预加压测试页岩含气量新方法

页岩含气量是页岩气藏储量计算的重要参数,对气藏评价和开发指标计算有重要意义。现场解吸是测试页岩含气量的主要方法,但由于损失气量占含气量的40%~80%,使传统方法的测试结果饱受质疑。结合国内外新的测试方法,提出了一种预加压测试页岩含气量的新方法,可以规避损失气量的计算,大幅度提高测试精度。在井场,将岩心置于高压罐内,用增压泵将甲烷注入岩心直至压力达到预定压力,在储层温度下,待压力稳定后解吸测试页岩含气量。该方法对于是否已知储层压力的不同情况,采取不同的测试流程。如果已知储层压力,预加压使岩心压力达到储层压力,解吸结果就是页岩含气量;如果储层压力未知,则可通过建立页岩含气量计算理论公式求解。测试流程为先对1个岩心开展超过吸附饱和压力的2次加压(压力均超过20 MPa)及解吸测试,然后利用理论公式和2次加压解吸结果,得到单位质量页岩内的吸附气量和任意压力下的游离气量计算公式。在后期测试出储层压力后,根据游离气计算公式,计算出该压力下的游离气量,游离气量与吸附气量之和即为页岩的含气量。     

甲烷在煤岩上的吸附研究

煤岩吸附（解吸）气体的类型主要属于物理吸附（解吸）,通常情况下,可采用Langmuir理论模型计算和评价煤层岩石的吸附（解吸）能力,本文研究煤岩吸附（解吸）甲烷就采用Langmuir理论模型,但这种方法评价煤层的含气量存在一定的缺陷,这是因为Langmuir方程基于恒温,只考虑压力变化对煤岩吸附（解吸）的影响。然而,研究深层煤层的天然气,这些煤层会处于高压和高温的环境中,在这种条件下,煤层的吸附能力不仅取决于煤层压力,还取决于地底煤层的温度。根据实验研究表明,平衡压力的增大对于煤岩吸附气体具有促进作用,而温度的升高会增加气体分子的热运动,使煤岩难以吸附气体,但利于煤岩解吸气体。     

中高煤阶煤储层吸附能力演化历史定量恢复——以鄂尔多斯盆地韩城地区为例

中国的中高煤阶含煤盆地均经历了多次沉降和抬升,开展地质时期煤储层吸附能力演化历史研究对于认识煤层气的富集和成藏具有重要意义。根据中高煤阶煤储层样品的高温高压吸附实验,建立了煤储层吸附能力演化历史分析方法,恢复了鄂尔多斯盆地韩城地区主力煤层的吸附演化过程。研究表明,中高煤阶煤储层的吸附量受多种因素控制,吸附量与压力、热演化程度呈正相关,与温度、水分、灰分和挥发分呈负相关关系。在数学分析的基础上建立了基于温度、压力和热演化程度三参数Langmuir扩展的吸附量预测模型。结合韩城地区埋藏史和热史,恢复了研究区主力煤储层吸附演化过程,指出韩城地区主力煤储层吸附量随地质历史时期大致经历了低吸附稳定阶段、吸附增加阶段和高吸附稳定阶段3个阶段演化过程。     

考虑多因素的页岩气吸附能力计算模型

为预测室内实验无法模拟的地层温度、压力条件下页岩储层的最大吸附量,以Ｌａｎｇｍｕｉｒ模型为基础,建立了同时考虑温度、压力以及镜质体反射率的多因素吸附能力计算模型。模型计算结果表明：随着深度增加,储层的温度和压力逐渐增加,页岩气最大吸附量呈先增大后减小的规律;相同深度下,镜质体反射率越大,吸附能力越大。该计算模型克服了常规等温模型存在的缺陷,可为页岩储层评价提供一定的指导。     

基于改进的BET多层吸附模型的深层页岩吸附气含量测井评价方法

含气量是页岩储层评价的一项关键指标,页岩含气量受温度-压力耦合影响,特别在地层压力较高情况下,准确预测页岩储层吸附气含量较为困难。针对深层页岩气储层高温高压环境下甲烷吸附特性,提出了改进的BET多层吸附模型,建立了一套深层页岩储层吸附气含量测井评价方法。应用该方法对川南深层页岩储层进行含气量评价,结果表明：利用改进的BET多层吸附模型计算的吸附气含量更符合实际地质情况,结合相应层段游离气含量,计算所得的页岩总含气量精度较高,且与现场保压取心获取的总含气量较为一致。基于改进的BET多层吸附模型的吸附气含量评价方法在川南深层页岩气区块具有较好的适应性,可为深层页岩地质甜点评价和资源潜力分析提供技术支撑。     

页岩—气体吸附特性曲线应用研究

页岩对气体的吸附能力评价是页岩气研究的基础工作,兰氏体积数据是评价页岩气体吸附能力的重要参数,但局限于兰氏体积的应用研究不能满足工作需要,现有数据的信息挖掘和应用还有较大的空间。页岩与气体构成的吸附体系,对气体的吸附能力、特性可以利用吸附势理论进行分析和描述。实验数据分析表明,页岩与不同气体构成不同的吸附体系,具有不同的吸附特性曲线,吸附特性曲线基本不受温度影响,可以用于等温吸附曲线的预测。以川东南五峰—龙马溪组优质页岩为例,进行了地层条件下页岩气体吸附能力的预测。预测结果显示,页岩样品地层条件下的吸附气量与兰氏体积存在较大差异,这种差异反映了温度和压力对页岩气体吸附能力的影响和控制作用,暗示地层条件下页岩吸附气量预测研究具有理论和实践意义。     

气藏多孔介质中组分吸附等温线的建立

根据吸附位势（位能）理论，利用Dubinin吸附势的定义，对于同一种类型的吠附剂（多孔介质），对不同吸附质在不同温度条件下测得的吸附实验数据，将其吸附量和吸附势相关联，拟合得到相应的回归方程。并利用拟合得到的回归方程，针对某个气藏（Case2)，在确定的平均气层岩心参数的条件下，建立该气藏在给定气层温度下所有组分的吸附等温线。此项研究工作将为开展多孔介质中吸附作用的各种研究（如吸附平衡相态模拟和油气藏数值模拟研究等）提供重要的基础数据和研究方法。     

基于吸附热理论的煤—甲烷高低温等温吸附线预测

以高/低温吸附仿真实验装置为依托,选取无烟煤、贫煤和气肥煤等煤阶的系列煤样,通过对高/低温环境(-30℃、20℃、-10℃、-20℃、30℃)煤的瓦斯吸附实验测试,研究不同温度环境煤对甲烷吸附特征曲线的形态特点,同时,采用吸附热理论对高/低温煤的瓦斯等温吸附线进行了预测,研究结果表明:不同变质程度煤的瓦斯吸附量都随温度降低而增大;不同煤质的等量吸附热与等温吸附量呈良好线性关系;利用等量吸附热预测的不同温度下煤的瓦斯等温吸附量与实验结果吻合,误差小于2%。该方法以已知少量等温吸附实验数据,能够准确预测不同温度和压力下煤的甲烷等温吸附能力,这将极大减少实验工作量,并为研究其他温度和压力条件下煤储层吸附性能提供重要依据。     

鄂尔多斯盆地深部煤层气吸附能力的影响因素及规律

煤层气等温吸附实验结果表明,煤层对甲烷的吸附能力主要受储层压力、温度的双重影响,过去的研究主要关注煤层气吸附量随埋深（压力）的增大而增大的变化趋势,而对深埋带来的温度升高导致煤层气吸附量减少则关注不够。为此,以鄂尔多斯盆地某深部煤层为例,进行煤层气高温、高压吸附实验,以研究其吸附量随埋深的变化趋势,从而指导煤层气资源评价与目标优选。结果表明：①等压条件下,煤层的甲烷吸附量随温度增高呈线性降低,高温、高压阶段温度增加引起的吸附量降低更为显著;②受温度和压力的综合作用,在较低温度、压力条件下压力对煤层吸附能力的影响大于温度的影响,在较高温度、压力条件下温度对煤吸附能力的影响大于压力的影响;③深部煤层气的吸附量随埋深增加呈快速增大、缓慢增大、逐步减小的变化趋势,最大吸附量深度为900～1 600 m。该认识有别于过去认为随深度增大煤层吸附量持续升高的传统观点。     

储层条件下龙马溪组全直径页岩吸附实验

为了更加真实地反映储层条件下页岩的吸附特征,采用容量法原理建立了全直径页岩吸附实验流程,并在储层条件下开展了涪陵龙马溪组全直径页岩等温吸附实验。实验最高平衡压力达到原始储层压力。通过引入吸附相密度建立了三参数吸附模型,采用该模型对实验数据进行拟合,并获得了吸附特征参数,进而得到了吸附相体积及实际自由空间体积随压力的变化特征。研究认为,吸附实验曲线在高压下出现"下掉"现象,是由于计算吸附量时未考虑吸附相对自由空间体积的影响。现有煤页岩标准不能很好地应用于全直径页岩吸附平衡判断,建议尽快建立针对块状/全直径页岩吸附平衡的实验判定标准或规范。     

页岩等温吸附曲线SLD-PR模拟方法及应用

页岩气主要由吸附气和游离气组成,吸附气体的含量直接影响页岩气藏的地质储量和页岩气井的产量。为了准确得到页岩的吸附气含量,以川南地区龙马溪组页岩为研究对象,设计了实验测量了温度在25～45 ℃,压力在0～8 MPa范围内页岩吸附甲烷的等温吸附曲线,发现页岩的吸附气量随着温度的升高而减少。通过简化局部密度函数（SLD-PR）理论计算了不同温度下页岩的等温吸附曲线并且与实验结果作对比,结果表明该方法可以用来计算页岩等温吸附曲线。利用SLD-PR方法预测了页岩气藏储层温度和压力条件下等温吸附曲线,弥补了高温高压下实验测量页岩等温吸附曲线误差大的不足。同时对比了利用SLD-PR方法和Langmuir方法计算的吸附气量,发现利用Langmuir方程计算得到的吸附气含量偏大,利用SLD-PR方法计算得到的页岩吸附气含量更加可靠。     

页岩中基于孔隙度和有机碳含量的甲烷吸附量计算

根据四川盆地页岩气勘探开发经验,页岩气在地下的赋存状态为吸附态和游离态,以及少量溶解态,其中游离态的含量可达20%~85%。因此,研究地层高压条件下页岩中甲烷吸附特征对页岩储层的准确评价以及储量预测具有重要意义。以四川地区页岩气储层为对象进行等温吸附实验,分析实验结果后发现,甲烷在页岩孔隙中随压力增加其吸附量逐渐增加,但吸附量的增加率呈逐渐下降的特性。通过分析常用吸附量计算模型,发现甲烷在页岩中的吸附量受孔隙度和有机碳含量的影响。通过与实验结果的拟合,引入由孔隙度与有机碳含量决定的计算因数,进而得到新的等温吸附量计算方法,平均相对误差为8%左右。该研究对简化页岩吸附量计算方法,准确预测页岩层储量具有重要意义。      

澳大利亚博文盆地薄煤层含气量测井评价方法及应用

以澳大利亚博文盆地为例,利用煤组的地质、测井及大量煤心实验分析数据,开展薄煤层含气量预测模型参数优选,采用回归分析法、等温吸附法及等温吸附校正法,分析含气量与固定碳、地层温度、压力、埋深及测井曲线之间的关系,建立了3个含气量评价模型,并进行了精细误差分析和方法优选。结果表明,光电吸收截面指数、补偿密度测井曲线和受围岩岩性影响小的地层温度、压力、埋深等属性参数适用于薄层测井解释,在薄煤层含气量评价中应用效果好。基于上述参数建立的3种评价模型中,等温吸附校正法含气量预测值与实测值吻合度高,适用于薄煤、泥、砂互层的地层特征;回归分析法可作为辅助模型用于验证未校正的等温吸附法在含气量大于20m3/t时误差较大,具有局限性。     

不同煤级煤对二元混合气体的吸附研究

通过长焰煤、焦煤和无烟煤对CH₄,N₂,CO₂单组分和6种不同配比浓度(80%CH₄+20%CO₂,50%CH₄+50%CO₂,20%CH₄+80%CO₂,80%CH₄+20%N₂,50%CH₄+50%N₂和20%CH₄+80%N₂)二元混合气的等温吸附实验研究,探讨了3种不同煤级煤对单组分气体和不同配比二元混合气体的吸附特征。结合煤层气勘探试验井的实测气含量、储层压力等资料,对纯甲烷气体和二元混合气体等温吸附实验结果进行了实例分析,解释了实际生产中出现的含气饱和度出现过饱和达110%的异常现象,认为根据不同地区、不同组分的煤层气,配制与其相同的混合气来进行吸附实验,才能提供更接近实际情况的吸附参数和吸附等温曲线。      

页岩含气量计算新方法

通过分析常规页岩含气量测试所面临的问题,从页岩含气量本质入手,提出了利用绝对吸附量计算含气量的可行性方法。通过假设吸附相体积与比表面积间的关系及孔隙中密度分布最小值与体相密度之间随着压力的变化关系,提出了页岩含气量计算的新方法,并借助简化局部密度函数理论和页岩实测等温吸附曲线实现了页岩含气量的计算。研究发现:简化局部密度函数理论可以精确拟合页岩等温吸附曲线,说明该理论可以有效地描述页岩的吸附特性;利用简化局部密度函数理论及页岩等温吸附曲线可实现页岩含气量的计算,该方法的优势在于基本上能够还原储层温度、压力下气体在页岩中的原始赋存状态。     

页岩气超临界吸附的Dubibin-Astakhov改进模型

甲烷在页岩上的吸附属于物理吸附,且属于超临界吸附。利用Gibbs公式将过剩吸附量转换为绝对吸附量,将Dubibin-Astakhov(D-A)吸附模型和吸附特征曲线结合,研究了页岩中超临界甲烷的吸附机理。研究结果表明:D-A方程不能直接应用于页岩中甲烷吸附机理的研究,因为其得到的吸附特征能是温度的函数,与吸附势理论相违背;D-A吸附模型和吸附特征曲线结合,推导出了改进的D-A吸附模型,其中虚拟饱和蒸汽压的计算采用改进的Dubinin公式,同时利用提出的改进Amankwah方法求取最优k值;改进的D-A吸附模型能够预测页岩中甲烷的吸附等温线,且其精度较高,能够预测页岩储层不同温度、压力下甲烷在页岩中的吸附量,并可以用于页岩气资源评价。     

页岩气藏吸附特征及其对产能的影响

页岩气藏中部分气体以吸附态存在,且受页岩性质和储集层条件的影响,吸附气约占总含气量的20%~85%.页岩吸附能力与有机质含量、矿物成分、储集层温度、压力和孔隙结构等因素有关。针对页岩气等温吸附特征（吸附曲线形状、Langmuir体积、Langmuir压力）,采用数值模拟方法,分析了吸附气对页岩气井产能的影响。结果表明,等温吸附曲线越接近于线性,Langmuir压力越高,吸附气解吸越容易,气井产出量越高;Langmuir体积越大,或者气藏中吸附气含量占气体储量的比例越高,页岩气井产能相对降低。     

Coalbed methane genesis, occurrence and accumulation in China

Coalbed methane (CBM) is an important type of unconventional gas. Commercial development of CBM in America has been very successful since the 1980s. The CBM industry in Australia and Canada has developed rapidly during the last decade. Commercial development of CBM in China started in the 1990s, and has made great progress. The geological theory of CBM in China has achieved great advancement in genesis, occurrence and accumulation. On the aspect of CBM genesis, five CBM genetic types (primary biogenic gas, secondary biogenic gas, thermal degradation gas, pyrolysis gas and mixed gas) are identified by studying the geochemical characteristics of CBM, and a tracing indicator system is established. The discovery of secondary biogenic gas in medium-high rank coal reservoirs has widened the potential of CBM resources. On the aspect of CBM occurrence, the gas adsorption regulation under combined action of temperature and pressure is revealed by conducting adsorption experiments of different coal ranks under varying temperature and pressure conditions. Besides, by applying the adsorption potential theory in CBM research, the adsorption model under combined action of temperature and pressure is established. The new model can predict CBM resources accurately, and overcome the limitation of the traditional Langmuir model which uses just a single factor to describe the adsorption characteristics of deep buried coal. On the aspect of CBM accumulation, it is proposed that there are three evolutionary stages during CBM accumulation, including gas generation and adsorption, unsaturated gas adsorption, gas desorption-diffusion and preservation. Controlled by tectonic evolution, hydrodynamics and sealing conditions, CBM tends to be regionally enriched in synclines. Advances in geological theory of CBM in China can not only improve understanding of natural gas, but also provide new ideas for further exploration of CBM.     

考虑页岩多重吸附机制的超临界甲烷等温吸附模型

页岩中的超临界甲烷等温吸附模型研究对于页岩气藏储量评估、生产动态预测和开发方案编制等具有重要意义。以超临界甲烷等温吸附理论和分子动力学模拟结果为依据,考虑不同尺度空间中吸附机制差异,以Dubinin-Astakhov(DA)微孔充填模型表征微孔中的甲烷分子吸附,以Brunauer-Emmett-Teller(BET)多分子层吸附模型表征中孔和大孔中的甲烷分子吸附,建立了DA-BET超临界甲烷等温吸附模型。在此基础上,结合高温高压实验数据分析了模型拟合方法和拟合效果,讨论了不同吸附机制对页岩中超临界甲烷等温吸附的贡献。研究结果表明:DA-BET超临界甲烷等温吸附模型可以高精度地拟合实验数据,计算出的吸附特征曲线满足唯一性,并且可以利用该模型预测高温条件下页岩吸附甲烷的能力;在低压阶段,甲烷分子以微孔充填吸附为主;温度、压力显著影响不同吸附机制对总吸附量的贡献,温度越低、压力越高,微孔充填吸附量对总吸附量的贡献越小。