李季林

(西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都 610500)

泥页岩渗透率测定方法综述

李季林

(西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都 610500)

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。

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、氦气。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：

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

若把气体膨胀视为等温过程，按气体状态，方程可令：

由上可知：

将(1-4)式代入(1-2)式有：

NANOK-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：

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：

由式(2-1)并结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：

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。

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李季林(1986-2-),男,四川泸州人,单位西南石油大学地球科学与技术学院,专业:矿物学、岩石学、矿床学,研究方向:油气成藏特征与储层岩矿地质。