考虑吸附作用的页岩气井生产数据分析方法

在页岩气开采过程中,随着地层压力的下降,页岩气会发生解吸作用,而常规气藏的生产数据分析并没有考虑气体吸附导致的偏差因子和综合弹性压缩系数的改变,因此用常规气藏分析方法很难得到准确的天然气地质储量（OGIP）.在langmuir等温吸附理论基础上,应用King（1990）和S.MOghadam（2009）方法对偏差因子进行了修正,并应用Bumb＆McKee（1986）方法对综合弹性压缩系数进行了修正,然后应用修正Palacio-Blasingame图版拟合方法、修正物质平衡方法（FMB）和修正Ibrahim＆Wattenbarger不稳定线性流方法等三种方法对页岩气井生产数据进行了分析并计算了OGIP.前两种方法主要应用的页岩气井晚期边界流控制的生产数据,后种方法应用的是页岩气井早期的不稳定线性流数据.把VBA和RAT软件作为基本工具,结合上面三种方法,分别计算了某页岩气井考虑吸附作用和不考虑吸附作用的OGIP（原始天然气储量）.实例计算表明,当分析页岩气井生产数据时,不考虑页岩气吸附作用将会低估OGIP.用上面三种方法计算得考虑气体吸附得到的OGIP比不考虑吸附得到的OGIP分别提高了13.22％、11.06％和4.89％.     

考虑多组分吸附的页岩气储量计算

页岩气藏是一种主要以游离态、吸附态和溶解态赋存于泥、页岩中自生自储的非常规气藏。由于页岩气存在吸附解吸等特性,常规气藏储量计算方法没有合理考虑吸附气和游离气相所占体积而导致计算的页岩气藏储量偏高。从页岩气藏储层特征及气体赋存形式的研究出发,研究多组分气体吸附情况下的页岩气藏地质储量计算方法。通过实例分析表明该方法更加符合页岩气藏实际,为合理评价页岩气藏的储量和开发方案提供了科学依据。     

欠饱和页岩气藏物质平衡方程及储量计算方法

针对页岩气藏特殊的储层特征及赋存状态,基于吸附气解吸原理,运用物质平衡理论、Ｂａｎｇｈａｍ 变形理论及Ｌａｎｇｍｕｉｒ 吸附模型,推导了欠饱和页岩气藏的物质平衡方程,并对物质平衡方程线性化,从而获得基于物质平衡方程的页岩气动态储量计算方法。研究表明：临界解吸压力对页岩气动态储量预测影响较大,考虑临界解吸压力页岩气动态储量比不考虑解吸压力动态储量低２％左右;临界解吸压力越小,储层欠饱和程度越高,吸附气含量越低,气藏动态储量越低;溶解气对动态储量影响相对较小,约占总储量的０. ０６％。     

修正岩石压缩系数的页岩气藏物质平衡方程及储量计算

由于页岩气藏孔隙度变化与常规气藏孔隙度变化不一样,受有效应力和基质收缩的耦合作用,前者使孔隙度减小,后者使孔隙度增加,因此建立页岩气藏物质平衡方程时必须考虑二者的综合作用。从物质平衡原理出发,运用Bangham固体变形理论、Langmuir等温吸附模型,推导出了修正岩石压缩系数的页岩气藏物质平衡方程,并对方程线性化,得到只含有原始游离气和原始吸附气的直线方程。代入实际生产数据,求得关于线性方程的数据点,并对数据点线性拟合,其拟合方程的斜率是原始游离气的含量,截距是原始吸附气的含量,两者相加求得页岩气藏的原始地质储量。实例分析表明,考虑基质收缩效应,使得页岩压缩系数前期不断减小,后期趋于稳定;由于压缩系数的改变,使得页岩气藏储层孔隙度的变化比常规气藏缓慢;通过对页岩气藏岩石压缩系数的修正以及实际生产数据点的线性拟合,求得页岩气藏中吸附气的含量增加,游离气的含量减少,页岩气藏总地质储量增大,且与实际储量更加接近。     

基于物质平衡修正的页岩气藏压裂水平井产量递减分析方法

基于压裂水平井非结构PEBI网格,引入尘气模型建立了综合考虑页岩气藏吸附/解吸、扩散和达西流的运移数学模型,结合控制体有限差分法和全隐式法推导了页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减数学模型,并考虑了页岩吸附/解吸作用修正Blasingame现代产量递减分析方法中的物质平衡拟时间,将该方法扩展到页岩气藏,计算获得了页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线。结果表明:与物质平衡修正后的产量递减曲线相比,修正前的页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减曲线值偏小,并且边界拟稳定流出现的时间更早,计算出的单井控制储量偏小;页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线可划分为早期裂缝线性流、早期径向流、复合线性流以及拟稳定流4个流动阶段;页岩吸附/解吸作用对产量递减典型曲线有显著影响,其中Langmuir压力对其影响是非线性的,而Langmuir体积对其影响为线性的。     

多组分和吸附对页岩气储量计算的影响

页岩气藏是1种非常规气藏,因其特殊性导致储量计算方法有别于常规气藏。为此,首先探讨了页岩气藏的特殊性,分析了计算页岩气储量的几种方法,在此基础上考虑多组分与吸附的影响,利用EL模型和IAS理论计算页岩气储量,并与不考虑组分和吸附时计算的储量进行对比。结果表明,多组分和吸附对页岩气储量计算影响较大,同时压力也是影响页岩气储量的重要因素。因此,两模型为页岩气的储量计算提供了依据。     

页岩气储量计算方法探讨

页岩气藏是一种非常规气藏,由于气藏特征的特殊性导致储量计算方法有别于常规气藏。首先探讨了页岩气藏的特殊性,其一是存储特征为形式上游离气和吸附气并存、空间上孔隙和裂缝同在;其二是产气机制主要为游离气的扩散和吸附气的解吸。在此基础上,总结了计算页岩气储量的方法,主要有类比法、容积法、压力/累计产量法、物质平衡法、递减曲线分析等,并讨论了各种方法的适用条件。同时,指出在页岩气储量计算中应特别重视孔隙度、裂缝、吸附气、含气饱和度等几个关键问题,并介绍了这些参数的确定方法。     

延安地区陆相页岩气动态储量计算方法研究

针对延安地区陆相页岩气储层压力低、吸附气含量高以及压恢测试难导致的动态储量预测难这一问题,在传统流动物质平衡法的基础上,运用油气渗流理论和油气藏工程方法,建立了适合延安地区陆相页岩气动态储量计算的流动物质平衡模型,并结合实际生产资料,评价了实际陆相页岩气井的动态储量。结果表明：1)传统流动物质平衡法忽略了天然气压缩系数(C_g)和黏度(μ_g)在生产过程中的变化,而这种变化在延安地区陆相页岩气低压、高吸附量的条件下极为显著;2)忽略页岩气降压过程中μ_gC_g的变化以及吸附气解吸效应,将导致预测的动态储量偏低;3)以延安地区某陆相页岩气井为例,利用建立的评价方法预测得到该井动态储量为2.2×10⁷ m³,比传统方法高10%;同时也表明该井所在的区域具有一定的开发前景。该研究对于延安地区陆相页岩气生产制度制定和产量预测具有重要的指导意义。     

考虑多因素的页岩气藏物质平衡方程

页岩气由游离气、吸附气及溶解气构成,吸附气中不只存在着甲烷,乙烷和丙烷等其他气体也是吸附气的一部分,因此在计算吸附气储量时,要考虑多组分吸附;同时干酪根中也溶解了大量的页岩气,在评价页岩气储量时不可忽略。考虑了裂缝游离气、吸附相孔隙度、吸附相体积、吸附气临界解吸压力及吸附气解吸导致的岩石基质收缩变形,修正了岩石压缩系数,并同时考虑了多组分吸附及溶解气,建立了一种新的页岩气藏物质平衡方程。通过实例分析发现,考虑多组分吸附计算的游离气储量基本不变,吸附气储量增加了0.308 1×108 m3,总储量增加了0.259 5×108 m3（相当于总储量的10.97%）,溶解气占据总储量的6.58%,考虑溶解气会使得游离气储量和吸附气储量占总储量的比例下降,但对页岩气藏总储量影响较小。为了能更准确地掌握页岩气藏动态储量,需同时考虑多组分吸附及溶解气。     

页岩气储量计算的新物质平衡方程

页岩气总孔隙体积分为自由气体体积、吸附气体体积和孤立的孔隙体积。在原始状态,气藏孔隙内的自由气和吸附气处于平衡状态。气藏投入开采,压力就会降低,从而打破这种平衡,气藏内部主要表现为游离气的扩散和吸附气的解吸。随着吸附气不断解吸,吸附气体积不断变小,游离气体积逐渐增大。在以往页岩气物质平衡方程推导中,没有考虑页岩气的吸附气占据体积对动态储量估算影响。在推导页岩气新物质平衡方程时,引入了吸附气视孔隙度,考虑了吸附气体积对页岩气物质平衡方程影响,使得该方法更符合实际情况。     

页岩气藏地质资源量、可采资源量和井控可采储量的确定方法

页岩气的主要成分为甲烷（占98.5%以上）,含少量和微量的乙烷、丙烷、氦气、氧气和二氧化碳气。页岩气藏是一种特殊的封闭性气藏,它的储集层由超致密的基质和微裂缝系统组成。基质中的天然气以饱和吸附状态储存于纳米（10-9m)到微米（10-6m)级的颗粒表面;微裂缝中的天然气以自由气状态存在于微裂缝之中,而且两者是一个压力平衡体系。由于页岩的密度较大,而裂缝的孔隙度很小,因此,吸附气为页岩气的主要储量。目前,由文献报导的评价页岩气资源量的方法是不正确的,所评价的结果也是不可靠的。提出了评价页岩气藏地质资源量的体积法、评价可采资源量的动态平衡法和评价井控可采储量的产量递减法。     

超临界CO2开发页岩气技术

页岩气藏具有低孔隙压力、低孔隙度、低渗透率和高含黏土等特点,开发难度较大。为了降低页岩气藏开发成本,提高页岩气经济技术可采储量,需要一种新的高效页岩气开发技术。通过分析页岩气成藏、页岩储层、页岩气和超临界CO2流体的特性,结合超临界CO2喷射破岩试验结果和CO2、CH4与岩层吸附特性可知:超临界CO2喷射钻井能够在页岩层中获得较高的机械钻速,同时不会使页岩层产生黏土膨胀、水锁等效应;利用超临界CO2流体进行储层压裂改造,能使储层产生更多微小裂缝,有助于页岩气生产,最重要的是CO2与页岩的吸附强度高于CH4,CO2能置换吸附在页岩上的CH4,在提高产量和生产速率的同时,实现CO2永久埋存。因此,超临界CO2开发页岩气无论从技术上和经济上均具有较大优势,将成为未来页岩气高效开发的新技术。      

考虑到吸附气所占空间的页岩气资源/储量计算方法

页岩气资源落实是中国未来天然气产量增长的最现实领域,页岩气资源/储量作为页岩气开发的基础,是页岩气开发方案编制、规划战略制定等的重要依据之一。现行页岩气资源/储量计算方法中普遍采用体积法计算吸附气储量和容积法计算游离气储量,但2种方法都没有考虑到吸附气和游离气共同储集在页岩微观孔隙中的情景,因此在游离气计算过程中应该扣除吸附气所占的孔隙体积。在页岩储层孔隙结构与页岩气赋存状态分析的基础上,建立了新的页岩孔隙与页岩气赋存状态模型和页岩气储层岩石物理模型,并进一步据此建立了符合页岩气储集特征的资源/储量计算的新方法。以四川盆地南部泸州海相和鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气评价井为例,对比了新方法与现行常规方法计算结果的差异性,现行方法高估了页岩气地质储量20%以上。与海相页岩相比,海陆过渡相页岩总孔隙度偏低,扣除吸附气所占孔隙空间,游离气含量占比仅为12%,游离气含量偏低成为单井产量偏低的原因之一。     

改进的页岩气藏物质平衡方程及储量计算方法

页岩气主要以吸附状态和游离状态两种形式赋存于发育大量天然微裂缝的页岩中。为此,分别考虑裂缝系统和基质系统的流体性质和储层性质,建立了考虑吸附相体积随地层压力变化的裂缝性页岩气藏物质平衡方程。实例计算结果表明：较之于改进后的物质平衡方程,King提出的物质平衡方程由于未考虑裂缝体系和吸附相体积,储量计算结果偏小;Williams提出的物质平衡方程未考虑裂缝体系,储量计算结果偏大;刘铁成提出的物质平衡方程未考虑吸附相体积,裂缝系统储量偏小;改进的物质平衡方程同时考虑了裂缝体系和吸附相体积两因素,当吸附相密度增大时,页岩气藏吸附气储量就增大,而总地质储量略有减小,而储层温度、压力、孔隙半径与吸附相密度的关系及最终对储量计算的影响还有待进一步研究。结论认为,考虑裂缝体系和吸附相体积对于页岩气藏物质平衡方程的建立和应用十分必要。     

页岩气勘探和开发进展综述

页岩气是指以吸附或游离状态聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中的一种非常规天然气,储集空间为有机质孔隙及矿物基质孔隙和裂缝,其来源有生物成因和热解成因 2 种,具有典型的自生自储特征。页岩气孔隙度（<10％）和渗透率（μD～nD）较低,需通过压裂（一般为水力压裂）来增强连通性,进而获得经济开发。页岩气在美国的成功开发展示了页岩气是基础地质和石油工程高度结合的典范。页岩气勘探程度低,技术不成熟,页岩气藏主控因素不清楚,成藏理论或模式有待深入研究,是当前我国页岩气发展面临的主要问题。     

页岩纳米孔隙气体流动的滑脱效应

页岩具有超低基质渗透率及纳米尺度的孔喉结构,天然气在页岩纳米孔隙中的流动不再遵循达西定律,受到较常规储层更加显著的滑脱效应影响,研究页岩纳米孔隙气体流动的滑脱效应,对于指导页岩气的压裂设计、产能预测、气藏数值模拟等都具有重要的意义。为此,在文献调研的基础上,分析对比了目前页岩中气体流动的多尺度流动规律,并着重分析了评价滑脱效应对气体在页岩中流动的影响规律,以及气体解吸对于页岩纳米孔隙滑脱效应的影响。结果表明:Klinkenberg方程无法准确地描述页岩的滑脱效应,孔隙尺寸越小,滑脱效应对于气体流动影响越大,且页岩受到滑脱效应影响的压力范围更大,这不仅仅局限于低压范围内,如果在页岩气产能预测与气藏数值模拟过程中,不考虑滑脱效应将会带来更大的计算偏差;有机质孔隙表面的气体吸附、解吸会改变气体的流动通道,对纳米孔隙中气体滑脱效应存在重要的影响;最后指出,多尺度流动效应和基于孔喉分布的应力—温度—流动耦合模型是页岩气储层渗流机理的下一步研究方向。     

页岩气和根缘气成藏特征及成藏机理对比研究

页岩气和根缘气是非常规天然气藏的重要类型。对比分析表明,这2类气藏在成藏条件、成藏特征、成藏方式上具有相似性,表现为储层低孔低渗、气藏邻近源岩、气藏面积大、丰度低、不依赖常规圈闭存在等。同时,这2类气藏在储集层岩性、保存条件等方面也存在着明显区别;分析认为,这2类气藏在成藏机理和成藏过程上既有明显的区别,也有着密切的联系。进一步结合具体地区分析,指出页岩气和根缘气藏在分布上具有一定的序列性。