58 / 2023-07-04 18:51:24

基于FE-SEM和图像分析的页岩渗透率计算方法及应用

页岩渗透率,孔径分布,FE-SEM,图像分析,排烃作用

中国页岩气资源丰富，但页岩是渗透率最小的沉积岩，页岩渗透率的测试是物性评价的关键。由于页岩非常致密，常规的渗透率测试方法无法准确测量页岩的渗透率。基于毛管束模型，建立了基于扫描电子显微镜（FE-SEM）和图像分析的渗透率计算模型，同时也考虑了页岩的孔径分布、迂曲度、气体吸附、滑脱效应对渗透率的影响。为了验证渗透率计算模型的准确性，研究选取川南龙马溪组和筇竹寺组的5个页岩样品，开展扫描电镜观察和脉冲衰减测试，在放大倍数为40000倍时截取10×10的FE-SEM图像，分别对有机孔和无机孔进行图像分析，获得页岩孔径分布离散数据，以0.01nm为步长建立拟连续的页岩孔径分布曲线，开展最小二乘法拟合，根据误差平方和（SSE）、确定系数（R²）和均方根误差（RMSE）优选页岩孔径分布密度函数，最终确定改进高斯分布为最佳分布函数。针对多峰的页岩孔径分布，增加多个改进高斯分布项比分段单项改进高斯分布的拟合效果要好。计算结果显示，计算页岩渗透率与脉冲衰减渗透率相差不大，能够满足计算精度要求。龙马溪组页岩渗透率大于筇竹寺组页岩渗透率，且筇竹寺组上部和中部渗透率小于下部渗透率，原因可能是由于筇竹寺组底部的桐湾不整合面的存在，筇竹寺组持续向灯影组排烃，导致筇竹寺组孔隙压力下降，孔隙被压缩，渗流通道受限，渗透率低；而龙马溪组顶底板保存完好，内部形成的天然气保持自生自储的状态，孔隙压力高，渗透率高。