《International Journal of Hydrogen Energy》：Comparison of square-root and logarithmic data treatment for pore connectivity by co-current spontaneous imbibition in lacustrine shales
编辑推荐：
孔隙连通性评估中，sqrt处理较log处理更能准确区分原始裂缝与吸湿诱导裂缝的影响，在含裂缝页岩中sqrt法测得连通性范围为0.0011-0.0765（平均0.0199），而log处理因无法反映原始裂缝特性导致结果偏差。
Jingwen Bao|Mianmo Meng|Qianyou Wang|Sikun Yu|Mingliang Yuan|Ziqing Hong|Qixuan Jiang
中国地质大学海洋科学与技术学院，武汉，430074，中国
摘要
自吸作用（SI）已被广泛用于评估页岩油/气储层的孔隙连通性。然而，使用对数（log）和平方根（sqrt）处理方法处理SI数据可能会得到不同的结果，从而影响该技术的适用性。本研究通过共流SI方法评估了孔隙连通性，并比较了log和sqrt数据处理得到的结果。实验结果和理论分析表明，在具有原始裂缝或由吸水作用引起的裂缝的页岩中，sqrt处理方法比log处理方法更适合评估孔隙连通性。一方面，log处理方法无法区分由原始孔隙网络和吸水作用引起的裂缝所导致的孔隙连通性；另一方面，log处理方法也无法反映由原始裂缝所导致的孔隙连通性。sqrt处理方法能够反映原始裂缝并避免吸水作用引起的裂缝的影响。在页岩中，sqrt处理方法得到的孔隙连通性范围为0.0011至0.0765，平均值为0.0199。
引言
随着全球石油/天然气消费量的增加，传统的石油/天然气生产已无法满足这一需求，非常规石油/天然气资源（尤其是页岩油/气）因此受到更多关注[1,2]。页岩储层具有复杂的孔隙结构，这直接影响碳氢化合物的储存空间和流动能力[[3], [4], [5]]。如何准确描述页岩的孔隙结构仍然是一个挑战，尤其是与碳氢化合物流动能力密切相关的孔隙连通性。
有多种方法用于描述石油/天然气储层的孔隙结构，包括扫描电子显微镜（SEM）、氮吸附（NA）、小角中子散射（SANS）、核磁共振（NMR）、微/纳计算机断层扫描（CT）、综合木材金属浸渍法、流体示踪法、汞侵入孔隙度测量（MIP）和自吸作用（SI）等。SEM可以观察二维的孔隙形态和矿物分布[6,7]。NA可以反映纳米尺度下的孔径分布、比表面积（SSA）和平均孔径[8,9]。SANS可以反映从纳米尺度到毫米尺度的整个孔径分布[10,11]，但需要转换因子将T2谱转换为孔径分布。CT可以三维重建孔隙-裂缝分布[15,16]，但其分辨率不足以准确描述纳米尺度下的孔径分布。综合木材金属浸渍法和流体示踪法可以分别获得金属浸渍深度和流体迁移距离，从而反映孔隙连通性[17,18]。MIP可以反映孔喉尺寸分布、中值孔半径和孔隙连通性[19,20]。然而，MIP无法区分水润湿和油润湿的孔隙连通性。自吸作用（SI）已被用于获取孔隙连通性[21,22]，通过使用不同类型的测试液体可以反映水润湿和油润湿的孔隙连通性。
相比之下，SI方法具有区分水润湿和油润湿孔隙连通性的优势，这引起了广泛关注。为了理解SI方法下的孔隙连通性，首先需要介绍自吸作用的基本原理。SI过程中的吸水力主要受毛细力控制。当液体接触岩石表面时，液体会在没有外力的情况下自发渗入岩石[23,24]。在SI过程中，海洋页岩和湖泊页岩都有产生粘土膨胀裂缝的潜力[25,26]，这会影响孔隙连通性的表征。对于sqrt处理方法，选择的斜率主要处于吸水作用的早期阶段[27,28]，受诱导裂缝的影响较小。而对于log处理方法，选择的斜率主要包含吸水作用的中间或后期阶段[29,30]，如果存在由吸水作用引起的裂缝，拟合的孔隙连通性可能会受到显著影响，但这种影响的程度尚未讨论。表1显示了一些SI实验得到的孔隙连通性结果，表明不同样品之间的孔隙连通性存在差异，而且sqrt处理和log处理方法之间的结果也有很大差异。因此，比较sqrt和log处理方法并明确哪种方法更适合评估孔隙连通性是非常必要的。
本文对湖泊页岩样品进行了SI实验，并通过sqrt和log处理方法获得了孔隙连通性结果，然后比较了这两种方法的结果。这项研究有助于推动SI方法在孔隙连通性表征中的应用。
样本背景和实验方法
湖泊页岩样本取自松辽盆地上白垩统的嫩江组和青山水组。选择了六个代表性样本，其中两个样本来自嫩江组，另外四个样本来自青山水组。主要实验包括X射线衍射（XRD）、总有机碳（TOC）分析、Rock-Eval热解、SEM和SI实验。
矿物组成通过Rigaku TTR III衍射仪进行测量。样品为粉末状
样本的基本信息
一些样本的基本信息如表2所示。总有机碳（TOC）含量范围为0.23%至6.54%，平均值为3.37%。轻质烃（S1）含量范围为0.86 mg/g至4.13 mg/g，平均值为1.97 mg/g。重质烃（S2）含量范围为8.84 mg/g至61.41 mg/g，平均值为21.95 mg/g。样品的埋藏深度范围为1283.7 m至2358.48 m。
矿物组成列于表3中。主要矿物为石英和粘土，其中主要的粘土类型为伊利石和伊利石/蒙脱石。
结论
孔隙连通性是描述地层性质的关键参数，SI在表征孔隙连通性方面起着重要作用。目前，既有使用sqrt处理方法也有使用log处理方法来计算孔隙连通性。然而，以往的出版物中缺乏这两种方法之间的比较，这影响了孔隙连通性的准确评估，尤其是在页岩油和气储层中。通过本研究，得出了一些关键结论。
(1)根据SI原理
作者贡献声明
Jingwen Bao：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原始草稿、方法论、调查、数据分析、数据整理。Mianmo Meng：撰写 – 审稿与编辑、资源获取、方法论、资金申请、数据分析、概念构建。Qianyou Wang：撰写 – 审稿与编辑。Sikun Yu：撰写 – 审稿与编辑。Mingliang Yuan：撰写 – 审稿与编辑。Ziqing Hong：撰写 – 审稿与编辑、调查、数据分析。Qixuan Jiang：撰写 – 审稿与编辑
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42372167）和中国地质大学（武汉）的“CUG学者”科研基金（项目编号：2022077）的支持。
