页岩气渗流-页岩渗透率测试方法

（十）渗透率

1.基本原理

渗透率用来衡量岩石中流体通过的能力，一般用气体法测定岩石的绝对渗透率。将干燥气体通过已知直径及横截面积的岩样，测量气体的流速，并通过调节气体的流速来调节岩样两端的压差，同时记录进出口的压力及流速，再根据气体-维稳定渗滤达西定律计算岩样的渗透率。

2.样品要求

（1）新鲜样品应用聚乙烯膜包好，再密封，避免氧化改变岩石的润湿性。

（2）需将样品烘干，准确对样品尺寸进行测量。

3.地质应用

通过测试样品的渗透率，了解岩石中流体通过的能力大小，进而为储层的评价、油水在油层中的运动提供依据。

什么设备测量特低渗岩芯的液体渗透率比较好

PDPL-200型脉冲衰减法液体渗透率仪

PDPL-200型脉冲衰减法液体渗透率仪可用于测定煤岩、页岩、含气致密砂岩以及其他极低渗透率岩芯样品的液体渗透率。该仪器配备有双轴向岩芯夹持器，使用盐水饱和样品，与PDP-200气体脉冲衰减渗透率仪的操作方法相似。

该脉冲衰减渗透率仪在一系列孔隙压力下将岩芯饱和，然后通过样品传递一个脉冲差压值。随着压力瞬间传递经过样品，计算机数据采集系统记录经过样品的差压值，下游压力和时间，并在电脑软件屏幕上绘制出压差和平均压力与时间的对数曲线，以观察渗透率测量的过程。软件通过对压力和时间数据的线性回归计算渗透率，测量结果存储到数据文件中。

PDPL-200脉冲衰减液体渗透率仪测量使用油，盐水或水饱和过样品的液体渗透率。

渗透率测量范围：10 nD (10-5md) 到0.1 mD

主要技术指标：

PDPL-200主机，含岩芯夹持器，传感器，管线等。

岩芯直径：1英寸或1.5英寸

岩芯长度：最大6英寸

围压范围：10,000 psi

润湿材料：316SS不锈钢

手动围压泵

计算机数据采集系统：包括软件和硬件。

参考文献

SPE 11092 “Measurement of Fluid Salinity Effects on Tight Gas Sands With a Computer Controlled Permeameter” J.D. Walls

“Effects of Pressure and Partial Water Saturation on Gas Permeability in Tight Sands: Experimental Results” J.D. Walls, A. M. Nur, T, Bourbie. JPT April 1982

SPE 15149 “Laboratory Determination of Effective Liquid Permeability in Low Quality Reservoir Rocks by the Pulse Decay Technique” J.O. Amaefule, K. Wolfe, J.D. Walls, A.O. Ajufo, E. Peterson

岩石渗透率的实验室测定

岩石渗透率的实验室测定方法都是基于达西定律，所以尽管采用各种不同的仪器设备，原理都是一致的。只要测出岩心样品两端的压力差和通过样品的流量，便可以依据所用流体的黏度，利用相应的达西公式计算出渗透率。

测试的样品有常规小岩心和全直径岩心两种。对于非均质储层，采用全直径岩心进行测定，结果更具代表性。测定时，如采用Hassler型岩心夹持器（图1－11），可分别测出同一岩样的水平方向和垂直方向的渗透率。

图1－11 Hassler型岩心夹持器的结构示意图

页岩气开发关键技术

一、地质综合评价技术

页岩气地质评价的目的是优选有利富集区。除常规的地质调查、地球物理勘探、参数井钻探和分析测试等手段外，核心是获取页岩的埋深、厚度、岩石结构、矿物成分、岩石物性、有机地球化学、地球物理、钻井、压裂改造等关键参数，编制基础图件，根据区域地质特点，确定各项地质评价标准，综合判别评价优选富集区(Michael Burnaman， et al.，2009)。

图5-15 美国产气页岩矿物组成直方图

二、储层评价技术

储层评价是定性和定量描述页岩储层的空间展布特征，模拟页岩内气体的赋存及产出状态。评价流程包括5个主要步骤(蒋裕强等，2009):①对关键井开展岩心物性、地化基本参数、岩石矿物组成等分析;②开展现场岩心解吸气测试，计算等温吸附曲线，获取理论上页岩的吸附能力，确定含气饱和程度，计算吸附气含量;③利用岩心数据刻度测井曲线，通过岩心-测井对比，建立解释模型，获取含气饱和度、含水饱和度、含油饱和度、孔隙度、有机质丰度、岩石类型等参数;④结合沉积相、岩石组合特征以及测井解释成果确定含气页岩边界;⑤利用三维地震资料和各种参数，如原始地质储量、矿物组成、流体饱和度、吸附气和游离气相对比例、埋藏深度、温度和压力等，开展经济评价，优选勘探目标，确定“甜点”分布规模。

三、实验分析技术

地球化学分析:岩心和岩屑样品TOC含量;岩心及岩屑Rock-Eval热解分析:S1、S2、HI、Tmax测定;岩心及岩屑镜质体反射率Ro测定;气体样品的组分、碳同位素分析。

含气量测试:将所取页岩岩样密闭保存于金属解析罐内，利用水浴加热至储层温度，对岩心进行页岩总含气量测试(John， et al.，1977;Matthias Block，2006)。

等温吸附测试:等温吸附试验测试是模拟页岩吸附气体的能力。首先，将页岩岩样压碎、加热，排除已吸附的天然气，求取Langmuir参数;随后，将碎样置于密封容器内，在不同的温压条件下，测取页岩吸附甲烷的量，将结果与Langmuir方程拟合，建立页岩实际PVT关系下的等温吸附曲线(Ingemar Wadso， et al.，2001)。等温吸附曲线主要作用是:评价页岩吸附能力;评价游离气含量;确定临界解析压力。

微观孔隙评价:对页岩薄片进行氩离子抛光后，观察纳米级孔隙结构，确定孔隙度(Sebastian Storck， et al.，1998)。

渗透率测试:页岩的渗透率极低，常规方法无法进行测试，一般采用脉冲降压法和GRI法，测试速度快(Christopher， et al.，2009)，测试的最小渗透率可达10-9×10-3μm2。

四、测井评价技术

与普通页岩相比，含气页岩有机质富集，含气量高，粘土及有机质的存在降低了地层体积密度。因此，含气页岩的测井曲线响应具有高伽马、高电阻、高声波时差、高中子孔隙度、低密度、低光电效应“四高两低”的特征(图5-16)。

页岩气测井评价中常用的测井系列包括伽马测井、电阻率测井、自然伽马能谱测井、密度测井、声波测井及中子测井、地球化学测井以及成像测井等(表5-9)。依靠测井技术和建立的测井评价标准，可以获取有效页岩厚度、含气层厚度、有机质丰度和成熟度、基质孔隙度和渗透率、裂缝、含气量、页岩气层开采潜力等重要参数。

表5-9 页岩气评价常用测井系列

图5-16 含气页岩测井响应特征

五、资源评价技术

页岩气资源评价既要考虑地质因素的不确定性，也要考虑技术、经济上的不确定性。根据勘探开发阶段的不同，可分别采用成因法、类比法和统计法评价。目前常采用的方法有类比法、FORSPAN法、单井(动态)储量估算法、容积法等。

FORSPAN模型适合于对已开发单元的原始剩余资源潜力的预测(董大忠等，2009)。该方法以连续型气藏的每一个含油气单元为评价对象，以概率的形式对每个目标单元未开发的原始资源量进行预测。涉及的基本评价参数包括评价目标特征(分布范围)、评价单元特征(单元大小、已开发和未开发单元数量、成功率等)、地质地球化学参数、热成熟度和勘探开发历史数据等。

容积法是常用的评价方法。容积法估算的是页岩孔隙、裂缝空间内的游离气、有机体和粘土颗粒表面吸附气的体积总和。

资源丰度类比法常用于勘探开发程度较低的地区。首先确定评价区页岩展布面积、有效页岩厚度;其次根据吸附气含量、地化特征、储层特征等关键因素，结合页岩构造、沉积演化等地质条件分析，与已知含气页岩类比，按地质条件相似程度，计算评价区储量丰度(资源丰度或单储系数)。

六、核心区评价技术

富有机质页岩具有普遍含气性，实现页岩气商业性勘探开发的关键是寻找页岩气富集区，尤其是开发核心区的地质评价与选择。根据北美的勘探开发经验，页岩气富集高产区的地质评价标准为:

(1)总有机碳含量＞2%(非残余有机碳);

(2)石英等脆性矿物＞40%，粘土＜30%，页岩脆度＞40%;

(3)暗色富有机质页岩成熟度＞1.1%;

(4)充气孔隙度＞2%，渗透率＞0.0001×10-3μm2;

(5)有效暗色富有机页岩厚度大于30～50m。

页岩气地质选区评价过程可划分为:①区域沉积背景与老资料重新分析，落实黑色页岩的发育与展布特征，预测有利远景区带;②页岩气形成与富集特征分析，开展了页岩气资源潜力预测，评价和优选页岩气有利勘探开发区块;③页岩气勘探开发条件评价，包括地表条件、天然气管网条件等，落实有利勘探开发目标;④确定页岩气核心区(资源高度富集区)、延展(扩展)区(资源中度富集区)和外围区(资源低富集区);⑤页岩气勘探开发先导试验区评价与优选，进一步提出勘探开发部署建议。

核心区为页岩气资源丰度最富集区，表5-10表明，Barnett页岩气核心区产量＞2×104m3/d，比扩展区产量高出60%，是外围区的3倍。

表5-10 Barnett页岩气核心区地质特征简表

七、水平井钻井技术

2002年以后，水平井的大量应用推动了美国页岩气的快速发展。目前几乎所有的页岩气都采用水平井开发，钻井方向均垂直于最大水平主应力方向。水平井钻井过程中，常采用欠平衡、空气钻井、控制压力钻井和旋转导向钻井等关键技术。在同一井场利用滑移井架钻多口水平井。与直井相比，水平井的技术优势在于:①成本为直井的1.5～2.5倍，但初始开采速度、控制储量和最终可采储量是直井的3～4倍;②水平井与页岩层中裂缝(主要为垂直裂缝)相交机会大，明显改善储层流体的流动状况和增加泄流面积;③减少地面设施，开采延伸范围大，受地面不利条件干扰少。

八、页岩储层压裂技术

Barnett页岩开发历史实践证实，该页岩开发之初钻井“无渗透率”，后来认识到“孔隙度”是储气机制，可以通过储层体积改造进行人造渗透率，改变了页岩气的开发规则。页岩储层压裂改造技术大幅提高了页岩气产量，对页岩气商业性开采起着决定性作用。页岩气储层压裂改造技术主要有泡沫压裂、水力压裂(包括重复压裂、多级连续油管压裂、滑套完井、水力喷射压裂、N2与CO2及液化油气等无水压裂)。

20世纪70年代，美国页岩气开发采用裸眼完井、硝化甘油爆炸增产技术;80年代使用高能气体压裂以及氮气泡沫压裂技术，使页岩气产量提高了3～4倍，但成本很高。90年代后，随着凝胶压裂及水力压裂等新技术的应用，页岩气产量及储量剧增。目前，最为常用的技术是水平井多级压裂技术、多井同步压裂技术(图5-17)。利用含有减阻剂、粘土稳定剂和必要的表面活性剂的水力压裂液，支撑剂较凝胶压裂减少90%，可以节约成本50%～60%，完井成本下降65%，并能提高采收率20% ，已成为美国页岩气生产中最主要的增产措施。

图5-17 页岩气水平井压裂现场与模式图

页岩气井生产的一个重要特征是可以进行多次重复压裂。一般初次压裂后，随着时间的推移与压力释放，原来由支撑剂保持的敞开裂缝逐渐闭合，产量大幅下降。通过重复压裂可以恢复产量，二次压裂后产量可以接近甚至超过初次压裂时的产量。初次完井后估算的采收率一般为10%左右，重复压裂后采收率可提高8%～10%，可采储量增加60%。

九、微地震监测技术

微地震监测技术是监测储层压裂改造效果的重要技术。监控压裂实施过程中的裂缝展布，实时进行压裂控制，改善压裂效果。在储层压裂改造过程中，在邻区或邻井中放入检波器，采集裂缝产生时形成的地震波信号，经过处理解释，了解裂缝产生的方向、延伸的长度等，以达到监测压裂效果的目的。

十、经济评价技术

非常规天然气资源的经济性开发，占主导地位的是储量规模、天然气价格、地面管网设施、关键开发技术等。美国已建立了页岩气经济评价方法，其中较为重要的评价方法为随机的、完整的商业价值链模型。在页岩气经济评价中，钻井与储层改造成本所占比重较大，但随着技术改进，呈逐年下降趋势。资料表明，美国Haynesville、Marcellus和Barnett页岩气开发成本构成中，储层改造和钻井费用所占比例相当，占总成本的80%以上，且在不断降低。

在页岩气层的井距方面，最优化方案仍未解决(Montgomery， et al.，2005)。最常用的设计是每个截面钻探两个762m支线，间距402m(0.32km2/井)，目前，0.32km2/井间距可提供15%～20%的可采储量，0.16km2/井间距会增加10%～20%的可采储量，但会降低每口井的增量储量。正在实验与测试井距为0.08km2/井的气井，可将整体天然气可采储量提高至超过天然气地质储量的50%。

粉砂岩渗透系数和渗透率的分析

现在的建筑行业用粉砂岩的很多，而且是很重要的外墙装修材料，目前来说粉砂岩可以制作很多独特风格的产品，这跟它自身的特点有着密切的联系，粉砂岩的硬度很大，而且具有很好的防水防火防霉防潮的优点，目前家装中可以用粉砂岩做成瓷砖使用，多了解一下粉砂岩的基础知识，对于日常的实际应用中具有很重要的意义，那么粉砂岩的的渗透系数和渗透参数怎么分析呢?

岩体渗透系数

常见的不同岩土体的渗透系数归纳如下，通常如果一种材料的渗透系数小于10-9m/s时，可以认为具有很低的渗透性，如黏土、泥岩等。

松散岩体： 渗透系数(m/s)：

砾石 3×10-4 ~ 3×10-2

粗砂 9×10-7 ~ 6×10-3

中砂 9×10-7 ~ 5×*10-4

细砂 2×10-7 ~2×10-4

粉砂 1×10-9 ~ 2×10-5

漂积土 1×10-12 ~ 2×10-6

黏土 1×10-11 ~ 4.7×10-9

沉积岩： 渗透系数：

礁灰岩 1×10-6 ~ 2×10-2

石灰岩 1×10-9 ~ 6×10-6

砂岩 3×10-10 ~ 6×10-6

粉砂岩 1×10-11 ~ 1.4×10-8

岩盐 1×10-12 ~ 1×10-10

硬石膏 4×10-13 ~ 2×10-8

页岩 1×10-13 ~ 2×10-9

结晶岩： 渗透系数(m/s)：

渗透性玄武岩 4×10-7 ~ 2×10-2

玄武岩 2×10-11 ~ 4.2×10-7

花岗岩 3.3×10-6 ~ 5.2×10-5

辉长岩 5.5×10-7 ~ 3.8×10-6

裂隙化火山变质岩 8×10-9 ~ 3×10-4

岩体渗透率

渗透系数和渗透率之间的关系：

渗透系数={(密度*g)/动力粘度}*渗透率=(g/运动粘度)*渗透率

粉砂岩的渗透系数是很多的，而且渗透率的数值上面列出了一些，大家通过渗透率的计算方法，知道了粉砂岩的渗透率还是很高的，就是因为有如此高的渗透能力，让粉砂岩在实际的装修中起的作用是很大的，现在的很多的建筑行业中常用粉砂岩作为装修材料，有时间多了解一下它的渗透系数和渗透率很有必要，用粉砂岩的渗透能力也能够做出别具风格的工艺品。

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石头保水怎么测

石头保水性是指石头的孔隙结构对于水分的吸收和保持能力。如果想要测量石头的保水性，可以采用以下方法：

1. 石头重量法：首先称量一块干燥的石头的质量，然后将其放在水中，使其完全湿润，取出并用纸巾或干燥的布把表面水分擦干，再次称量这块石头，然后计算得到石头吸水的重量变化，即可得到石头的保水性。

2. 渗透性测试法：将水以一定速率注入石头孔隙中，记录注入后孔隙内水位随时间的变化，据此计算渗透率和孔隙度等参数，从而判断石头的保水性能。

需要注意的是，在进行石头保水性测试时，需要考虑石头的不同类型和孔隙结构等因素对测试结果的影响。