页岩含气量现场测试技术研究

页岩含气量现场测试技术研究

高猛

高猛

山西省地质矿产研究院山西省太原市030001

摘要：页岩含气量是计算原地气量的关键参数，对含气性评价和资源储量预测均具有重要意义。目前页岩含气量测试方法有现场解吸法、等温吸附法和测井解释法。本文对页岩含气量现场测试技术进行分析。

关键词：页岩；含气量；测试技术

1页岩气与煤层气的异同点

页岩气是指位于暗色泥页岩层系中的天然气，以吸附在干酪根和黏土颗粒表面和游离在天然裂缝及粒间孔隙为主要赋存形式。通常情况下，在页岩气藏中，天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，甚至砂岩地层中，为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式。暗色页岩在中国分布广泛，页岩气资源丰富。无论在宏观上的成藏特征、多孔介质类型以及开采方法和技术方面，还是在微观的天然气赋存特征、基质孔隙尺度以及基质吸附气的解吸和流动特征方面，页岩气与煤层气都具有类似性，也有一定的区别，故页岩气的开发很大程度上借鉴于开发历史较早的煤层气开采经验。页岩气和煤层气的赋存方式都为吸附气、游离气、溶解气三类。对于页岩气来说，吸附气一般介于20%～85%，游离气介于25%～30%，溶解气一般小于0.1%；对于煤层气来说，吸附气一般介于80%～90%，游离气一般介于8%～12%，溶解气一般小于1%。页岩气和煤层气都属于双孔介质，同时具有基质和裂缝，因储层不同而存在一定的差异。页岩气藏的基质孔隙直径一般介于5～1000nm，而煤层气藏的基质孔隙直径一般介于0.4～2960nm，其渗透率都小于1×10-3mD，两者基质特征差别不大。页岩气藏的裂缝渗透率一般介于0.01～0.1mD，而煤层气藏的裂缝渗透率一般介于0.1～100mD之间。因此，煤储层的裂缝渗透率明显高于页岩储层，页岩气的开采难度也较大。

2页岩含气量测定方法

2.1解吸气量测定方法

解吸气量是指岩心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。直接测定含气量的解吸方式有自然解吸和快速解吸两种。自然解吸耗时长，测定过程中可通过适当提高解吸温度和连续观测，合理而有效地缩短测定周期。

2.2测井解释法

测井解释法通过现代测井技术手段能够很方便地获得岩石孔隙度、含气饱和度、有机碳等参数。测井解释法求取页岩含气量，就是通过页岩的物性参数获得页岩的游离气量，然后通过有机碳含量和吸附气的经验公式获得页岩的吸附气含量，页岩含气量为游离气和吸附气之和。不同测井曲线对于不同地层特征及含气性具有不同的测井响应，依据沉积背景，结合声波时差、地层电阻率曲线计算地层TOC随深度的变化关系。页岩的总有机碳含量与页岩对天然气的吸附能力之间存在正相关的线性关系。在相同压力下，页岩有机碳含量越高，甲烷吸附量越高。利用地化实验不同井、不同深度、同一目的层段的实测TOC和等温吸附气之间的配套关系，确定了不同目的层段吸附气含量与TOC关系的计算参数：Q吸附＝A×TOC＋B.

2.3等温吸附实验法

计算页岩吸附气含气量最常用的方法就是等温吸附法，与解吸实验是互逆的两个实验。目前，对页岩储层吸附特征的研究依然主要是借助煤层气的等温吸附实验仪器、测量方法和理论，来建立温度与吸附气量压力和吸附气量的关系模型。页岩气的勘探实践结果显示，页岩吸附气绝大多数服从于Langmuir等温吸附公式。实验进行的温度和压力对实验结果有一定影响，需要慎重选择，且等温吸附实验测得的是页岩的最大吸附气量，可能出现大于页岩实际含气量的情况，因此在实用等温吸附实验值时也需考虑实际情况，酌情使用。

2.4残余气量测定方法

残余气量是指解吸罐中终止解吸后仍残留在岩心中的气体。现有测试资料表明残余气的测试不存在问题，但是对于损失气量的计算，还存在一定的问题，尽管采取分段回归或者减小损失气量计算时间等校准措施，但是结果还是差强人意。因此有必要在研究页岩含气量特征的基础上，开展页岩含气量的测试方法与理论研究。

2.5主控因素拟合法

大量研究成果显示，有机质丰度、有机质成熟度、孔隙度、渗透率、矿物组成等地质因素均为页岩含气量主控因素，还会同时受到埋深、地层压力、地层温度等外部因素影响。通过对受控因素分析，建立其相关性，优选出主要影响因素，并建立页岩含气量与主控因素之间的定量模型，这种拟合计算的含气量间接获得方法，在具有一定勘探成果的研究区取得了良好的应用效果。需要指出的是，不同地区、不同岩性主要影响因素是不一样的，必须通过一定的前期研究对主控因素进行优选才能保证拟合公式的准确性。

3测试技术研究

3.1解吸罐改进

在进行解吸实验之前，实验人员一般会提前2h将解吸罐加热到泥浆循环温度，即一阶解吸温度，而岩心在入罐之前经历了储层温度、提钻时泥浆循环温度、井口暴露温度等温度过程，最终接近环境温度，岩心封罐后解吸罐内的气体会出现一段温度的变化期。温度变化必然带来罐内解吸气体积的变化，因而在解吸罐的内部加装了高精度的温度传感器，记录下罐内气体的温度。解吸过程中一阶解吸温度设定为泥浆循环温度42℃，解吸3h后升温至90℃，直到解吸终止。因此我们对页岩样品的现场含气量数据分2种情况进行计算，一是考虑罐温影响得到解吸气体积，二是不考虑罐温影响始终认为罐内气体温度为设定值。结果显示，未考虑罐温影响时解吸气体积明显偏高。用2种方法得到的解吸气量数据，分别拟合计算损失气量，考虑罐温影响时损失气量为0．981m3/t；未考虑罐温影响时损失气量为1．20m3/t，差异十分明显。因此，加装罐内温度传感器有利于提高含气量测试精度。

3.2建立建立页岩气含气量计算理论模型

钻井取心阶段储层压力难以确定，不能将岩心还原到原始储层压力状态。根据现有的吸附气和游离气分析方法，无法确定岩心预加压的压力，吸附气和游离气就无法与储层条件一致。研究发现，吸附气量在压力达到临界压力后随压力增长变化较小，可以视为常数，且为未知数；游离气量是储层压力和束缚水饱和度下单位质量岩石内的孔隙体积的函数，也是一个未知数。这２个未知数之和即为页岩真实含气量。因此可以建立一个二元一次方程，如果能找到２个定解条件，就可以分别计算出吸附气量和游离气量，从而得到页岩真实含气量。根据这个思路，以物质平衡原理为基础，建立页岩气含气量计算理论模型，通过超过吸附饱和压力的２次加压测试，结合数学模型可以得到吸附气量和含有压力未知数的游离气量计算式。在后期确定储层压力后，可以计算出游离气量，两者之和即为页岩含气量。

结语

综上所述，可以得知，目前人类对油气资源需求不断增长，非常规页岩气的开发应用备受全球关注。页岩气高效率的开发对国内外的理论研究和勘探实践工作具有重大意义，为将来的发展打下牢固的基础。页岩含气量是页岩气勘探开发研究的重要决定性参数之一，对含气量的准确获得一直是页岩气资源研究的重点和难点。经过综合分析得出：现场解吸法能够直接获得页岩中的实际含气量数值，是最为准确的方法之一，但其对仪器设备要求较高；各类间接计算法的应用有利于降低研究成本，但其准确程度受到数据量大小、研究者经验丰富程度等较多因素的影响，各类方法均有待完善。

参考文献：

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