complex process of shale heterogeneity and pore structure. The mobility of shale oil can be effectively evaluated by degree, and then the occurrence of shale oil can be well indicated.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分形维数评价页岩油可动性的方法
本专利技术属于页岩油的可动性研究领域，具体涉及一种基于分形维数评价页岩油可动性的方法。
技术介绍
随着全球范围内非常规油气资源的发展，页岩油扮演着越来越重要的角色。北美地区阿纳达科盆地的伍德福德组、沃斯堡盆地的密西西比巴内特组等地层油气已成功商业开发，中国目前已在松辽盆地、江汉盆地、鄂尔多斯盆地等发现了页岩油气藏，针对页岩油气藏的勘探开发迫在眉睫。由于北美页岩与中国陆相页岩的地质特征具有明显的差异，我们仍需要建立新的思路和方法，针对哪一部分油是有效资源、油主要富集在哪一部分孔隙等问题进行深入研究，这其中研究页岩油的可动性是解决问题的关键。公布号为CN103278866A的中国专利申请公开了一种泥页岩层系内页岩油资源潜力评价方法，包括整理基础数据、在工区内均匀选井、建模及验证有机地球化学测井、建立页岩油分级评价标准、提出泥页岩层系的划分标准、校正泥页岩层系内页岩油的轻烃及重烃、计算泥页岩饱和吸附油量并依据分级标准分级评价页岩油资源潜力、应用地球化学数据分析图解法确定泥页岩饱和吸附油量，进而计算页岩油可动量、利用“孔隙-含油饱和度”法计算泥页岩层系内砂岩薄夹层的页岩油资源量。在以往的研究中，对页岩油可动性的研究重点往往是页岩油本身，关注的是原油的密度、黏度等因素，对孔隙结构这一外部环境因素讨论较少，缺少真实反映页岩孔隙结构与页岩油可动性的关系，导致针对页岩油可动性的评价结果的有效性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于分形维数评价页岩油可动性的方法，从而解决现有方法不能反映页岩孔隙结构与页岩油可动性的关系，导致评价结果的有效性较差的问题。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于分形维数评价页岩油可动性的方法，包括以下步骤：1)分析页岩的矿物组成，分别对页岩的组分矿物进行低温氮吸附实验，确定各组分矿物的孔隙结构特征；对页岩的组分矿物分别进行油吸附实验，确定各组分矿物的吸油量；2)建立组分矿物的吸油量与自身孔隙结构特征的相关关系，根据相关关系选择孔隙结构特征中能够反映吸油量的孔隙参数；3)根据步骤2)选择的孔隙参数，确定页岩的组分矿物中影响油吸附的主要矿物；4)利用低温氮吸附实验确定页岩的孔隙结构特征，基于FHH模型建立分形维数；对页岩进行油吸附实验，确定页岩的吸油量；建立页岩的吸油量与页岩中主要矿物含量、TOC含量的相关关系，根据相关关系确定影响页岩的油吸附的控制因素；5)通过步骤4)确定的控制因素和页岩的含油性表征页岩油的可动性，建立页岩油的可动性与分形维数的相关关系，根据相关关系对页岩油的可动性做出评价。本专利技术的基于分形维数评价页岩油可动性的方法，通过进行页岩及页岩的组分矿物的油吸附实验，对该过程中各组分的吸附能力进行对比分析，得到页岩油可动性的控制因素，并结合低温氮吸附实验，建立分形维数，通过分形维数与页岩油的可动性的关系分析，实现以页岩的非均质性以及孔隙结构的复杂程度来有效评价页岩油的可动性，进而对页岩油的赋存做出良好指示。步骤1)中，所述组分矿物包括粘土矿物和脆性矿物，粘土矿物包括伊蒙混层、铁绿泥石、伊利石、钠蒙脱石、高岭石，脆性矿物包括黄铁矿、白云石、石英、方解石、钾长石、钠长石。步骤1)、步骤2)、步骤4)中，所述孔隙结构特征包括平均孔径、比表面积、总孔体积。平均孔径、比表面积、总孔体积等孔隙参数可由低温氮吸附实验得到，低温氮吸附实验为确定多孔材料的基本孔隙特征的常用实验操作，其一般工作过程是将样品磨至60-80目，在240℃条件下进行12h的真空脱气处理，除去样品孔隙中残余的水分和杂质，在-195.8℃的温度下测定不同相对压力下氮气的吸附量。步骤1)通过对组分矿物的吸附研究，排除了有机质以及水分的影响，方便单独探寻矿物组成与页岩油可动性之间的关系。步骤1)中，所述油吸附实验所用的油介质为正癸烷、甲基环己烷、甲苯或1,3-二异丙基苯。上述油介质与页岩油的性质相近，可基本反映对页岩油的吸附情形。油吸附实验的实验过程为：将样品在240℃加热烘干24h，然后降温至室温，设定吸附温度为25℃，饱和蒸气压为25℃时正癸烷、甲基环己烷、甲苯三种溶剂的各自的饱和蒸气压，测量样品在不同分压下的吸附平衡量。步骤4)中，所述FHH模型如式(1)所示：LnV＝KLn(Ln(P0/P))+C(1)；式(1)中，P0为实验温度时吸附质的饱和蒸气压，P为平衡压力，V为吸附体积，K为线性相关系数，C为常数(可由实验数据拟合得到)。步骤4)中，分形维数D＝K+3。页岩作为多孔隙固体，其分形维数大小一般介于2-3之间。分形维数的大小可以用来表征页岩的孔隙表面粗糙程度和孔隙结构的复杂程度以及页岩的非均质性。分形维数越接近2，页岩孔隙表面越平滑，孔隙结构越简单，其非均质性越弱；分形维数越接近3时，表面越粗糙，孔隙结构越复杂，非均质性越强。步骤5)中，所述页岩的含油性是指页岩中热解烃S1的含量。通过热解烃S1的含量与步骤4)确定的控制因素(主要矿物含量或TOC含量)的比值来表征页岩油的可动性。S1代表页岩的含油性，粘土矿物是页岩油吸附的主要介质，页岩中被粘土矿物吸附的部分认为是不可动的部分，当热解烃S1含量/粘土矿物含量的值高时，说明粘土矿物含量低，页岩油可流动的比例高，即可动性强，因而可以用S1含量/粘土矿物含量表征页岩油的可动性。油吸附试验所使用的装置包括抽真空装置、恒温装置，以及设于恒温装置内的溶剂饱和蒸气供给装置、吸附测试装置、气体置换装置，溶剂饱和蒸气供给装置设置有用于输送饱和蒸气的饱和蒸气出口；吸附测试装置上设有可供溶剂饱和蒸气通入吸附测试装置内的饱和蒸气入口，吸附测试装置内还设有用于检测样品的饱和蒸气吸收量的检测机构；气体置换装置设置有用于向吸附测试装置内通入置换气体的置换气体出口；吸附测试装置的饱和蒸气入口与抽真空装置的抽真空口、溶剂饱和蒸气供给装置的饱和蒸气出口以及气体置换装置的置换气体出口相连通。优选的，所述检测机构包括样品托盘以及用于测试样品托盘内样品的吸附量变化的微量天平。油吸附试验所使用的装置还包括对抽出的气体进行冷凝的冷凝装置。采用上述装置进行油吸附试验，可大大简化页岩类样品的油吸附试验工序，从而有利于快速、准确地评价样品对不同种类溶剂的吸附效果，从而方便的应用到页岩样品的孔隙结构、吸附量等物性分析中。本专利技术的基于分形维数评价页岩油可动性的方法，与以往从原油密度、黏度等参数评价页岩油的可动性的单一评价不同，主要是从孔隙特征入手，讨论除原油本身外，周围环境对其可动性的影响，并引入了表征孔隙复杂程度的分形维数，更加详细的讨论了孔隙特征对页岩油可动性的影响，对于评价页岩油的赋存具有良好的指示意义。附图说明图1为本专利技术实施例中原油吸附装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中纯矿物的正癸烷、甲基环己烷、甲苯吸附量与BET比表面积的关系图；图3为本专利技术实施例中纯矿物的正癸烷、甲基环己烷、甲苯吸附量与DFT总孔体积的关系图；图4为本专利技术实施例中各组分矿物(黄铁矿、白云石、石英、方解石、钾长石、钠长石、伊蒙混层、铁绿泥石、伊利石、钠蒙脱石、高岭石)的BET比表面积数值图；图5为本专利技术实施例中各组分矿物(黄铁矿、白云石、石英、方解石、钾长石、钠长石、伊蒙混层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分形维数评价页岩油可动性的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)分析页岩的矿物组成，分别对页岩的组分矿物进行低温氮吸附实验，确定各组分矿物的孔隙结构特征；对页岩的组分矿物分别进行油吸附实验，确定各组分矿物的吸油量；2)建立组分矿物的吸油量与自身孔隙结构特征的相关关系，根据相关关系选择孔隙结构特征中能够反映吸油量的孔隙参数；3)根据步骤2)选择的孔隙参数，确定页岩的组分矿物中影响油吸附的主要矿物；4)利用低温氮吸附实验确定页岩的孔隙结构特征，基于FHH模型建立分形维数；对页岩进行油吸附实验，确定页岩的吸油量；建立页岩的吸油量与页岩中主要矿物含量、TOC含量的相关关系，根据相关关系确定影响页岩的油吸附的控制因素；5)通过步骤4)确定的控制因素和页岩的含油性表征页岩油的可动性，建立页岩油的可动性与分形维数的相关关系，根据相关关系对页岩油的可动性做出评价。

【技术特征摘要】
1.一种基于分形维数评价页岩油可动性的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)分析页岩的矿物组成，分别对页岩的组分矿物进行低温氮吸附实验，确定各组分矿物的孔隙结构特征；对页岩的组分矿物分别进行油吸附实验，确定各组分矿物的吸油量；2)建立组分矿物的吸油量与自身孔隙结构特征的相关关系，根据相关关系选择孔隙结构特征中能够反映吸油量的孔隙参数；3)根据步骤2)选择的孔隙参数，确定页岩的组分矿物中影响油吸附的主要矿物；4)利用低温氮吸附实验确定页岩的孔隙结构特征，基于FHH模型建立分形维数；对页岩进行油吸附实验，确定页岩的吸油量；建立页岩的吸油量与页岩中主要矿物含量、TOC含量的相关关系，根据相关关系确定影响页岩的油吸附的控制因素；5)通过步骤4)确定的控制因素和页岩的含油性表征页岩油的可动性，建立页岩油的可动性与分形维数的相关关系，根据相关关系对页岩油的可动性做出评价。2.如权利要求1所述的基于分形维数评价页岩油可动性的方法，其特征在于，所述组分矿物包括粘土矿物和脆性矿物，粘土矿物包括伊蒙混层、铁绿泥石、伊利石、钠蒙脱石、高岭石，脆性矿物包括黄铁矿、白云石、石英、方解石、钾长石、钠长石。3.如权利要求1所述的基于分形维数评价页岩油可动性的方法，其特征在于，步骤1)、步骤2)、步骤4)中，所述孔隙结构特征包括平均孔径、比表面积、总孔体积。4.如权利要求1所述的基于分形维数评价页岩油可动性的方法，其特征在于，步骤1)中，所述油吸附实验所用的油介质为正癸烷、甲基环己烷、甲苯或1,3-二异丙基苯。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：章新文，余志远，扬云飞，朱颜，谭静娟，胥玲，谢春安，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司河南油田分公司勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11