頁巖柱塞樣氦氣孔隙度測定方法

1.目的

準(zhǔn)確測定頁巖氣儲層孔隙度對于頁巖氣地質(zhì)評價和儲量計(jì)算都非常重要。柱塞樣氦氣孔隙度測定方法是目前比較常用的頁巖孔隙度測定方法之一，鑒于頁巖具有鉆樣易碎、低孔隙度和低滲透率等特點(diǎn)，常規(guī)鉆樣設(shè)備制取頁巖柱塞樣易產(chǎn)生人工裂縫，常規(guī)氦氣孔隙度測定條件亦較難讓頁巖孔隙中充分飽和氦氣，致使實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易產(chǎn)生誤差。為了克服上述不足并獲得準(zhǔn)確可靠的頁巖孔隙度測定結(jié)果，筆者研發(fā)了一種新的測定方法：①采用金剛石線切割制備柱塞樣，以減少人工裂縫產(chǎn)生的概率、提高柱塞樣制備成功率；②在樣品飽和氦氣前，運(yùn)用真空泵抽空頁巖孔隙中的殘留氣體，給其后的氦氣飽和提供前提條件；③在氦氣飽和過程中，采用嚴(yán)格的壓力平衡判定條件，讓樣品孔隙中充分飽和氦氣。

2.方法

首先，利用金剛石線切割方法制備頁巖柱塞樣，將頁巖樣品放入60 ℃恒溫烘箱，烘干至恒重。將干燥頁巖樣品放入頁巖氦氣孔隙度測定儀器的樣品室中（圖1），打開真空泵，根據(jù)真空泵功率大小合理設(shè)定抽真空時間，直至頁巖樣品孔隙中殘留氣體被抽空，關(guān)閉樣品室閥門。

圖1 頁巖氦氣孔隙度測定儀器示意圖

然后，往參考室中注入氦氣到一定壓力，待參考室中氣體壓力平衡，關(guān)閉參考室閥門。打開參考室與樣品室之間的閥門，讓氦氣充分飽和頁巖樣品孔隙空間，觀察壓力變化曲線發(fā)現(xiàn)：孔隙度越小，所需平衡時間越長，平衡時間通常在半小時到幾個小時。因此設(shè)置壓力平衡判定條件為30 min內(nèi)壓力變化小于0.03 psi（psi表示磅力/平方英寸，為非法定計(jì)量單位，換算關(guān)系1 psi=6 894.757 Pa），樣品室壓力平衡后，根據(jù)波義爾定律，計(jì)算得到頁巖樣品骨架體積。

最后，通過卡尺測量法或阿基米德浸沒法獲取頁巖樣品總體積，利用樣品總體積減去骨架體積得到孔隙體積，再除以總體積，即得到頁巖孔隙度。

3.作用和效果

大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法采用“抽真空+嚴(yán)格平衡條件”使得頁巖樣品在實(shí)驗(yàn)過程中能充分飽和氦氣，使得所測頁巖孔隙度結(jié)果更加準(zhǔn)確，同時該方法測定結(jié)果的再現(xiàn)性和重復(fù)性均好，顯著優(yōu)于不抽真空或一般平衡判定條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

另外，該方法與酒精飽和法測定孔隙度得到的結(jié)果總體相當(dāng)，70%以上樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差在±0.5%以內(nèi)。由于氦氣較酒精分子更接近于甲烷氣體的性質(zhì)，在孔隙度較小時，氦氣法測定結(jié)果更準(zhǔn)確。由于顆粒樣氦氣孔隙度測定結(jié)果為總孔隙度，柱塞樣氦氣孔隙度測定結(jié)果為有效孔隙度，因而前者測定結(jié)果比后者略大。鑒于目前頁巖氣地質(zhì)評價和儲量計(jì)算中，大多數(shù)都采用的是有效孔隙度。因此，推薦采用“抽真空+嚴(yán)格平衡條件”柱塞樣氦氣孔隙度測定方法。該方法能夠準(zhǔn)確測定頁巖孔隙度，可以給頁巖氣勘探開發(fā)研究提供有效的技術(shù)支撐。