岩心热模拟

页岩油气人造岩心热模拟实验方法

一、基本情况

1、选题背景与研究性质

随着国民经济的迅速发展以及现代社会对能源需求的日益增加，能源需求压力越来越大，特别是常规油气资源储量逐渐面临枯竭的趋势，具有较大资源潜力的非常规油气逐渐成为新的领域，受到各个国家和石油公司的高度重视，油气勘探开发领域从常规油气向非常规油气拓展，是石油工业发展的必然趋势。从资源丰度看，非常规油气资源占据全球油气总资源的主体，比例达80％，常规油气资源仅占20％左右【28】，加上全球对清洁能源的迫切需求，人们逐渐把视线从常规天然气转向页岩油气、致密砂岩气等具有巨大资源量及勘探开采潜力的非常规天然气。在传统石油地质理论中，暗色泥页岩主要作为烃源岩和盖层而非油气储层进行研究。近年来，随着泥页岩油气在全球非常规油气勘探开发中的异军突起，泥页岩储层特征及生烃热模拟研究越来越受到人们的重视。

上个世纪90年代后期，美国率先大规模开展了页岩气的勘探工作，至今己成功勘探了Antrim, Barnett, Marcellus, Montney和Woodford等多个页岩气区【10】，并相继投入商业性大

规模开发。这引起了各国对页岩气资源的广泛关注，在世界范围掀起了页岩气勘探和开发的热潮。

我国自2005年起开始页岩气资源勘探评价研究工作，多年的勘探研究表明我国页岩气资源丰富，勘探潜力巨大，广泛赋存在海相、陆相和海陆过渡环境沉积的泥页岩中。其中南方古生界海相页岩气形成地质条件优越，在四川盆地及周缘下古生界海相页岩层系获得突破，涪陵区块下古生界海相页岩气己经获得千亿方的探明储量，并投入商业性开发。与此同时，对鄂尔多斯盆地中生界延长组湖相泥页岩进行了页岩气勘探评价工作，并在盆地中部柳坪117井延长组长7段泥页岩中获得工业气流，可见，我国海相和陆相页岩气的勘探研究工作均取得了重大的突破。

本论文的人造岩心方法的研究性质属于开发性研究，人造岩心热模拟实验研究性质属于应用型研究。

2、研究目的任务

在油田勘探和开发生产中，许多问题的解决离不开岩心实验。由于受到天然岩心的来源和其他天然性质条件的限制，绝大多数实验采用人造岩心。因此研究通过分散泥质胶结形成

不同孔隙度和渗透率等储层特性的人工岩样制作新方法对于非常规油气勘探与开发有着十分重要的意义。该项技术既解决进行室内模拟实验的岩心需求问题，又解决因天然岩心非均质性导致实验数据无重复性和可比性的难题，同时对渗透率、孔隙度模拟度高，能够很好地进行化学剂岩心驱油试验评价，还可以为后续的热模拟实验提供可重复制备的样本。

生烃热模拟实验是烃源岩成烃潜力与资源评价的重要手段，可再现地质体中有机质热解演化过程，为评价烃源岩成烃潜力、过程与机理，演绎成烃模式及动力学特征提供理论依据和实验资料。通过温度、压力、水介质及矿物质等不同实验条件下有机质成烃的模拟实验研究，使实验条件尽量接近地质实际条件，结合沉积盆地热史、沉积史，可以揭示烃源岩生烃史与沉积盆地的演化关系，为盆地模拟提供重要参数；模拟结果可揭示烃源岩中烃类的

形成机理和排烃效率，对页岩气等非常规油气资源评价具有重要意义。

3、研究内容与科学问题

本论文主要研究建立一种人造岩心的制作方法，为页岩油气的生烃、保存条件及其影响因素等相关研究提供一种进行模拟实验的样品制作方法。进而对人造岩心进行热模拟实验研究其孔渗参数的实验前后变化情况，以及不同岩石性质与结构条件下的生烃能力与页岩油气形成能力。

1.研制低孔渗无有机胶结剂的人造岩心

1）制作要求

研制具有储层特性的泥页岩岩人造岩心：a.工艺上必须保证加进去的泥页岩粉末矿物不被胶结物胶死；b.加热至900℃微孔隙结构不发生明显变化；c.人造岩心岩性、物性、孔隙、渗透、敏感特性与天然页岩岩心相似；d.人造岩心的几何形状、均质程度、稳定性、力学强度等均能达到使用要求，满足实验需要。

2）人造岩心制作方法研究

研究建立一套人造岩心制作方法。天然岩心是经过沉积、胶结、压实、成岩、演化等复杂地质过程形成的。由于天然岩心成因的复杂性，在制作人造岩心时无法模拟其真实过程。因此，基于我们制作人造岩心的目的，首先要使其均质性好、可代替天然岩心进行相关实验是基本要求，主要考虑岩性、物性、孔隙结构来研制出出固定的配方，得到有大致固定的物理参数、化学、结构性质参数的，形状和尺寸满足实验要求的人工岩心；其次，所制备岩心的物理、化学、结构性质参数，以及形状和尺寸可以反复再现。

3）胶结剂的选择

无论是沉积形成天然岩心还是制作人造岩心，胶结剂都是必不可少的。制作人造岩心时选择胶结剂极其重要，胶结剂类型对岩心性能影响至关重要，直接决定了岩样是否具有储层敏感性，岩样能否具有一定力学强度，满足相关实验与测试要求。对胶结剂的要求：由于后期需要对岩心进行热模拟实验，所以只能选择无机胶结剂；达到一定胶结强度，岩心不会出现裂缝，不会对岩性造成影响。

二、工作进展与完成工作量

目前正处于人造岩心研制阶段，仪器调制基本恢复正常，胶结剂已经做出新的配方，下一步开始尝试压制低渗页岩岩心，以及调制稳定的物料配方和压制方案。

现在已经完成了毫达西级别的人工岩心的压制方案。

三、阶段性研究成果与创新认识

（1）物料的类型大致已经确定，已经可以压制成型一些10-1毫达西的页岩岩心。物料的配比和压制方案如下：

物料配比:10-18目页岩粉末5g，60-100目页岩粉末10g，100-200目页岩粉末25g，200目以下页岩粉末25g水泥熟料10g，氟硅酸钠1g，磷酸硅1g，高岭土5g。

胶结剂配比：使10g硅酸钾完全溶解于50ml水中。

将物料在固定容器中震荡，使其混合均匀，然后将胶结剂缓慢加入配比好的物料中，待物料呈现出胶结状，将其等分为四份，分别置于压样机内压制，设定压制压力为30Mpa，压制时间为10min，完成后取出岩心，将其置于30℃烘箱内养护一周。如图一为毫达西级别的人工页岩岩心，表一为测试结果。

图一.人工页岩岩心

表一.覆压孔渗仪测试结果

（2）为防止仪器漏料而配制的护塞，已经可以基本解决漏料的问题。