一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法技术

本发明专利技术提供了一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法。所述方法包括如下步骤：采集岩石样品，筛选致密砂岩样品，将筛选出的样品饱和地层水；根据研究区地层的温度和压力变化范围和天然气组成，进行不同温度和压力条件下的天然气扩散系数实验测定；建立天然气扩散系数与温度的动力学模型，确定扩散活化能与气体常数的比值；建立天然气扩散系数与压力的指数模型，确定扩散压力因子；建立粘土矿物含量和扩散活化能与气体常数比值的线性模型；建立孔喉中值半径倒数与扩散压力因子的线性模型；建立扩散系数多因素模型；利用扩散系数多因素模型，预测研究区不同岩石在不同温压条件下的扩散系数。

A method for predicting diffusion coefficients of natural gas in tight sandstone under geological conditions

The invention provides a method for predicting the diffusion coefficient of natural gas in a tight sandstone under geological conditions. The method comprises the following steps: collecting rock samples, screening of tight sandstone samples, the selected samples saturated with formation water; according to the change of temperature and pressure range of the strata in the study area and the natural gas diffusion coefficient experiment was determined under different temperature and pressure of natural gas; kinetic model of natural gas diffusion coefficient the temperature, to determine the activation energy of diffusion ratio and gas constant; index model of natural gas diffusion coefficient and pressure, pressure to determine the diffusion factor; establish the content of clay minerals and the diffusion activation energy of linear model and gas constant ratio; establish the median radius of the pore throat linear model and reciprocal pressure diffusion factor; multi factor diffusion model using the multi factor coefficient; diffusion coefficient model, prediction of different rocks in the diffusion coefficient under different pressure and temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法
本专利技术涉及石油勘探领域，具体的说，是涉及一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法。
技术介绍
致密砂岩气已成为全球非常规天然气勘探的重点领域，目前全球有70多个盆地已发现或推测发育致密砂岩气，资源量约为209.6×1012m3，主要分布于北美、拉丁美洲和亚太地区。美国是致密砂岩气开发最早的地区，2011年致密砂岩气产量约为1690×108m3，占美国天然气总产量的26％(EIA,2012)。中国近年来随着大型压裂改造技术的进步和规模化应用，致密砂岩气勘探开发取得重大进展。据最新估算，中国致密砂岩气可采资源量约(9～13)×1012m3，2011年致密砂岩气产量约为256×108m3，占全国天然气总产量的25％左右(邹才能等,2013)。由于储层具有低孔低渗、非均质性强的特征，天然气扩散在致密砂岩气形成的过程中发挥了重要作用，但是目前仍没有预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的有效方法，从而导致计算的致密砂岩中天然气扩散量存在很大差异。致密砂岩中天然气扩散系数表示天然气在致密砂岩中的扩散能力，是指浓度梯度为一个单位时的扩散通量，单位为cm2/s。天然气扩散系数可以通过理论估算和实验测定来获得，但是由于地下岩石多孔介质的复杂性，测定天然气在岩石中的扩散系数才是研究地下天然气扩散作用的根本途径。国内外一些学者针对天然气在岩石中扩散系数的实验测定方法做了大量工作。前苏联学者Antonov首次在实验室测定了轻烃在沉积岩中的扩散系数，肖无然等成功地在国内实验室测定了常温常压条件下岩石中天然气的扩散系数。郝石生等对实验方法进行了改进，测定了在不同温度和压力条件下饱和水岩石中甲烷的扩散系数。Krooss等提出了天然气扩散系数测定新方法，测试了常温常压条件下饱含水岩石中天然气的扩散参数。李志生等研发了高温高压条件下岩石中天然气扩散系数测定的设备和方法。柳广弟、付广和张云峰等在实验测定扩散系数的基础上，分别分析了温度、压力、孔隙度对扩散系数的影响。目前可以实现在实验室里测定高温高压条件下致密砂岩中天然气扩散系数，并根据实验数据，在假设其它地质因素不变的前提下，确定一种特定的地质因素对扩散系数的影响，从而建立了扩散系数与温度、压力和孔隙度的单因素模型，然而目前尚未提出可以预测多种地质因素同时变化的情况下的扩散系数的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种预测多种地质因素同时变化的情况下的致密砂岩中天然气扩散系数的方法。以至少解决相关技术中无法确定多种地质因素同时变化的情况下的天然气扩散系数而导致的无法正确计算历史时期天然气扩散量的技术问题。为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法，其中，所述方法包括如下步骤：(1)采集岩石样品，筛选致密砂岩样品，并将选出的样品饱和地层水；(2)根据研究区地层的温度和压力变化范围和天然气组成，进行不同温度和压力条件下的天然气扩散系数实验测定；(3)建立天然气扩散系数与温度的动力学模型，确定扩散活化能与气体常数的比值；(4)建立天然气扩散系数与压力的指数模型，确定扩散压力因子；(5)建立粘土矿物含量和扩散活化能与气体常数比值的线性模型；(6)建立孔喉中值半径倒数与扩散压力因子的线性模型；(7)建立扩散系数多因素模型；(8)利用扩散系数多因素模型，预测研究区不同岩石在不同温压条件下的扩散系数。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)是采集研究区构造背景和沉积环境相似以及岩石物性分布广泛的岩石样品。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)是根据采集样品的孔隙度、渗透率、孔喉中值半径和粘土矿物含量从低到高均有分布的原则来采集岩石样品。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)是筛选孔喉中值半径和粘土矿物含量从高到低的致密砂岩样品；根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)是筛选出孔喉中值半径介于0到1μm，粘土矿物含量介于0到100％，从高到低分布的样品。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)是通过孔隙度、渗透率、高压压汞和X衍射实验测定来筛选孔喉中值半径和粘土矿物含量从高到低的致密砂岩样品。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)所筛选的样品数量不得少于4块。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)是按SY/T5336-2006、GB/T21650.1-2008和SY/T5163-2010标准进行孔隙度、渗透率、孔喉中值半径和粘土矿物含量的测定。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)是根据研究区的地层水矿化度值，将筛选出的样品饱和地层水。其中可以理解的是，使用的地层水矿化度要与研究区地层水矿化度的大小保持一致。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(2)中进行不同温度和压力条件下的天然气扩散系数实验测定是从研究区岩石所经历的最低温度和压力做到最高温度和压力，温度按一定间隔测量至少4个温度点，而每个温度点下至少测量4个压力点。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(2)中天然气扩散系数测定按SY/T6129-1995标准进行。其中可以理解的是，扩散系数实验测定使用的天然气成分要与研究区天然气成分保持一致根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(3)天然气扩散系数与温度的动力学模型为其中D-扩散系数(cm2/s)，Ea-活化能(cal/mol)，R-气体常数(1.987cal·mol-1·K-1)，T-温度(K)，A-指前因子，从而确定扩散活化能与气体常数比值Ea/RT的数值。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(3)是绘制同一压力条件下的扩散系数D与温度T的交会图，建立天然气扩散系数与温度的动力学模型。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(4)天然气扩散系数与压力的指数模型为D＝AeBP，其中D-扩散系数(cm2/s)，A-指前因子(cm2/s)，B-压力因子，P-压力(MPa)，从而确定压力因子B的数值。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(4)步骤(4)是绘制同一温度条件下的扩散系数D与压力P的交会图，建立天然气扩散系数与压力的指数模型。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(5)是建立粘土矿物含量和扩散活化能与气体常数比值的线性模型为Ea/R＝a1C+b1，其中Ea-活化能(cal/mol)，R-气体常数(1.987cal·mol-1·K-1)，C-粘土矿物含量(％)；根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(6)是建立孔喉中值半径倒数与扩散压力因子的线性模型为B＝a2/r+b2，其中B-压力因子，r-孔喉中值半径(nm)；根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(7)是建立扩散系数多因素模型为D＝Ae-(a1C+b1)/T-(a2/r+b2)P，其中D-扩散系数(cm2/s)，A-指前因子，C-粘土矿物含量(％)，T-温度(℃)，r-孔喉中值半径(nm)，P-压力(MPa)。综上所述，本专利技术提供了一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法。本专利技术的方法具有如下优点：通过本专利技术的方法，解决了现有技术中无法确定多种地质因素同时变化的情况下的天然气扩散系数而导致的无法正确评价历史时期天然气扩散量的技术问题，实现了一个地区不同岩石在不同历史时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法，其中，所述方法包括如下步骤：(1)采集岩石样品，筛选致密砂岩样品，并将选出的样品饱和地层水；(2)根据研究区地层的温度和压力变化范围和天然气组成，进行不同温度和压力条件下的天然气扩散系数实验测定；(3)建立天然气扩散系数与温度的动力学模型，确定扩散活化能与气体常数的比值；(4)建立天然气扩散系数与压力的指数模型，确定扩散压力因子；(5)建立粘土矿物含量和扩散活化能与气体常数比值的线性模型；(6)建立孔喉中值半径倒数与扩散压力因子的线性模型；(7)建立扩散系数多因素模型；(8)利用扩散系数多因素模型，预测研究区不同岩石在不同温压条件下的扩散系数。

【技术特征摘要】
1.一种预测地质条件下致密砂岩中天然气扩散系数的方法，其中，所述方法包括如下步骤：(1)采集岩石样品，筛选致密砂岩样品，并将选出的样品饱和地层水；(2)根据研究区地层的温度和压力变化范围和天然气组成，进行不同温度和压力条件下的天然气扩散系数实验测定；(3)建立天然气扩散系数与温度的动力学模型，确定扩散活化能与气体常数的比值；(4)建立天然气扩散系数与压力的指数模型，确定扩散压力因子；(5)建立粘土矿物含量和扩散活化能与气体常数比值的线性模型；(6)建立孔喉中值半径倒数与扩散压力因子的线性模型；(7)建立扩散系数多因素模型；(8)利用扩散系数多因素模型，预测研究区不同岩石在不同温压条件下的扩散系数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)是采集研究区构造背景和沉积环境相似以及岩石物性分布广泛的岩石样品；其中优选根据采集样品的孔隙度、渗透率、孔喉中值半径和粘土矿物含量从低到高均有分布的原则来采集岩石样品。3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)是筛选孔喉中值半径和粘土矿物含量从高到低的致密砂岩样品；其中优选是筛选出孔喉中值半径介于0到1μm，粘土矿物含量介于0到100％，从高到低分布的样品；优选样品数量不得少于4块；还优选是通过孔隙度、渗透率、高压压汞和X衍射实验测定来筛选孔喉中值半径和粘土矿物含量从高到低的致密砂岩样品；还优选步骤(1)是按SY/T5336-2006、GB/T21650.1-2008和SY/T5163-2010标准进行孔隙度、渗透率、孔喉中值半径和粘土矿物含量的测定。4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)是根据研究区的地层水矿化度值，将筛选出的样品饱和地层水。5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中进行不同温度和压力条件下的天然气扩散系数实验测定是从研究区岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵忠英，卢山，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11