《页岩储层气体扩散系数的测定技术要求GBT+39539-2020》详细解读

《页岩储层气体扩散系数的测定技术要求GB/T39539-2020》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4方法提要5仪器设备与材料6样品的制备7测定步骤及要求contents目录8数据处理9数值修约10精密度11实验结果数据附录A(资料性附录)页岩储层气体扩散系数测定实验报告附录B(资料性附录)扩散系数计算公式推导011范围测定对象本标准规定了页岩储层气体扩散系数的测定方法，适用于页岩储层中气体的扩散系数测定。测定气体包括但不限于甲烷、乙烷、丙烷等烃类气体，以及二氧化碳等非烃类气体。测定环境测定应在恒温、恒压的环境中进行，以确保测定结果的准确性。测定环境的温度应控制在20℃至25℃之间，相对湿度应控制在50%至60%之间。““测定方法本标准推荐使用稳态法、非稳态法等方法进行气体扩散系数的测定。具体测定方法应根据实际情况选择，以保证测定结果的准确性和可靠性。本标准适用于页岩气勘探、开发、生产过程中气体扩散系数的测定。对于其他类似岩石储层的气体扩散系数测定，也可参考本标准进行。适用范围022规范性引用文件GB/T29172-2012岩心分析方法气体渗透率测定SY/T5163-2010沉积岩中粘土矿物和常见非粘土矿物X射线衍射分析方法GB/T19145-2010沉积岩中总有机碳的测定方法引用标准指富含有机质的页岩层，具有储存天然气的能力。页岩储层描述气体在页岩中扩散能力的物理量，是评价页岩气藏开发潜力的重要参数。气体扩散系数页岩储层中能够储存和运移流体的孔隙体积与岩石总体积之比。有效孔隙度术语和定义010203技术要求所引用的文件规定了页岩储层气体扩散系数的测定方法，包括实验原理、仪器设备、样品制备、实验步骤、结果计算和实验报告。引用文件确保了测定方法的准确性和可靠性，为页岩气勘探开发提供了技术支持。同时，也为相关科研人员提供了参考依据，推动了页岩气领域的技术进步。033术语和定义定义页岩储层是指富含有机质的页岩地层，具有储存天然气等烃类气体的能力。特点低孔隙度、低渗透率，但具有极高的比表面积，有利于气体的吸附和储存。3.1页岩储层3.2气体扩散系数意义气体扩散系数是评价页岩储层中气体运移能力的重要指标，对于页岩气的勘探和开发具有重要意义。定义气体扩散系数是描述气体在多孔介质中扩散速度的物理量，表示单位时间内气体分子通过单位面积的扩散通量与浓度梯度的比例系数。定义有效扩散系数是指在多孔介质中，考虑孔隙结构、流体性质等因素后，实际测得的气体扩散系数。影响因素有效扩散系数受页岩储层的孔隙结构、孔径分布、孔隙连通性、流体性质以及温度压力等多种因素影响。3.3有效扩散系数测定方法是指通过实验手段测量页岩储层气体扩散系数的方法和步骤。定义根据实验原理和测量手段的不同，测定方法可分为稳态法和瞬态法两种。稳态法通过测量稳定状态下的气体扩散通量来计算扩散系数；瞬态法则是通过测量气体浓度随时间的变化来计算扩散系数。分类3.4测定方法044方法提要4.1测定原理气体扩散系数测定的基本原理是依据Fick定律，即在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量与该截面处的浓度梯度成正比。通过测量气体在一定时间内在页岩样品中的扩散量，结合样品的尺寸、扩散时间和浓度差等参数，可以计算出气体的扩散系数。样品准备选取具有代表性的页岩样品，进行加工处理，保证样品的规格尺寸满足测试要求。扩散实验将处理好的页岩样品放置在扩散装置中，在一定的时间间隔内测量通过样品的气体流量，并记录实验数据。初始条件设定确定测试气体的种类、浓度和压力等初始条件，以及测试环境的温度和湿度等参数。数据处理根据实验数据，绘制气体流量与时间的关系曲线，通过曲线拟合等方法计算出气体的扩散系数。4.2测定步骤在进行扩散实验前，需要对页岩样品进行充分的干燥处理，以消除水分对实验结果的影响。实验过程中需要保持测试环境的稳定性，避免温度、湿度等参数的波动对实验结果造成干扰。在数据处理过程中，需要选择合适的数学模型进行曲线拟合，以保证计算结果的准确性和可靠性。同时，需要对实验结果进行多次测量并取平均值，以减小误差并提高精度。4.3注意事项055仪器设备与材料气体扩散系数测定仪用于测定页岩储层气体的扩散系数，应具备高精度、高灵敏度和稳定性。恒温箱用于控制实验环境温度，保持测定过程中温度恒定。真空泵用于抽取实验系统中的空气，创造真空环境。压力传感器及数据采集系统用于实时监测和记录实验过程中的压力变化。5.1仪器设备页岩岩样应选取具有代表性的页岩岩样，确保其物理和化学性质与实际储层相近。5.2材料01氦气或氮气作为实验中的示踪气体，用于测定气体扩散系数。02密封材料用于保证实验系统的密封性，防止气体泄漏。03其他辅助材料如实验用管线、阀门、接头等，需满足实验要求，确保实验的顺利进行。04066样品的制备取样方法应采用无损取样技术，避免对页岩储层造成破坏，同时保证样品的完整性。取样位置应从具有代表性的页岩储层中取样，确保所取样品能够真实反映页岩储层的气体扩散特性。取样数量根据实际需要确定取样数量，一般建议不少于3个样品，以保证测定结果的可靠性。6.1取样要求样品尺寸应将取回的页岩样品加工成规定尺寸的试样，以便于进行气体扩散系数的测定。样品干燥为避免水分对测定结果的影响，应对样品进行干燥处理，确保样品内部无水分残留。样品保存干燥后的样品应妥善保存，避免受潮和污染，以保证测定结果的准确性。0302016.2样品处理安装方式应采用合适的夹具或装置将样品固定在测定仪器中，确保样品在测定过程中不会发生移动或变形。密封性能6.3样品安装与密封应确保测定仪器的密封性能良好，防止气体泄漏对测定结果造成影响。0102防尘措施在取样、加工和测定过程中，应采取有效的防尘措施，避免粉尘对人员和环境造成危害。防爆措施由于页岩储层中可能含有可燃性气体，因此在测定过程中应采取防爆措施，确保人员和设备的安全。6.4安全防护措施077测定步骤及要求7.1样品准备采集具有代表性的页岩样品，确保其尺寸、形状和质量符合测定要求。01对样品进行干燥处理，以消除水分对气体扩散系数测定的影响。02将处理后的样品放置在密封容器中，以备后续测定使用。03选择合适的测定装置，确保其精度和可靠性。对测定装置进行校准，以保证测定结果的准确性。根据测定要求，设置好装置的参数，如温度、压力等。7.2测定装置准备010203将准备好的页岩样品放置在测定装置中。通入已知浓度的气体，并记录气体的初始浓度和压力。在恒定的温度和压力下，测量气体通过页岩样品的扩散速率。根据测定结果，计算页岩储层的气体扩散系数。7.3气体扩散系数测定7.4数据处理与分析010203对测定结果进行数据处理，包括数据清洗、异常值处理等。根据处理后的数据，绘制气体扩散系数随时间变化的曲线图。分析气体扩散系数的变化趋势，以及与其他因素（如温度、压力等）的关系。04根据分析结果，评估页岩储层的气体扩散性能，为后续的页岩气开发提供参考依据。088数据处理VS对实验过程中获得的所有原始数据进行逐一核查，确保其真实性和准确性。数据分类与归档按照实验条件、测定时间等要素，对原始数据进行分类整理，并妥善归档保存。原始数据校验8.1数据整理根据实验测定的数据，采用适当的数学模型和计算方法，求出页岩储层气体的扩散系数。扩散系数计算对计算出的扩散系数进行统计分析，包括平均值、标准差、变异系数等，以评估测定结果的稳定性和可靠性。数据分析8.2数据处理与分析结合实验条件和页岩储层的地质特征，对测定结果进行合理解释，明确扩散系数与页岩气藏开发之间的关系。数据解释按照规定的格式和要求，撰写详细的实验报告，包括实验目的、方法、结果、讨论和结论等部分，以供相关部门和专家参考。报告撰写8.3数据解释与报告数据保密由于页岩储层气体扩散系数的测定结果可能涉及商业机密或国家安全，因此必须严格遵守数据保密规定。018.4数据保密与安全数据安全为确保数据安全，应采取加密、备份等必要措施，防止数据泄露或损坏。02099数值修约修约规则逢五就进法当需要保留的位数后一位数字为5时，无论5后面是否有非零数字，都进位。奇进偶舍法当尾数为5，而尾数“5”的后面还有不为0的任何数字时，无论5前面为奇数还是偶数，都进1；若5后面是0时，则看5的前面一位，若是奇数则进1，偶数则不进。四舍五入法当需要保留的位数后一位数字小于5时，直接舍去；大于等于5时，进位后舍去。030201修约间隔是确定修约保留位数的一种方式，应以有效数字的位数表示。举例：如指定修约间隔为0.1，修约值即应在0.1的整数倍中选取，也就是说，将数值修约到小数点后一位。修约间隔的数值一经确定，修约值即应为该数值的整数倍。修约间隔将12.345修约到小数点后一位，得12.3。修约实例实例一将12.345001修约到小数点后四位，得12.3450。实例二将23.45修约到个位，得23。实例三注意事项修约时需避免连续修约，即一次只能对一个数字进行修约。01在进行数值计算时，应先进行修约，然后再进行计算，以保证结果的准确性。02对于具有多个修约要求的数值，应分别进行修约后再进行后续处理。031010精密度精密度定义精密度是指在相同条件下，多次测量结果之间的一致程度。它反映了测量方法的稳定性和可靠性。精密度的重要性在页岩储层气体扩散系数的测定中，高精密度意味着测量结果更加准确、可靠，有助于科研人员更好地了解页岩储层的气体扩散特性，为页岩气的勘探和开发提供有力支持。精密度定义及重要性01仪器设备的精度使用高精度、稳定性好的仪器设备，可以减小测量误差，提高精密度。影响精密度的因素02实验环境的稳定性保持实验室内温度、湿度等环境条件的稳定，有助于减小外界因素对测量结果的影响，提高精密度。03操作人员的技能水平熟练、准确的操作技能可以确保测量过程的稳定性和一致性，从而提高精密度。01020304保持实验室内环境条件的稳定，可以减小环境因素对测量结果的影响。提高精密度的措施严格控制实验环境通过增加测量次数，可以减小随机误差的影响，提高测量结果的稳定性和可靠性。增加测量次数提高操作人员的技能水平，确保他们能够熟练、准确地完成测量任务，从而提高精密度。加强操作人员培训选择具有高精度和稳定性的仪器设备，是提高精密度的关键。选用高精度仪器设备1111实验结果数据测定过程中应详细记录各项实验数据，包括但不限于：测定时间、温度、压力、气体成分及浓度等关键参数。数据记录应准确无误，采用适当的计量单位，并保持原始记录的完整性，以便后续数据分析和比对。11.1数据记录要求11.2数据处理方法对实验数据进行统计分析和处理，计算气体扩散系数等关键指标。应采用科学的数据处理方法，确保结果的准确性和可靠性，同时注明所采用的数据处理方法和依据。““11.3结果表述方式实验结果应以清晰、简洁的方式表述，包括气体扩散系数的具体数值、单位及实验条件等。如有需要，可对实验结果进行图表展示，以便于更直观地理解和分析数据。在实验过程中，如发现数据异常或不符合预期，应及时进行复查和验证。对于明显错误或不合理的数据，应予以剔除，并重新进行实验以获得准确结果。同时，应记录异常数据出现的原因，并采取措施避免类似情况的再次发生。11.4数据异常处理12附录A(资料性附录)页岩储层气体扩散系数测定实验报告实验目的确定页岩储层中气体的扩散系数01评估页岩储层的气体传输性能02为页岩气开采和开发提供数据支持03实验原理利用Fick扩散定律，通过测量气体在页岩样品中的扩散速率来计算扩散系数扩散系数是描述物质扩散能力的重要物理量，与页岩的孔隙结构、气体种类和温度等因素有关4.数据处理与分析根据实验数据，利用Fick扩散定律计算页岩储层中气体的扩散系数，并对实验结果进行不确定度分析。1.样品准备选取具有代表性的页岩样品，进行干燥、切割和研磨处理，以获得符合实验要求的试样尺寸和形状。2.实验装置搭建根据实验需求搭建气体扩散系数测定装置，包括气体供应系统、压力监测系统、温度控制系统和数据采集系统等。3.实验操作将试样置于实验装置中，通入测试气体（如甲烷），设定实验温度和压力条件，记录气体扩散过程中的压力和时间数据。实验步骤实验测得的页岩储层气体扩散系数与理论预测值进行比较，分析差异原因。探讨不同页岩样品、气体种类和实验条件对气体扩散系数的影响。根据实验结果，提出改进页岩气开采和开发技术的建议。实验结果与讨论010203本实验通过测定页岩储层中气体的扩散系数，为