陆相页岩吸水率与孔隙度实验方法的研究

2021-04-01徐会建

西部探矿工程 2021年11期

徐会建

（中国石油大庆油田有限责任公司勘探事业部，黑龙江大庆163411）

1 实验样品及实验方法

实验样品来自松辽盆地北部齐家古龙凹陷青山口组地层，为富有机质层状页岩，页理较发育，所钻取的岩样为圆柱体柱塞样品，吸水实验完成后进行氦孔隙度测定；同时将样品所钻柱塞周围的岩块分别粉碎成颗粒样品进行低温吸附实验。

实验方法所用仪器为真空烘箱、吸水装置、鼓风干燥箱和电子天平。其中采用温度25℃、0.1MPa、硫酸钙过饱和溶液的吸水装置，可提供相对湿度99.9%的实验环境。在该实验环境下测量不同时间岩芯吸水量，当柱塞样品吸水达到饱和时，柱塞样品的质量不再明显变化，即达到吸水平衡。

2 实验结果及讨论

2.1 实验结果

页岩柱塞样品吸水率表征方法，页岩柱塞样品在不同时间的质量与其干样质量之差，得到不同时间的绝对吸水量值，即得柱塞样品的吸水量曲线。该曲线表征了页岩的吸水特征，反映了孔隙的连通性及是否有微裂缝发育。

不同柱塞样品的页岩吸水特征。相同长度不同直径的柱塞样品达到吸水平衡所用的时间不同，但其单位体积的饱和吸水量一致，表明页岩样品的孔隙连通性较好，无明显的非均质性遮挡层存在，相反的，单位体积饱和吸水量会存在较大的差异。从异常样品中可以看出，吸水曲线偏离其他柱塞样品的吸水曲线较大，单位体积饱和吸水量远大于其他样品，表明异常样品可能存在微裂缝。

页岩样品的吸水孔隙度数据结果。岩芯样品的吸水孔隙度为3.24%~8.75%，低温吸附孔隙度为2.56%~7.52%，氦气孔隙度为4.26%~7.92%，三种孔隙度值之间存在差异，且样品的吸水孔隙度全部大于其低温吸附孔隙度，略大于其氦气法孔隙度。

2.2 讨论

页岩吸水孔隙度与低温吸附法孔隙度对比。页岩吸收的水分主要储存在孔隙及微裂隙中，孔隙及微裂隙所占体积的大小对吸水孔隙度影响较大，而页岩柱塞样品能够保持原生的骨架结构，反映页岩的真实孔隙度。但是，在页岩线切割或锯切割过程中，对于页岩层理较发育的岩样，可能人为导致微裂缝的产生，从而影响吸水孔隙度的真实性。低温吸附实验要求实验颗粒样品直径为250~425μm，在粉碎过程中将死孔隙打开。因此，打开的死孔隙与破损的孔及裂隙体积会对样品的低温吸附孔隙度产生影响。吸水孔隙度均大于低温吸附孔隙度。研究表明，低温吸附实验只能测定0.5~300nm，而水可以吸附到页岩样品中的任意连通孔隙，所以，吸水实验测定的孔隙度值更大，也更接近页岩的实际孔隙度。

页岩吸水孔隙度与氦气法孔隙度对比。页岩中的微小孔隙一般由非常狭小的孔喉连通，而氦气分子和水分子均可浸入纳米级孔隙，通过对比验证，吸水孔隙度与氦气法孔隙度之间存在明显的线性正相关关系，吸水孔隙度与其氦气法孔隙度相一致，准确性较高。

由于页岩的非均质性较强，孔隙发育程度不均，导致测定的孔隙度可能与页岩整体的实际孔隙度存在差异。相比之下，吸水实验获取的孔隙度可以更好地表征整块页岩样品的实际孔隙度，吸水孔隙度略大于样品的氦孔隙度。

页岩具有层状节理及纳米级孔隙，在样品制备过程中易产生微裂缝，使柱塞样品的单位体积吸水量骤增并致使吸水孔隙度增大。如果样品吸水增量明显，表明柱塞样品含有微裂缝。所以这些微裂缝很可能是人为制样造成的，并能有效识别柱塞样品微裂缝。