在油氣勘探開(kāi)發(fā)、地質(zhì)科學(xué)研究、地下水調(diào)查、二氧化碳地質(zhì)封存及非常規(guī)資源評(píng)價(jià)領(lǐng)域,巖石的孔隙率是評(píng)估其儲(chǔ)存流體(油氣、水)能力、控制滲流特性、影響機(jī)械強(qiáng)度與聲學(xué)響應(yīng)的最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的巖石物理參數(shù)之一。無(wú)論是評(píng)價(jià)常規(guī)儲(chǔ)層的含油氣潛力,還是分析頁(yè)巖、致密砂巖等非常規(guī)儲(chǔ)層的賦存空間,準(zhǔn)確測(cè)定巖芯樣品的孔隙體積與總體積之比——即孔隙率,是進(jìn)行資源量計(jì)算、產(chǎn)能預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及數(shù)值模擬第一步。巖芯孔隙率測(cè)試儀,作為巖石物理實(shí)驗(yàn)室的核心分析設(shè)備,通過(guò)多種成熟、精確的測(cè)量方法,為研究人員提供對(duì)巖石微觀儲(chǔ)集空間(孔隙、裂縫)的定量化描述,是連接地質(zhì)樣本與油氣資源評(píng)價(jià)的基石工具。
多法并舉,精準(zhǔn)測(cè)定:技術(shù)路徑揭示微觀空間
巖芯孔隙率測(cè)試并非單一方法,而是一個(gè)基于不同物理原理、針對(duì)不同類型巖樣的綜合測(cè)試體系,旨在獲取最準(zhǔn)確、具代表性的孔隙率數(shù)據(jù)。
其主流測(cè)定方法與核心技術(shù)原理包括:
1、氦氣孔隙率法:這是目前實(shí)驗(yàn)室測(cè)定巖樣顆粒體積和孔隙體積的金標(biāo)準(zhǔn)方法,尤其適用于致密、低滲巖樣。基于波義耳定律,將已知體積的氦氣(氦分子極小,可滲入絕大部分微小孔隙)注入裝有樣品的密封腔體,通過(guò)測(cè)量壓力變化精確計(jì)算出巖樣的顆粒體積。結(jié)合通過(guò)游標(biāo)卡尺或流體浸沒(méi)法得到的外形總體積,即可計(jì)算出孔隙率。該方法精度高、測(cè)量速度快、無(wú)損,是常規(guī)及非常規(guī)儲(chǔ)層巖芯分析的選擇。
2、飽和流體法(如飽和煤油法、飽和水法):將巖樣真空加壓飽和已知密度的流體(如煤油、蒸餾水),通過(guò)稱量飽和前后巖樣的質(zhì)量差,計(jì)算飽和流體的體積,此即有效連通孔隙體積。再結(jié)合巖樣的總體積,計(jì)算得到孔隙率。此方法更貼近儲(chǔ)層實(shí)際流體飽和狀態(tài),但耗時(shí)較長(zhǎng),且不適用于遇水易發(fā)生水化膨脹的巖樣(如泥頁(yè)巖)。
3、巖石總體積的精確測(cè)量:無(wú)論采用何種孔隙體積測(cè)量方法,都需要精確的巖石總體積。除常規(guī)幾何測(cè)量外,對(duì)于形狀不規(guī)則的巖樣,常采用流體(如汞)排替法或封蠟浮力法進(jìn)行測(cè)定,確??傮w積數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
4、自動(dòng)化與智能化測(cè)量:現(xiàn)代孔隙率測(cè)試儀通常集成高精度壓力傳感器、溫控系統(tǒng)、真空系統(tǒng)與自動(dòng)進(jìn)樣裝置,由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)完成抽真空、壓力平衡、數(shù)據(jù)采集與計(jì)算全過(guò)程,極大提高了測(cè)試效率、重復(fù)性與數(shù)據(jù)可靠性。
超越數(shù)據(jù):驅(qū)動(dòng)資源評(píng)價(jià)與工程決策的核心依據(jù)
一組精確的巖芯孔隙率數(shù)據(jù),是貫穿油氣勘探開(kāi)發(fā)與地質(zhì)工程決策鏈的科學(xué)基礎(chǔ):
1、油氣資源儲(chǔ)量計(jì)算的核心輸入:孔隙率是容積法計(jì)算油氣地質(zhì)儲(chǔ)量的關(guān)鍵參數(shù)之一,其準(zhǔn)確性直接關(guān)系到對(duì)資源潛力的客觀評(píng)價(jià)與勘探部署的決策。
2、儲(chǔ)層分類與品質(zhì)評(píng)價(jià):結(jié)合滲透率數(shù)據(jù),孔隙率是劃分儲(chǔ)層類型(如高孔高滲、低孔低滲)、評(píng)價(jià)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”區(qū)的基礎(chǔ)。在非常規(guī)儲(chǔ)層中,準(zhǔn)確的孔隙率(尤其是有效孔隙率)是評(píng)估其含氣性、可采性的關(guān)鍵。
3、巖石力學(xué)與工程地質(zhì)研究:孔隙率影響巖石的密度、強(qiáng)度、彈性模量及壓縮系數(shù),是鉆井工程、壓裂設(shè)計(jì)、井壁穩(wěn)定性分析及地表沉降預(yù)測(cè)的重要輸入?yún)?shù)。
4、測(cè)井解釋的刻度與驗(yàn)證:實(shí)驗(yàn)室?guī)r芯分析獲得的孔隙率是標(biāo)定和驗(yàn)證聲波、密度、中子等測(cè)井曲線解釋模型的基礎(chǔ),是建立“巖芯-測(cè)井”關(guān)系、實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層參數(shù)連續(xù)反演的“硬數(shù)據(jù)”。
5、地質(zhì)科學(xué)研究與環(huán)境評(píng)估:用于研究沉積成巖作用、孔隙演化歷史,以及評(píng)估含水層儲(chǔ)水能力、地下污染羽運(yùn)移或二氧化碳封存體的封存容量。
方寸巖芯,孔隙之間,蘊(yùn)藏著資源與能量的奧秘。巖芯孔隙率測(cè)試儀,以其對(duì)微觀空間的精密度量,將巖石的儲(chǔ)集能力轉(zhuǎn)化為清晰、可比的科學(xué)數(shù)據(jù),為地下資源的發(fā)現(xiàn)、評(píng)價(jià)與高效開(kāi)發(fā)提供了量化依據(jù)。它是連接地質(zhì)學(xué)家認(rèn)識(shí)與工程師實(shí)踐的橋梁,是油氣工業(yè)與地球科學(xué)研究走向精細(xì)化、定量化的利器。