一种利用甲烷气测定页岩孔隙体积的核磁共振方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用甲烷气测定页岩孔隙体积的核磁共振方法及装置。该方法包括以下步骤：对待测页岩岩心进行核磁共振扫描，获得岩心T2谱；向所述待测页岩岩心中注入预定压力的甲烷气体，并同时进行核磁共振的持续扫描，扣除所述岩心T2谱，得到饱和过程中不同饱和时间的T2谱；所述饱和过程中不同饱和时间的T2谱均包括两个信号峰，其中左峰面积为吸附气信号量，右峰面积为游离气信号量；根据核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系计算得到吸附相气量和游离相气量；根据所述吸附相气量和游离相气量分别计算出页岩吸附空间体积和游离空间体积；两者之和即为页岩总孔隙体积。两者之和即为页岩总孔隙体积。两者之和即为页岩总孔隙体积。

A nuclear magnetic resonance method and device for measuring shale pore volume using methane gas

【技术实现步骤摘要】
一种利用甲烷气测定页岩孔隙体积的核磁共振方法及装置


[0001]本专利技术涉及石油勘探
，具体涉及一种利用甲烷气测定页岩孔隙体积的核磁共振方法及装置。

技术介绍

[0002]作为非常规天然气的一种，我国页岩气储量极其丰富，发展潜力巨大。页岩孔隙度是页岩储集空间及含气量最主要的控制因素，由于页岩具有大量的微孔和中孔，常规的测定方法难以测到全部孔隙空间。氦孔法利用气体状态方程测试的是有效孔隙度，且由于氦气分子与甲烷分子大小不同，因此测试的孔隙度与实验的甲烷孔隙度有偏差，而饱和液体法对页岩孔隙度的测试结果误差更大，一是液体难以注入，二是液体高压注入破坏了原有的孔隙结构，影响孔隙体积的测量结果。由于页岩的吸附作用，气体以吸附态和游离态的形式赋存在页岩孔隙中，吸附气占据的吸附相体积会占据一部分页岩孔隙体积，给含气量计算和储量评估产生很大影响，常规的孔隙度测试无法直接测定吸附空间体积。
[0003]核磁共振(NMR)技术是一种非入侵监测技术，具备适用性强、测试速度快、对样品无损害等优势，能够定量评价岩石中氢核1H含量分布，现已被广泛应用于油气研究领域。由于甲烷气本身含有氢核1H，因此以甲烷气为实验流体，利用核磁共振检测页岩饱和甲烷后中氢原子核(1H)在磁场中的响应，通过弛豫时间区分不同状态的页岩气，定量表征页岩吸附气的吸附空间体积和游离空间体积，可以获取页岩的总孔隙体积。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一个目的在于提供一种利用甲烷气测定页岩孔隙体积的核磁共振方法。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种实现以上利用甲烷气测定页岩孔隙体积的核磁共振方法的装置。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术一方面提供一种利用甲烷气测定页岩孔隙体积的核磁共振方法，包括以下步骤：
[0008]S100、对待测页岩岩心进行核磁共振扫描，获得岩心T2谱；
[0009]S200、向所述待测页岩岩心中注入预定压力的甲烷气体，并同时进行核磁共振的持续扫描，扣除所述岩心T2谱以消除岩心样品本身产生的误差，得到饱和过程中不同饱和时间的T2谱；
[0010]所述饱和过程中不同饱和时间的T2谱均包括两个信号峰，其中左峰面积为吸附气信号量，右峰面积为游离气信号量；
[0011]S300、根据核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系计算得到吸附相气量和游离相气量；
[0012]S400、根据所述吸附相气量和游离相气量分别计算出页岩吸附空间体积和游离空
间体积；两者之和即为页岩总孔隙体积。
[0013]根据本专利技术的方法，优选地，所述核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系通过核磁共振定标实验获取，包括以下步骤：
[0014]S10、向模拟岩心中注入不同压力的甲烷气体，同时对模拟岩心进行核磁共振的持续扫描，获得不同压力下的T2谱；
[0015]S20、利用理想气体状态方程PV＝ZnRT，计算不同压力下的甲烷进气量m
气
(mL)；
[0016]S30、根据不同压力下的甲烷进气量和T2谱，拟合建立核磁共振信号量与进气量之间的关系，即为核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系(核磁共振定标实验中不同压力下核磁共振信号量与含气量定标曲线)；进而可以通过核磁共振信号量表征页岩样品中含气量。
[0017]“含气量”指页岩样品中含有的甲烷气体的体积；“吸附相气量”和“游离相气量”分别为其中的吸附相的甲烷气体体积和游离相的甲烷气体体积。
[0018]理想气体状态方程PV＝ZnRT中，P为压力，MPa，在本专利技术计算过程中为甲烷气体的进气压力；Z为压缩因子，无量纲；n为气体摩尔质量，mol，T为温度，K；V为系统内体积，mL；R为气体常数，8.314J/(mol
·
K)；由此可得不同压力下的甲烷进气量m
气
的计算公式为：m
气
＝22.4n＝22.4PV/(ZRT)，22.4是标准状态下每摩尔气体的体积，单位L/mol。
[0019]根据本专利技术的方法，优选地，所述模拟岩心与待测页岩岩心外观尺寸相同，但不产生核磁信号。
[0020]根据本专利技术的方法，优选地，所述模拟岩心为钛合金材质制作的模拟岩心。
[0021]根据本专利技术的方法，优选地，所述核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系为：
[0022]m
含气量
＝0.1164
×
T
2信号量
+1.535
[0023]其中，m
含气量
为页岩样品中含气量，单位mL；T
2信号量
为核磁共振信号量，无量纲。
[0024]根据本专利技术的方法，优选地，所述预定压力为15MPa
‑
50MPa。根据页岩高压吸附特征，在压力大于15MPa时，吸附达到饱和状态，因此核磁测试压力为15MPa
‑
50MPa。例如实施例实验中注入20MPa的甲烷气体。
[0025]根据本专利技术的方法，优选地，所述左峰分布在0.1ms
‑
1ms；所述右峰分布在1ms
–
100ms；以双峰中间的最低点作为界限。
[0026]当甲烷气饱和进入柱状页岩样品后，其T2谱呈现典型的双峰式分布，以双峰中间的最低点作为区分吸附气和游离气的界限，其中左峰的T2值分布在0.1ms
‑
1ms，为吸附峰，吸附气弛豫机理主要为表面弛豫，1H原子和纳米孔隙之间碰撞交换速度较快，因此其弛豫时间很短。右峰的T2值分布在1ms
–
100ms，为游离峰，因为游离气主要赋存在页岩中
‑
宏孔和微裂缝中，其弛豫机理主要为体相弛豫，1H与中
‑
宏孔隙壁面碰撞交换时间较长，因此其弛豫时间长。根据吸附气和游离气的T2分布区间可知：在0.1ms
‑
1ms区间内所有的信号量总和为T2谱左峰的面积，也是吸附气信号量，在1ms
–
100ms区间内所有信号量总和为T2谱右峰的面积，也是游离气信号量。根据核磁共振定标实验得到的核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系公式，分别计出标准状况下吸附气量Va和游离气量V
b
。
[0027]S400中根据所述吸附相气量和游离相气量分别计算出页岩吸附空间体积和游离空间体积；其中吸附相气量和游离相气量是标况下的气体体积，在计算孔隙体积时，还需要考虑储层温度、压力及其对应的游离相密度和吸附相密度，因此还需要据此计算出页岩吸
附空间体积和游离空间体积。
[0028]在页岩吸附空间内，受到壁面吸附力的影响，吸附相的密度远远大于游离相密度，吸附相密度是计算吸附空间体积的关键参数。因此在计算吸附空间体积时，需要将测试的吸附相气量通过吸附相密度转换为真实吸附空间体积。
[0029]根据本专利技术的方法，优选地，S400中所述页岩的吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用甲烷气测定页岩孔隙体积的核磁共振方法，其特征在于，包括以下步骤：S100、对待测页岩岩心进行核磁共振扫描，获得岩心T2谱；S200、向所述待测页岩岩心中注入预定压力的甲烷气体，并同时进行核磁共振的持续扫描，扣除所述岩心T2谱，得到饱和过程中不同饱和时间的T2谱；所述饱和过程中不同饱和时间的T2谱均包括两个信号峰，其中左峰面积为吸附气信号量，右峰面积为游离气信号量；S300、根据核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系计算得到吸附相气量和游离相气量；S400、根据所述吸附相气量和游离相气量分别计算出页岩吸附空间体积和游离空间体积；两者之和即为页岩总孔隙体积。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系通过以下步骤获得：S10、向模拟岩心中注入不同压力的甲烷气体，同时对模拟岩心进行核磁共振的持续扫描，获得不同压力下的T2谱；S20、利用理想气体状态方程PV＝ZnRT，计算不同压力下的甲烷进气量；S30、根据不同压力下的甲烷进气量和T2谱，拟合建立核磁共振信号量与进气量之间的关系，即为核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模拟岩心与待测页岩岩心外观尺寸相同，但不产生核磁信号。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述核磁共振信号量与页岩样品中含气量的关系为：m
含气量
＝0.1164
×
T
2信号量
+1.535其中，m
含气量
为页岩样品中含气量，单位mL；T
2信号量
为核磁共振信号量，无量纲。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定压力为15MPa
‑
50MPa。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述左峰分布在0.1ms
‑
1ms；所述右峰分布在1ms
–
100ms；以双峰中间的最低点作为界限。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S400中所述页岩的吸附空间体积为：式中：V
吸附
为吸附空间体积，mL；Va为吸附相气量，mL；ρa为甲烷的吸附相密度，372kg/m3；M为甲烷摩尔分子质量，16g/mol；22.4是标准状态下每摩尔气体的体积，单位L/mol；所述页岩的游离空间体积为：式中：V
游离

【专利技术属性】
技术研发人员：顾兆斌，端祥刚，沈瑞，周广照，胡志明，孙威，孙佃庆，常进，
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：