一种致密煤岩储层顶底板微观封盖性能评价方法

1.本发明涉及石油与天然气行业深层煤层气资源评价领域，特别涉及一种致密煤岩储层顶底板微观封盖性能评价方法。


背景技术：

2.煤岩气藏顶底板封盖性能对煤层气的富集与保存起到了不可忽视的作用，同时为煤层气资源评价提供了有效的指导作用，在“碳达峰、碳中和”双碳背景的指导下，有利于能源与废弃物的地下处置，如co2地质封存、能源地下储备、核废料处理等。以往研究多以煤岩储层的直接盖层为研究对象，主要包括泥岩、页岩、灰岩等封盖性能较好的岩石，评价方法及其指标具有一定的局限性。而夹杂于直接盖层中的低渗透或超低渗透致密岩层具有一定封盖作用，能在上述封盖性能较好岩层在横向与纵向封盖性变差的情况下发挥重要的阻挡与隔绝作用。
3.目前关于顶底板封盖性评价的实验研究条件多为饱和地层水条件，但实际地层条件，存在不完全饱和条件，特别是位于深部致密煤岩储层上下的低孔低渗致密砂岩顶底板，具有超低含水饱和度的特征，因此建立不同超低含水饱和度条件下砂岩顶底板封盖性能室内实验评价方法对于油气资源赋存地质工程条件评价、减少环境污染、保障国家能源安全具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种致密煤岩储层顶底板微观封盖性能评价方法，该方法通过测定致密煤岩储层不同含水饱和度低孔低渗柱状岩样在原地有效应力条件下的气体突破压力与有效渗透率，建立包含突破压力、有效渗透率和含水饱和度等影响封盖性能的重要物理量的顶底板微观封盖系数msc，实现了对目标煤岩储层砂岩顶底板微观封盖性能的定量预测与评价，对致密煤岩气藏资源评价及其就地气化选区评价、温室效应缓解、国家能源结构调整具有重要意义。
5.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种致密煤岩储层顶底板微观封盖性能评价方法，依次包括如下步骤：
7.步骤1、选取待评价煤岩储层顶底板柱状岩样，于60℃烘箱中烘干24h后测试其初始渗透率k，并放入干燥罐中备用。
8.步骤2、利用毛管力自吸增水法建立岩样不同含水饱和度，随后将岩样迅速放入保持湿润环境的真空皿中，抽真空一段时间后静置，初始含水饱和度建立的具体步骤为：取一张多孔纤维材料，用胶头滴管吸取配制好的地层水，滴在纤维材料表面，使其充分被浸湿，然后将柱状岩样在纤维材料上滚动，使岩样侧面被均匀浸湿，滚动期间不断测量岩样质量，直至达到所要建立含水饱和度的岩样质量。
9.步骤3、将已建立含水饱和度的岩样置于岩心夹持器中，施加恒定围压，并保持24h，目的是为了消除应力敏感干扰。
10.步骤4、基于初始渗透率确定起始压差，然后根据起始压差表(表1)与设定的回压确定入口压力。
11.表1起始压差确定表
[0012][0013]
步骤5、参考实验压力间隔与恒压时间表(表2)，确定初始入口压力所对应的恒压时间与实验压力增减间隔。
[0014]
表2实验压力间隔与恒压时间表
[0015]
测试压力/mpa恒压时间/min实验压力间隔/mpap≤2300.22《p≤5450.55《p≤10601.010《p≤15901.015《p1201.5
[0016]
步骤6、逐渐升高入口压力，同时通过气泡监测装置监测岩样出口端情况，当气泡均匀连续逸出时，记录对应的进出口端压差值，该值即为该岩样的气体突破压力p
bt
，并记录此时气体流量q，计算岩样有效渗透率k
eff
。
[0017]
步骤7、关闭气瓶，减小减压阀开度，通过围压泵泄压阀卸载围压后取出岩心。
[0018]
步骤8、根据微观封盖系数msc式(2)定量评价致密煤岩储层顶底板微观封盖性能。
[0019][0020]
式中：p
bt
—气体突破压力，mpa；sw—初始含水饱和度；a—岩样横截面积，m2；k
eff
—有效渗透率，m2；p—有效应力，mpa。
[0021]
本发明目的在于提供一种致密煤岩储层顶底板封盖性能评价方法，该方法通过测定致密煤岩储层不同含水饱和度低孔低渗柱状岩样在原地有效应力条件下的气体突破压力与有效渗透率，建立了包含突破压力、有效渗透率和含水饱和度等影响封盖性能的重要物理量的顶底板微观封盖系数msc，具有以下益处：
[0022]
(1)从顶底板封盖角度，为致密煤岩储层地质“甜点”的选取提供了一种定量评价的室内实验方法；
[0023]
(2)以致密砂岩为研究对象，弥补了当泥岩、灰岩等封盖性能良好的主要封盖层横向上厚度变薄、分布不连续时，以致密砂岩为代表的超低孔超低渗岩石能够适时发挥其作用，为致密砂岩顶底板封盖性室内评价提供了实验基础；
[0024]
(3)以不同含水饱和度为实验变量，有利于co2封存、致密煤岩储层就地气化等特
殊地层盖层封盖性评价的后续深入研究。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0026]
图1为致密煤岩储层顶底板微观封盖性能评价方法流程图；
[0027]
图2为致密煤岩储层顶底板气体突破压力实验装置流程图。
具体实施方式
[0028]
为验证本发明的可靠性，选取鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块致密砂岩样品为实验对象，开展了致密煤岩储层顶底板气体突破实验，测定致密砂岩样品氮气突破压力、渗透率及实验前后质量变化，评价致密煤岩储层顶底板封盖气水的能力，具体操作步骤如下：
[0029]
步骤1、选取待评价煤岩储层顶底板岩心柱塞dj28-1，于60℃烘箱中烘干24h后测量其长度、直径、干重与初始渗透率k，并放入干燥罐中备用。
[0030]
步骤2、根据区块地层水资料配制相应的模拟地层水。
[0031]
步骤3、利用毛管力自吸增水法建立不同初始含水饱和度，分别为5％、15％、20％，并迅速(《30s)用保鲜膜等密封材料包裹岩心，静置一段时间，并不断称重，使含水饱和度恒定在设定值左右。
[0032]
步骤4、将岩心柱塞置于岩心夹持器中，基于空气渗透率ka＝0.002md，根据表1确定起始压差为5mpa，结合回压pr＝1mpa，确定初始入口压力p
in
为6mpa。
[0033]
表1起始压差确定表
[0034][0035]
步骤5、参考实验压力间隔与恒压时间表(表2)，确定初始入口压力所对应的恒压时间为60min与实验压力间隔为1.0mpa。
[0036]
表2实验压力间隔与恒压时间表
[0037]
测试压力/mpa恒压时间/min实验压力间隔/mpap≤2300.22《p≤5450.55《p≤10601.010《p≤15901.015《p1201.5
[0038]
步骤6、逐渐升高入口压力，同时通过气泡监测装置监测岩样出口端情况，当气泡均匀连续逸出时，记录对应的进出口端压差值，该值即为该岩样的气体突破压力，分别计算同一岩样不同含水饱和度时的气体突破压力，记作并记录此时气体流量。
[0039]
步骤7、关闭气瓶，减小减压阀开度，通过围压泵泄压阀卸载围压后取出岩心。
[0040]
步骤8、根据微观封盖系数msc式(2)定量评价致密煤岩储层顶底板封盖性能。
[0041][0042]
式中：p
bt
—气体突破压力，mpa；sw—初始含水饱和度；a—岩样横截面积，m2；k
eff
—有效渗透率，m2；p—有效应力，mpa。
[0043]
步骤9、顶底板微观封盖性能评价结果见表3。
[0044]
表3顶底板微观封盖性能评价结果
[0045][0046]
综上，本实验可以在实验室内顺利开展，操作简单，经济成本低。本发明从顶底板封盖角度，为致密煤岩储层地质“甜点”的选取提供了一种定量评价的室内实验方法；以致密砂岩为研究对象，弥补了当泥岩、灰岩等封盖性能良好的主要封盖层横向上厚度变薄、分布不连续时，以致密砂岩为代表的超低孔超低渗岩石能够适时发挥其作用，为致密砂岩顶底板封盖性室内评价提供了实验基础；以不同含水饱和度为实验变量，有利于co2封存、致密煤岩储层就地气化等特殊地层的盖层封盖性评价的后续深入研究。
[0047]
以上的具体实施方式已经结合附图和实例对本发明的方法进行了详细描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域普通技术人员在本发明的启示下，只要不超出本发明的主旨范围内，可对实验条件与分析方法及对象进行灵活的变更，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种致密煤岩储层顶底板微观封盖性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将取自目标煤岩储层的顶底板岩样放入60℃烘箱烘干24h；步骤2、利用毛管力自吸增水法建立岩样不同含水饱和度，随后将岩样迅速放入保持湿润环境的真空皿中，抽真空一段时间后静置，初始含水饱和度建立的具体步骤为：取一张多孔纤维材料，用胶头滴管吸取提前配制完成的目标煤岩储层地层水，滴在纤维材料表面，使其充分被浸湿，然后将柱状岩样在纤维材料上滚动，使岩样侧面被均匀浸湿，滚动期间不断测量岩样质量，直至达到所要建立含水饱和度的岩样质量；步骤3、将已建立含水饱和度的岩样置于岩心夹持器中，施加恒定围压，并保持24h，目的是为了消除应力敏感干扰；步骤4、基于岩样初始渗透率确定突破压力实验起始压差，然后根据起始压差表(表1)与设定的回压p
r
确定入口压力p
in
；表1起始压差确定表步骤5、参考实验压力间隔与恒压时间表(表2)，确定初始入口压力所对应的恒压时间与实验压力增减间隔；表2实验压力间隔与恒压时间表测试压力/mpa恒压时间/min实验压力间隔/mpap≤2300.22<p≤5450.55<p≤10601.010<p≤15901.015<p1201.5步骤6、调节入口压力，同时通过气泡监测装置监测岩样出口端情况，当气泡均匀连续逸出时，记录对应的入口端与出口端压差值，该值即为该岩样的气体突破压力p
bt
，并记录此时气体流量q，通过式(1)计算岩样有效渗透率k
eff
；式中：k
eff
—岩样有效渗透率，md；p
a
—标准大气压，mpa；q—气体体积流量，cm3/s；μ—实验温度和压力条件下的气体动力粘度，mpa
·
s；l—岩样长度，cm；a—岩样横截面积，cm2；p
in
，p
out
—岩样入口压力与出口压力，mpa；z—实验温度和压力条件下的气体压缩因子；z
a
—实验温度和标准大气压下气体压缩因子；步骤7、关闭气瓶，减小减压阀开度，通过围压泵泄压阀卸载围压后取出岩心；
步骤8、根据微观封盖系数msc式(2)定量评价致密煤岩储层顶底板封盖性能：式中：p
bt
—气体突破压力，mpa；s
w
—初始含水饱和度；a—岩样横截面积，m2；k
eff
—有效渗透率，m2；p—有效应力，mpa。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用毛管力自吸增水法建立岩样不同含水饱和度，包括：致密砂岩孔喉细小、毛管压力高、粘土矿物含量高、易被水湿，普遍具有超低含水饱和度，适宜利用毛管力自吸增水法建立含水饱和度，通过毛管力自吸增水法建立岩样初始含水饱和度，分别为5％、15％、20％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据微观封盖系数msc定量评价致密煤岩储层顶底板封盖性能，包括：微观封盖系数msc综合了影响顶底板微观封盖性能的关键因素，包括，突破压力、渗透率、含水饱和度、应力、尺寸等显性因素及孔隙结构、界面张力和润湿性等隐性因素，能够较为全面准确地实现对顶底板微观封盖性能的定量评价。

技术总结
本发明提供了一种致密煤岩储层顶底板微观封盖性能评价方法，该方法包括以下步骤：对取自目标煤岩储层的顶底板岩样进行烘干；利用毛管力自吸增水法为岩样建立不同的初始含水饱和度；采用驱替法对顶底板岩样进行气体突破压力与有效渗透率测试；记录不同含水饱和度岩样突破压力与渗透率；综合考虑影响顶底板封盖性能的多个关键物理量，提出定量评价顶底板封盖性能无量纲数，微观封盖系数MSC(Micro Sealing Coefficient)；基于室内实验测试得到的岩样不同含水饱和度下气体突破压力与有效渗透率数据，代入微观封盖系数计算式，实现顶底板微观封盖性能的定量评价。本方法为深层煤层气高效勘探开发过程中顶底板封盖性能的定量预测与评价提供了一种新思路。量预测与评价提供了一种新思路。


技术研发人员：康毅力 刘嘉榕 游利军 王艺钧 刘江 陈雪妮 代汪汝 李淼
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/7