■ 方朝強 李 新 王 偉

隨著非常規(guī)油氣資源在能源需求中所占的比例越來越高，以及非常規(guī)油氣開開發(fā)難度加大、技術(shù)指標要求更高的現(xiàn)狀，及時建立完整成熟的巖石物理實驗技術(shù)體系以準確認識非常規(guī)儲層巖石物理性質(zhì)是很有必要的。

針對非常規(guī)油氣自生自儲、儲層礦物組分復(fù)雜、滲透率極低、微孔隙發(fā)育程度較高或者微觀孔隙發(fā)育廣泛、巖樣加工難以及自然產(chǎn)能差等特點，中國石油天然氣集團公司測井有限公司組建了非常規(guī)巖石物理實驗室，建立了非常規(guī)巖石物理實驗技術(shù)體系。通過對儲層物性、彈性等參數(shù)的實驗研究，為精確認識非常規(guī)儲層巖石物理性質(zhì)，測井評價TOC含量、含氣量以及進行“甜點”預(yù)測識別油氣富集區(qū)提供技術(shù)支持，為非常規(guī)儲層“可改造性、可壓裂性”評價以及增產(chǎn)改造提供方法和手段。

實驗室擁有從巖樣加工處理到孔隙度、超低滲透率、微觀孔隙結(jié)構(gòu)等各項參數(shù)測試分析共30余套專業(yè)儀器設(shè)備，建立了一套完整的非常規(guī)巖石物理實驗技術(shù)體系，并形成了獨特的線切割法巖樣加工技術(shù)、多尺寸規(guī)格孔滲測量工藝、超低滲透率測量工藝、地球化學(xué)參數(shù)測試工藝、多尺度微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析技術(shù)以及巖石力學(xué)參數(shù)測量工藝等巖石物理實驗技術(shù)。

線切割法加工非常規(guī)儲層巖心，克服了非常規(guī)儲層特別是頁巖、煤巖儲層層理發(fā)育明顯、顆粒膠結(jié)較弱、受振動易斷裂破碎而且遇水易水化解體的特性，利用金剛石線的上下高速往復(fù)運動及高速自轉(zhuǎn)與巖樣表面高速磨削，同時保持巖樣的慢速縱橫推進以及金剛石線與巖樣的小面積接觸，使巖樣受到的振動較小，不易斷裂破碎也不易產(chǎn)生加工誘導(dǎo)縫，最終取得符合實驗要求的1in、1.5in標準柱塞巖心，成功解決了非常規(guī)儲層巖心加工難的問題。

實驗室還開展多尺寸、多規(guī)格巖心的實驗研究，既有1in、1.5in的小巖心實驗，也有2.5in、4in、5in的全直徑大巖心實驗，同時針對各項異性研究進行3cm×3cm×3cm的方巖心實驗，以獲得更能代表儲層真實特性的各項參數(shù)。

脈沖衰減法超低滲透率測試系統(tǒng)是以應(yīng)對非常規(guī)儲層滲透率極低特性而開發(fā)的系統(tǒng)，裝置共包括上、下兩個容器：首先對上游容器施加壓力脈沖，在壓力脈沖逐漸傳到下游容器的過程中，實時記錄兩容器的壓力差和下游容器的絕對壓力；實驗結(jié)束后，作出無因次壓差-時間的半對數(shù)曲線圖，通過擬合直線的斜率，得出滲透率。該方法的滲透率測試范圍為0.00001～0.5mD，可改變孔壓、圍壓條件進行巖心滲透率測量。

壓力脈沖衰減法超低滲透率測量系統(tǒng)

非常規(guī)儲層巖石礦物組分復(fù)雜，特別是頁巖儲層不僅巖石礦物組分復(fù)雜而且含有豐富的有機質(zhì)。實驗室依托X射線衍射儀（XRD方法），利用X射線激發(fā)樣品后不同晶體產(chǎn)生不同的衍射效應(yīng)，得出樣品的衍射圖譜，并輔助分析軟件，直接測定出巖石中的各種礦物組成及相對含量(黏土、石英、鉀長石、方解石、白云石、黃鐵礦等），同時給出巖性定名。

研究頁巖儲層性質(zhì)，總有機碳含量是一個關(guān)鍵參數(shù)。實驗室總有機碳的測量使用的是碳硫分析儀：用稀鹽酸清洗去除樣品中的無機碳，然后在高溫氧氣流中燃燒，使總有機碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，再經(jīng)紅外檢測器檢測出其含量。在巖心樣品燃燒前已經(jīng)用鹽酸將無機碳完全消除掉的前提下，碳硫分析儀法是測量總有機碳含量最簡單有效的方法。

非常規(guī)儲層以微觀孔吼系統(tǒng)發(fā)育為主，因此建立了巖心外表面圖像采集-鑄體薄片圖像分析-CT掃描成像以及比表面與微孔徑分析等多尺度非常規(guī)儲層微觀孔吼特征實驗技術(shù)：依托全自動巖心巖屑圖像采集分析系統(tǒng)對巖心外表面特征進行高分辨率自動化采集、編輯、處理與測量；通過偏光顯微鏡利用礦物折射光學(xué)特性對巖心內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如面孔率、孔喉類型、連通性以及孔喉配位數(shù)等）特征進行研究；依托高精度CT掃描成像技術(shù)在不破壞巖石狀態(tài)下進行巖石靜態(tài)物理參數(shù)的完整描述，重建三維數(shù)字巖心，得到樣品連續(xù)的橫向切片、縱向不同方向切片、三維重建圖及孔隙提取后的透視圖等，直觀地描述巖石特性，如孔隙度分布、密度變化、裂縫、空洞、層理、巖石傷害等，計算巖心的基本物理參數(shù)（如體積密度、孔隙度、飽和度等），為巖石物理數(shù)值模擬提供建模關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對特殊油藏巖心進行綜合描述分析，將精細油藏描述推向更高層次。

巖心圖像采集分析系統(tǒng)—偏光顯微分析系統(tǒng)—CT掃描系統(tǒng)

非常規(guī)儲層納米級孔喉直徑大小及分布，也可以通過氣體吸附法間接獲得。該實驗技術(shù)采用比表面與孔徑分析儀，根據(jù)靜態(tài)氮吸附容量法原理測得不同相對壓力下的吸附量，通過公式參數(shù)計算獲得孔喉直徑的大小及分布。

非常規(guī)油氣儲層具有巖性致密、低孔低滲的特征，需要大規(guī)模壓裂才能形成工業(yè)產(chǎn)能，因此儲層的力學(xué)參數(shù)研究是進行壓裂設(shè)計的基礎(chǔ)。實驗室?guī)r石力學(xué)參數(shù)測試研究利用AutoLab1500測試系統(tǒng)，進行模擬地層條件下的聲波實驗、靜態(tài)力學(xué)實驗與動靜態(tài)彈性常數(shù)對比實驗以及破裂壓力實驗研究：通過聲波實驗獲得巖樣縱橫波速度參數(shù)；通過動靜態(tài)彈性常數(shù)對比實驗獲得儲層巖石的彈性模量、泊松比、楊氏模量等參數(shù)，研究巖樣儲層條件下彈性力學(xué)性質(zhì)，研究動、靜態(tài)彈性參數(shù)的關(guān)系，為聲波的力學(xué)應(yīng)用提供實驗支持；通過破裂壓力實驗研究巖樣儲層條件下的靜態(tài)力學(xué)參數(shù)及強度，為頁巖脆性指數(shù)評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為儲層改造提供實驗依據(jù)。

巖石力學(xué)參數(shù)測試系統(tǒng)（AutoLab1500）

中國石油天然氣集團公司測井有限公司非常規(guī)油氣巖石物理實驗室的組建，有力地推動了我國非常規(guī)儲層巖石物理實驗研究，不僅為中國石油天然氣集團公司重大專項“測井前沿技術(shù)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究”提供了有力支持，同時為塔里木油田、吐哈油田、華北油田、中石油勘探院、中石化石油工程技術(shù)研究院等各油田單位以及中國石油大學(xué)、中國科學(xué)院地質(zhì)所等各高?？蒲性核峁┝藘?yōu)質(zhì)服務(wù)，得到了用戶的一致認可與好評。