《GB/T39539-2020頁巖儲層氣體擴(kuò)散系數(shù)的測定技術(shù)要求》(2026年)深度解析目錄一

頁巖儲層開發(fā)核心參數(shù)為何聚焦擴(kuò)散系數(shù)？

標(biāo)準(zhǔn)制定的時代邏輯與行業(yè)價值深度剖析二

標(biāo)準(zhǔn)適用邊界如何界定？

頁巖儲層類型

氣體種類及測定場景的精準(zhǔn)覆蓋解析三

測定原理是精準(zhǔn)性的根基嗎？

分子擴(kuò)散與Knudsen

擴(kuò)散的核心機(jī)制及標(biāo)準(zhǔn)適配性解讀試樣制備如何決定測定成敗？

標(biāo)準(zhǔn)中取樣

封裝及預(yù)處理的關(guān)鍵技術(shù)要求專家視角解析主流測定方法各有何優(yōu)劣？

容積法與重量法的操作規(guī)范

精度對比及選用邏輯深度剖析

儀器設(shè)備哪些指標(biāo)是關(guān)鍵？

核心組件性能要求

校準(zhǔn)規(guī)范及維護(hù)要點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)解讀測定過程如何控制誤差？

溫度

壓力等關(guān)鍵變量調(diào)控及質(zhì)量控制措施的專家指南數(shù)據(jù)處理為何是核心難點(diǎn)？

擴(kuò)散系數(shù)計算模型

異常值剔除及結(jié)果表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)要求解析

標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施如何落地？

不同應(yīng)用場景下的操作細(xì)則及常見問題解決方案深度剖析未來測定技術(shù)將向何方發(fā)展？

標(biāo)準(zhǔn)迭代方向與低滲儲層測定技術(shù)趨勢預(yù)測頁巖儲層開發(fā)核心參數(shù)為何聚焦擴(kuò)散系數(shù)？標(biāo)準(zhǔn)制定的時代邏輯與行業(yè)價值深度剖析頁巖氣開發(fā)瓶頸與擴(kuò)散系數(shù)的核心關(guān)聯(lián)頁巖儲層具有低孔低滲特性，氣體運(yùn)移以擴(kuò)散為主，擴(kuò)散系數(shù)直接反映氣體從基質(zhì)到裂縫的運(yùn)移效率。數(shù)據(jù)顯示，擴(kuò)散系數(shù)每提升10%，單井采收率可提高3%-5%。標(biāo)準(zhǔn)聚焦此參數(shù)，正是破解頁巖氣開發(fā)中“采出難”瓶頸的關(guān)鍵，為評估儲層潛力提供核心依據(jù)。（二）標(biāo)準(zhǔn)制定前的行業(yè)痛點(diǎn)與技術(shù)亂象01標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前，企業(yè)采用自定方法測定，存在取樣不規(guī)范儀器差異大等問題。某油田數(shù)據(jù)顯示，不同實(shí)驗(yàn)室對同一試樣測定結(jié)果偏差達(dá)30%以上，導(dǎo)致儲層評價失真。行業(yè)亟需統(tǒng)一技術(shù)要求，規(guī)范測定流程，保障數(shù)據(jù)可比性與權(quán)威性。02（三）標(biāo)準(zhǔn)制定的時代背景與行業(yè)驅(qū)動因素2020年前后，我國頁巖氣產(chǎn)量快速增長，年產(chǎn)突破200億立方米，但核心測定技術(shù)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。國家能源戰(zhàn)略推動下，為實(shí)現(xiàn)頁巖氣高效開發(fā)提升行業(yè)技術(shù)水平，國標(biāo)委牽頭制定該標(biāo)準(zhǔn)，整合科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)成果，填補(bǔ)行業(yè)空白。標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)價值與長遠(yuǎn)影響專家解讀從專家視角看，該標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一了測定技術(shù)框架，使儲層評價數(shù)據(jù)可比，推動技術(shù)創(chuàng)新。其實(shí)施后，頁巖氣儲層評估周期縮短20%，開發(fā)方案針對性提升，助力我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)從規(guī)模擴(kuò)張向質(zhì)量效益轉(zhuǎn)型，為國際頁巖儲層測定提供“中國方案”。標(biāo)準(zhǔn)適用邊界如何界定？頁巖儲層類型氣體種類及測定場景的精準(zhǔn)覆蓋解析標(biāo)準(zhǔn)適用的頁巖儲層類型及核心判定依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)適用于泥頁巖頁巖夾層等含氣儲層，核心判定依據(jù)為孔隙度5%以下滲透率1mD以下。明確排除火山巖等非頁巖儲層，避免適用范圍泛化。對不同成熟度頁巖（Ro值0.6%-3.0%）均有適配要求，覆蓋我國四川盆地等主要頁巖氣產(chǎn)區(qū)儲層類型。適用氣體包括甲烷乙烷等烴類氣體及CO2等注入氣體。針對不同氣體分子直徑差異，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定甲烷測定采用基準(zhǔn)條件，其他氣體需進(jìn)行校正。如CO2擴(kuò)散系數(shù)測定時，需考慮其吸附特性，調(diào)整壓力控制參數(shù)，確保測定精準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)明確排除的測定場景及原因解析排除高溫（>200℃)高壓（>100MPa）極端場景，因該條件下擴(kuò)散機(jī)制改變，現(xiàn)有方法誤差較大。同時排除含油頁巖儲層，因原油會影響氣體擴(kuò)散路徑，目前技術(shù)難以精準(zhǔn)測定。此界定既保障標(biāo)準(zhǔn)適用性，又避免超出技術(shù)能力范圍導(dǎo)致的結(jié)果失真。（二）測定適用的氣體種類及特性適配要求專家建議，對深層頁巖（埋深>4000m），可參考標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)框架，調(diào)整壓力校正系數(shù)；對含酸性氣體儲層，需增加儀器防腐要求。延伸應(yīng)用時，需通過平行樣驗(yàn)證，確保誤差控制在10%以內(nèi)，兼顧適用性與精準(zhǔn)性。特殊場景下的標(biāo)準(zhǔn)延伸應(yīng)用建議專家視角010201測定原理是精準(zhǔn)性的根基嗎？分子擴(kuò)散與Knudsen擴(kuò)散的核心機(jī)制及標(biāo)準(zhǔn)適配性解讀頁巖儲層中氣體擴(kuò)散的兩種核心機(jī)制解析1頁巖儲層中存在分子擴(kuò)散（孔隙直徑>氣體分子平均自由程）和Knudsen擴(kuò)散（孔隙直徑<氣體分子平均自由程）。分子擴(kuò)散受濃度梯度驅(qū)動，Knudsen擴(kuò)散受壓力梯度主導(dǎo)。標(biāo)準(zhǔn)明確兩種機(jī)制的判定方法，通過孔隙結(jié)構(gòu)分析確定主導(dǎo)擴(kuò)散類型，為方法選擇提供依據(jù)。2（二）標(biāo)準(zhǔn)測定原理與擴(kuò)散機(jī)制的適配性設(shè)計1標(biāo)準(zhǔn)針對不同擴(kuò)散機(jī)制設(shè)計測定方案：分子擴(kuò)散主導(dǎo)時采用容積法，通過濃度變化計算系數(shù)；Knudsen擴(kuò)散主導(dǎo)時采用重量法，監(jiān)測吸附量變化。適配性設(shè)計確保原理與實(shí)際擴(kuò)散場景一致，如四川長寧頁巖以Knudsen擴(kuò)散為主，采用重量法測定誤差可控制在5%以內(nèi)。2（三）原理層面的常見認(rèn)知誤區(qū)及澄清專家解讀01常見誤區(qū)認(rèn)為擴(kuò)散系數(shù)僅與儲層有關(guān)，實(shí)則氣體特性影響顯著。專家澄清：相同儲層中，CO2擴(kuò)散系數(shù)是甲烷的1.8倍，因分子直徑更小。標(biāo)準(zhǔn)中氣體特性校正條款，正是修正此認(rèn)知偏差，確保原理應(yīng)用精準(zhǔn)，避免因忽略氣體差異導(dǎo)致的測定錯誤。02原理創(chuàng)新對未來測定技術(shù)的支撐作用預(yù)測01隨著納米孔隙表征技術(shù)發(fā)展，未來將精準(zhǔn)區(qū)分兩種擴(kuò)散貢獻(xiàn)占比。標(biāo)準(zhǔn)確立的原理框架，為耦合擴(kuò)散模型提供基礎(chǔ)。預(yù)測3-5年內(nèi)，基于該原理的多機(jī)制耦合測定方法將問世，使擴(kuò)散系數(shù)測定精度提升至3%以內(nèi)，推動儲層評價精細(xì)化。02試樣制備如何決定測定成敗？標(biāo)準(zhǔn)中取樣封裝及預(yù)處理的關(guān)鍵技術(shù)要求專家視角解析現(xiàn)場取樣的核心技術(shù)要求與代表性保障措施取樣需采用金剛石取芯鉆頭，避免儲層擾動，取芯率不低于95%。每塊試樣需標(biāo)注埋深層位等信息，同一儲層至少取3組平行樣。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取樣點(diǎn)間距不小于1m，確保覆蓋儲層非均質(zhì)性，如頁巖夾層發(fā)育區(qū)需加密取樣，保障試樣代表性。（二）實(shí)驗(yàn)室制樣的尺寸形態(tài)及精度控制規(guī)范A制樣為圓柱體，直徑25mm±0.5mm，高度50mm±1mm，端面平行度誤差≤0.02mm。采用精密切割機(jī)加工，避免產(chǎn)生微裂縫。制樣后需用顯微鏡觀察表面完整性，存在裂縫的試樣需剔除，確保試樣形態(tài)符合測定要求，減少邊界效應(yīng)影響。B（三）試樣封裝的密封性要求與檢測方法詳解01封裝采用丁腈橡膠密封圈，配合不銹鋼夾具固定，密封壓力不低于測定壓力的1.2倍。密封性檢測采用氦質(zhì)譜檢漏法，漏率≤1×10-?Pa·m3/s。封裝后需靜置24h，觀察壓力變化，無壓降方可進(jìn)行測定，杜絕因密封失效導(dǎo)致的氣體泄漏誤差。02試樣預(yù)處理的干燥除雜流程及關(guān)鍵參數(shù)預(yù)處理采用真空干燥法，溫度60℃±5℃,真空度≤10Pa，干燥時間48h，去除游離水及輕質(zhì)烴。對含硫儲層試樣，需增加脫硫處理，采用堿性吸附劑除硫，確保氣體純度≥99.99%。預(yù)處理后試樣需在惰性氣體保護(hù)下轉(zhuǎn)移，避免二次污染。12試樣制備常見問題及解決方案專家總結(jié)01專家總結(jié)常見問題：取樣擾動導(dǎo)致裂縫封裝泄漏等。解決方案包括：采用取芯后即時封裝減少擾動；封裝前檢查密封圈老化情況，定期更換；對易碎頁巖采用樹脂加固制樣。通過這些措施，可將試樣制備導(dǎo)致的誤差控制在8%以內(nèi)。02主流測定方法各有何優(yōu)劣？容積法與重量法的操作規(guī)范精度對比及選用邏輯深度剖析容積法測定的核心原理與詳細(xì)操作步驟解析01容積法基于波義耳定律，通過測定封閉體系內(nèi)壓力變化計算擴(kuò)散系數(shù)。操作步驟：抽真空→充入氣體至設(shè)定壓力→恒溫靜置→連續(xù)記錄壓力數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)擬合計算。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓力測量精度≤0.01MPa，溫度控制精度±0.1℃,確保體系狀態(tài)參數(shù)精準(zhǔn)測量。02（二）重量法測定的技術(shù)要點(diǎn)與關(guān)鍵操作規(guī)范詳解01重量法通過高精度天平監(jiān)測試樣吸附氣體后的重量變化，計算擴(kuò)散系數(shù)。核心要點(diǎn)：采用百萬分之一精度天平，環(huán)境溫度控制在25℃±0.5℃,濕度≤50%。操作中需避免氣流擾動，每10min記錄一次重量，直至連續(xù)3次變化量≤0.001mg，判定達(dá)到吸附平衡。02（三）兩種方法的精度效率及適用場景對比分析01容積法精度±5%，測定周期8-12h，適用于高擴(kuò)散系數(shù)儲層（>1×10-1?m2/s）；重量法精度±3%，周期24-36h，適用于低擴(kuò)散系數(shù)儲層（<1×10-1?m2/s）。成本方面，容積法設(shè)備投入約50萬元，重量法約80萬元。標(biāo)準(zhǔn)明確根據(jù)儲層擴(kuò)散能力選擇方法，兼顧精度與效率。02方法選用的核心決策邏輯與驗(yàn)證要求專家解讀01專家解讀決策邏輯：先通過預(yù)實(shí)驗(yàn)判斷擴(kuò)散系數(shù)范圍，再選方法。對未知儲層，采用兩種方法平行測定，結(jié)果偏差≤10%即為有效。如川南頁巖預(yù)實(shí)驗(yàn)顯示擴(kuò)散系數(shù)低，選用重量法；而松遼盆地頁巖擴(kuò)散系數(shù)較高，選用容積法，既保證精準(zhǔn)又提升效率。02儀器設(shè)備哪些指標(biāo)是關(guān)鍵？核心組件性能要求校準(zhǔn)規(guī)范及維護(hù)要點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)解讀容積法核心設(shè)備的性能參數(shù)與技術(shù)要求詳解容積法核心設(shè)備包括高壓反應(yīng)釜壓力傳感器恒溫箱。反應(yīng)釜容積500mL±5mL，耐壓≥100MPa；壓力傳感器量程0-50MPa，精度0.05級；恒溫箱控溫范圍0-150℃,波動度±0.1℃。設(shè)備材質(zhì)需為316L不銹鋼，防腐蝕且確保氣體純度，避免材質(zhì)與氣體反應(yīng)影響結(jié)果。12（二）重量法關(guān)鍵儀器的精度要求與選型指南01重量法關(guān)鍵為高精度電子天平與吸附裝置。天平最大稱量200g，可讀性0.001mg，重復(fù)性≤0.002mg；吸附裝置耐壓≥50MPa，配備真空系統(tǒng)，真空度≤10Pa。選型時需考慮與試樣尺寸匹配，如小尺寸試樣需配備微型吸附腔，減少死體積影響，提升測量精度。02（三）儀器校準(zhǔn)的周期方法及合格判定標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)周期為每年一次，壓力傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)壓力源校準(zhǔn)，誤差≤±0.1MPa為合格；天平采用標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)，線性誤差≤±0.003mg為合格；恒溫箱采用標(biāo)準(zhǔn)溫度計校準(zhǔn)，各點(diǎn)溫差≤0.2℃為合格。校準(zhǔn)記錄需存檔，未校準(zhǔn)或校準(zhǔn)不合格儀器禁止使用，確保設(shè)備狀態(tài)合規(guī)。儀器日常維護(hù)與故障排查的實(shí)用要點(diǎn)總結(jié)日常維護(hù)：每日清潔天平稱盤，每周檢查反應(yīng)釜密封性，每月校準(zhǔn)恒溫箱溫度。故障排查：壓力異常波動需檢查密封圈；天平讀數(shù)漂移需排查環(huán)境濕度與氣流；數(shù)據(jù)重復(fù)性差需檢查試樣封裝。建立設(shè)備維護(hù)臺賬，記錄維護(hù)及故障情況，延長設(shè)備使用壽命。12測定過程如何控制誤差？溫度壓力等關(guān)鍵變量調(diào)控及質(zhì)量控制措施的專家指南溫度變量的調(diào)控精度要求與穩(wěn)定控制方法溫度對擴(kuò)散系數(shù)影響顯著，每變化1℃可導(dǎo)致擴(kuò)散系數(shù)變化約2%。標(biāo)準(zhǔn)要求測定溫度控制在儲層原始溫度±1℃,采用水浴恒溫或油浴恒溫，配備多點(diǎn)溫度傳感器實(shí)時監(jiān)測。升溫速率控制在1℃/min，避免溫度驟變導(dǎo)致試樣熱應(yīng)力開裂，確保溫度穩(wěn)定。（二）壓力參數(shù)的設(shè)定依據(jù)與動態(tài)調(diào)控技術(shù)規(guī)范01壓力設(shè)定需模擬儲層實(shí)際壓力，范圍5-50MPa，根據(jù)埋深確定（每1000m埋深對應(yīng)10MPa壓力）。采用分段加壓方式，每級加壓后靜置30min，待壓力穩(wěn)定后再升溫。壓力調(diào)控精度±0.05MPa，避免壓力沖擊破壞試樣孔隙結(jié)構(gòu)，影響擴(kuò)散路徑穩(wěn)定性。02（三）數(shù)據(jù)采集的頻率時長及有效性判定標(biāo)準(zhǔn)01容積法初始階段每5min采集一次壓力數(shù)據(jù)，1h后每30min采集一次，直至壓力變化率≤0.5%/h；重量法初始每10min采集一次重量，2h后每60min采集一次，直至重量變化≤0.001mg/h。數(shù)據(jù)需連續(xù)采集至少3個半衰期，確保覆蓋完整擴(kuò)散過程，保障數(shù)據(jù)有效性。02全過程質(zhì)量控制措施與誤差溯源體系構(gòu)建質(zhì)量控制包括：空白試驗(yàn)（無試樣時壓力/重量變化≤0.1%）平行樣測定（相對偏差≤10%）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證（采用已知擴(kuò)散系數(shù)的頁巖標(biāo)準(zhǔn)樣，測定值與標(biāo)準(zhǔn)值偏差≤5%）。建立誤差溯源體系，記錄各環(huán)節(jié)參數(shù)，便于追溯誤差來源，確保測定結(jié)果可靠。數(shù)據(jù)處理為何是核心難點(diǎn)？擴(kuò)散系數(shù)計算模型異常值剔除及結(jié)果表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)要求解析容積法擴(kuò)散系數(shù)的計算模型推導(dǎo)與應(yīng)用要點(diǎn)容積法采用球形擴(kuò)散模型，公式為D=π2r2/(15t1/2)，其中r為試樣半徑，t1/2為壓力達(dá)到平衡一半的時間。應(yīng)用要點(diǎn)：需準(zhǔn)確測量試樣半徑，修正死體積（反應(yīng)釜內(nèi)非試樣占據(jù)體積），死體積修正公式為V有效=V總-V試樣。修正后計算結(jié)果精度可提升10%-15%。12（二）重量法數(shù)據(jù)處理的擬合方法與參數(shù)確定規(guī)范重量法采用Langmuir吸附模型結(jié)合擴(kuò)散方程擬合，通過Origin或Matlab軟件進(jìn)行非線性擬合。關(guān)鍵參數(shù)包括平衡吸附量擴(kuò)散系數(shù)，擬合相關(guān)系數(shù)R2≥0.99為合格。擬合時需剔除初始吸附階段的快速吸附數(shù)據(jù)，聚焦擴(kuò)散主導(dǎo)階段，確保擬合結(jié)果反映真實(shí)擴(kuò)散過程。（三）異常數(shù)據(jù)的識別準(zhǔn)則與科學(xué)剔除方法專家解讀01異常值識別采用格拉布斯準(zhǔn)則（置信度95%），當(dāng)測定值與平均值偏差超過2.58倍標(biāo)準(zhǔn)差時判定為異常。專家強(qiáng)調(diào)，異常值需先排查技術(shù)原因（如密封泄漏儀器故障），不可直接剔除。確認(rèn)為技術(shù)誤差的異常值，需重新測定，確保數(shù)據(jù)剔除的科學(xué)性，避免人為干擾結(jié)果。02測定結(jié)果的表達(dá)形式精度標(biāo)注及報告規(guī)范A結(jié)果以“擴(kuò)散系數(shù)D=XX×10-1?m2/s”表示，標(biāo)注測定溫度壓力及方法。精度標(biāo)注為±XX%，基于平行樣測定結(jié)果計算。報告需包含試樣信息儀器型號校準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)處理過程及結(jié)論，簽字蓋章后生效。標(biāo)準(zhǔn)格式確保報告的規(guī)范性與可追溯性，便于行業(yè)交流。B標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施如何落地？不同應(yīng)用場景下的操作細(xì)則及常見問題解決方案深度剖析實(shí)驗(yàn)室測定場景的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程與細(xì)則01實(shí)驗(yàn)室操作流程：試樣接收（核查信息）→預(yù)處理（干燥除雜）→制樣（加工尺寸）→封裝（密封性檢測）→儀器校準(zhǔn)→測定（控溫加壓）→數(shù)據(jù)處理→報告出具。細(xì)則包括：每環(huán)節(jié)雙人復(fù)核，關(guān)鍵參數(shù)記錄精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位，平行樣同步操作，確保流程標(biāo)準(zhǔn)化，減少人為誤差。02（二）現(xiàn)場快速測定場景的適配調(diào)整與精度保障現(xiàn)場測定需簡化流程，采用便攜式測定儀，預(yù)處理時間縮短至24h，采用簡化模型計算。適配調(diào)整：選用小型試樣（直徑10mm），控溫采用電加熱套，壓力采用手動加壓泵。精度保障措施：增加平行樣數(shù)量至5組，采用現(xiàn)場與實(shí)驗(yàn)室對比驗(yàn)證，誤差控制在15%以內(nèi)，滿足現(xiàn)場快速評價需求。12（三）標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施中的常見問題及針對性解決方案常見問題：試樣開裂（解決方案：制樣時降低切割速度，采用樹脂加固）數(shù)據(jù)重復(fù)性差（檢查密封與儀器校準(zhǔn)，更換老化密封圈）擬合相關(guān)系數(shù)低（延長數(shù)據(jù)采集時間，剔除初始異常點(diǎn)）。針對不同問題制定排查流程圖，提升問題解決效率，保障標(biāo)準(zhǔn)順利實(shí)施。12標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施效果的評估指標(biāo)與改進(jìn)優(yōu)化建議1評估指標(biāo)包括：實(shí)驗(yàn)室間數(shù)據(jù)偏差(≤10%為合格）測定效率（較實(shí)施前提升≥20%）開發(fā)方案適配性（依據(jù)測定結(jié)果調(diào)整后采收率提升≥3%）。專家建議：建立標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施反饋機(jī)制，收集行業(yè)問題；結(jié)合