一种高压环境中煤/页岩润湿性的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种高压环境中煤/页岩润湿性的计算方法，包括：步骤1、高压CO2环境中，煤/页岩表面吸附有吸附水和CO2吸附气体，煤/页岩表面具有混合表面的润湿性特性；步骤2、由液体在混合表面的润湿性的关系式，结合步骤1的条件，得到吸附有气体的煤/页岩表面的润湿性表达式；步骤3、由润湿角杨氏方程结合“sharp

【技术实现步骤摘要】
一种高压环境中煤/页岩润湿性的计算方法
[0001]所属领域
[0002]本专利技术属于煤层气、页岩气勘探开发以及CO2地质封存过程中储层润湿性测量评价的
，具体涉及一种高压环境中煤/页岩润湿性的计算方法。

技术介绍

[0003]润湿性是指一种液体在一种固体表面铺展的能力，高压气体环境中煤/页岩润湿性判断对于煤层气和页岩气开发、煤层或者页岩储层的CO2封存至关重要。高压气体环境中煤/页岩润湿性是影响天然气开发过程中地层中气、水分布，气、水两相渗流过程的重要因素。同时对于页岩层，润湿性的判断是评价其作为CO2封存盖层重要指标。在高压CO2环境中，若水湿性的页岩被改变成CO2气润湿，盖层毛管力减小，则失去了其盖层的封闭作用，导致CO2泄露。
[0004]常规环境中润湿性定量测定的方法主要有：(1)离心机法(USBM，United States Bureau of Mines)、Amott方法(渗吸与排驱法)，这两种方法均基于常压下气、水驱替实验，由于煤/页岩样品多为低孔低渗，驱替实验较难操作。(2)接触角测量法，方法测量结果直观准确，是煤或页岩润湿性测量的主要方法。
[0005]高压CO2环境中，由于CO2气体在煤/页岩表面的吸附以及气
‑
水界面张力的改变等原因导致煤/页岩表面润湿性改变。目前高压气体环境中煤/页岩的水润湿性的测量技术发展较为缓慢。主要的测量技术是将样品置于高压气体腔内，对水接触角进行测量。此类方法存在的最大问题是由于测量时间短，很难考虑气体吸附以及与水
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气
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煤/页岩之间相互作用对润湿性的改变。因此亟需建立一套高压气体环境中，考虑气体吸附，水
‑
气
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煤/页岩之间相互作用及气
‑
水界面张力变化等多种因素的润湿性测量新方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种高压环境中煤/页岩润湿性的计算方法，解决了现有技术煤/页岩润湿性测量过程中，缺少考虑气体吸附以及与水
‑
气
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煤/页岩之间相互作用对润湿性改变因素的问题。
[0007]一种高压环境中煤/页岩润湿性的计算方法，方法包括：
[0008]步骤1、高压CO2环境中，CO2气体吸附在部分煤/页岩表面置换一部分吸附在煤/页岩表面的吸附水，吸附在煤/页岩表面的CO2气体为CO2吸附气体，煤/页岩表面吸附有吸附水和所述CO2吸附气体，所述CO2吸附气体的外表面接触有水，煤/页岩表面具有混合表面的润湿性特性；
[0009]步骤2、由液体在混合表面的润湿性的关系式，结合步骤1的条件，得到高压CO2环境中，吸附有CO2气体的煤/页岩表面的润湿性表达式；
[0010]其中，液体在混合表面的润湿性的关系式为：
[0011][0012]式中，θ表示混合表面润湿角；γ
LG
表示气液表面张力；γ
i，SG
、γ
i，SL
分别表示混合表面中每一种材质与气体和液体的界面张力；i表示混合表面中的材质；f
i
表示每种材质与混合表面的接触面积在混合表面中所占比例，f1+f2+
…
f
n
＝1，n表示混合表面中材质的总数量；θ
i
表示液体与每种材质之间的润湿角；
[0013]高压CO2环境中，煤/页岩表面由未被气体吸附的煤/页岩表面和被气体吸附的煤/页岩表面组成，吸附有CO2气体的煤/页岩表面的润湿性表达式为：
[0014]cosθ＝f1cosθ1+f2cosθ2ꢀꢀ
(2)
[0015]式中，θ表示高压CO2环境中煤/页岩表面润湿角，f1表示未被吸附气体的煤/页岩表面所占比例，即煤/页岩表面和所述吸附水的接触面积占煤/页岩表面的比例；θ1表示未被气体吸附的煤/页岩表面与所述水之间润湿角；f2表示被气体吸附的煤表面所占比例，即所述CO2吸附气体和水的接触面积占煤/页岩表面的比例；θ2表示被气体吸附的煤表面和水之间的润湿角，即所述CO2吸附气体与水之间润湿角为π。
[0016]步骤3、由润湿角杨氏方程结合“sharp
‑
kink”近似定理，得到未被气体吸附的煤/页岩表面与水之间润湿角的表达式：
[0017][0018]式中，θ1表示未被气体吸附的煤/页岩表面与水之间润湿角，I表示范德华势能积分；Δρ表示气液密度差；γ
LG
表示气液界面张力，ρ
g
表示气体密度；ρ
lf
表示煤/页岩表面液体膜密度等于液体密度。
[0019]步骤4、结合步骤2和3，更新高压CO2环境中，吸附有CO2气体的煤/页岩表面润湿角的表达式为：
[0020][0021]式中θ是高压CO2环境中煤/页岩表面润湿角；对于煤/页岩表面和水溶液不变的恒温情况下，已知是常数，f1表示未被吸附气体的煤/页岩表面所占比例，即煤/页岩表面和所述吸附水的接触面积占煤/页岩表面的比例，ρ
g
表示高压CO2环境中的气体密度；ρ
lf
表示煤/页岩表面的液体膜密度等于水溶液密度。
[0022]进一步地，步骤4中所述更新的高压CO2环境中，吸附有CO2气体的煤/页岩润湿角表达式内的参数的测量方法为：
[0023]步骤401、使用低场核磁共振技术测量不同CO2压力下饱和水煤样中的水的T2谱图；
[0024]步骤402、对所述T2谱图的数据分析，获得不同CO2压力下煤/页岩表面和水之间的接触面积，计算出不同CO2压力下煤/页岩表面和水之间的接触面积占煤/页岩表面面积的比例；
[0025]步骤403、测量标况下煤/页岩表面的润湿角，导入所述更新高压CO2环境中，吸附有CO2气体的煤/页岩润湿角的表达式(5)内，得到值；
[0026]进一步地，不同CO2压力下煤/页岩表面润湿角的计算方法为：将步骤402中所述不
同CO2压力下煤/页岩表面和水之间的接触面积占煤/页岩表面面积的比例和步骤403中得到的所述值导入所述更新的高压CO2环境中，吸附有CO2气体的煤/页岩润湿角的表达式(5)内，得到不同CO2压力下煤/页岩表面润湿角。
[0027]进一步地，步骤402中所述不同CO2压力下煤/页岩表面和水之间的接触面积，以标况下饱和水煤样中的水的T2谱图数据为参照。
[0028]进一步地，步骤402中所述不同CO2压力下煤/页岩表面和水之间的接触面积占煤/页岩表面面积的比例的公式为：
[0029][0030]式中，f1表示煤/页岩表面和水之间接触面积占煤/页岩表面面积的比例，P1‑0表示标况下T2谱图中左边第一个峰的谱峰信号幅度，P1‑
n
表示不同压力下T2谱图中左边第一个峰的谱峰信号幅度。
[0031]进一步地，步骤403中所述标况下煤/页岩表面的润湿角的测量方法为：
[0032]取煤/页岩样粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压环境中煤/页岩润湿性的计算方法，其特征在于，方法包括：步骤1、高压CO2环境中，CO2气体吸附在部分煤/页岩表面置换一部分吸附在煤/页岩表面的吸附水，吸附在煤/页岩表面的CO2气体为CO2吸附气体，煤/页岩表面吸附有吸附水和所述CO2吸附气体，所述CO2吸附气体的外表面接触有水，煤/页岩表面具有混合表面的润湿性特性；步骤2、由液体在混合表面的润湿性的关系式，结合步骤1的条件，得到高压CO2环境中，吸附有CO2气体的煤/页岩表面的润湿性表达式；其中，液体在混合表面的润湿性的关系式为：式中，θ表示混合表面润湿角；γ
LG
表示气液表面张力；γ
i，SG
、γ
i，SL
分别表示混合表面中每一种材质与气体和液体的界面张力；i表示混合表面中的材质；f
i
表示每种材质与混合表面的接触面积在混合表面中所占比例，f1+f2+
…
f
n
＝1，n表示混合表面中材质的总数量；θ
i
表示液体与每种材质之间的润湿角；高压CO2环境中，煤/页岩表面由未被气体吸附的煤/页岩表面和被气体吸附的煤/页岩表面组成，吸附有CO2气体的煤/页岩表面的润湿性表达式为：cosθ＝f1cosθ1+f2cosθ2ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，θ表示高压CO2环境中煤/页岩表面润湿角，f1表示未被吸附气体的煤/页岩表面所占比例，即煤/页岩表面和所述吸附水的接触面积占煤/页岩表面的比例；θ1表示未被气体吸附的煤/页岩表面与水之间润湿角；f2表示被气体吸附的煤表面所占比例，即所述CO2吸附气体和水的接触面积占煤/页岩表面的比例；θ2表示被气体吸附的煤表面和水之间的润湿角，即所述CO2吸附气体与水之间润湿角为π。步骤3、由润湿角杨氏方程结合“sharp
‑
kink”近似定理，得到未被气体吸附的煤/页岩表面与水之间润湿角的表达式：式中，θ1表示未被气体吸附的煤/页岩表面与水之间润湿角，I表示范德华势能积分；Δρ表示气液密度差；γ
LG
表示气液界面张力，ρ
g
表示气体密度；ρ
lf
表示煤/页岩表面液体膜密度等于液体密度。步骤4、结合步骤2和3，更新高压CO2环境中，吸附有CO2气体的煤/页岩表面润湿角的表达式为：式中θ是高压CO2环境中煤/页岩表面润湿角；对于煤/页岩表面和水溶液不变的恒温情况下，已知是常数，f1表示未被吸附气体的煤/页岩表面所占比例，即煤/页岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大锰，孙晓晓，姚艳斌，蔡益栋，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：