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。     

考虑过剩吸附量修正的页岩气超临界吸附模型

页岩储层的温度、压力高于气体的临界温度和临界压力,气体在页岩上的吸附属于超临界吸附。针对常规吸附模型(R-L、LRC、E-L、E-F)计算得到的绝对吸附量,不能更精确的表征等温吸附实验得到的过剩吸附量问题,引入过剩吸附量对常规多组分吸附模型进行修正。采用非线性拟合的方法得到拟合参数,利用相对误差分析常规吸附模型和超临界吸附模型的拟合效果,研究超临界吸附模型描述页岩气吸附规律的适用性。研究结果表明:各个修正后的吸附模型拟合效果均优于修正前。修正的R-L吸附模型和修正的E-L吸附模型能较好用于描述两组分的超临界吸附特征;修正的E-L吸附模型可以更好地描述页岩气的超临界吸附特征。此次研究为准确、快速预测页岩气藏超临界吸附特征提供了重要的参考。     

页岩气煤层气典型气体吸附模型分析

对大量实验数据描绘出的气体吸附等温线分析认为,Langmuir方程形式简单,可以计算气体的吸附气量,但是对固体表面均一性的假设和单分子层吸附使其应用局限;BET方程是计算比表面积的常用模型,但同样需假设固体表面均一性;BJH模型较好地反映毛细凝聚现象和滞后环,但由于毛细凝聚只能在中孔中出现,不能解释存在微孔的样品;DR/DA方程只能在地压条件下对微孔吸附进行描述。     

页岩气吸附模型对比分析与应用

页岩气等温吸附数学模型的建立对于计算页岩气吸附量具有重要意义,常用的理论吸附模型有分子层吸附模型、微孔充填模型、SLD吸附模型及Ono-Kondo吸附模型。各理论模型都具有一定的应用条件,能否直接用于描述致密页岩储层下超临界吸附过程还有待深入探讨。通过归纳总结目前已有的页岩气吸附模型,结合模型适用条件与页岩气吸附特征,先后对比分析了19种单组分页岩气等温吸附数学模型,讨论了各模型的优势与不足。认为分子层模型多无法描述页岩气超临界吸附特征,而基于分子势能所建立的吸附模型恰能弥补这一不足,但需完善模型在高温高压下的适用性论证。同时,为确保页岩气等温吸附模型的可靠性,应依据页岩储层实际情况进一步完善等温吸附实验条件及吸附模型。     

页岩气储层有机质成熟度测试方法适用性研究

中国页岩气储层类型多、有机质成熟度相差大,选择适宜的有机质成熟度测试方法,对页岩气储层评价具有重要意义。通过调查中国页岩气储层类型、有机质类型与成熟度特征,分析成熟度测试指标适用性,研究不同储层与测试方法的优化匹配性。结果表明:中国发育海相、海陆过渡相—陆相煤系及湖相(陆相)页岩气储层,Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型等有机质类型,具有低成熟、中等成熟度、高成熟度及过成熟等特征。成熟度评价应选择能够指示页岩气储层内部结构与本质信息的指标进行测定。南方地区缺乏镜质组且成熟度较高的陡山沱组、筇竹寺组、龙马溪组等海相页岩气储层,首选激光拉曼光谱参数测试成熟度,并采用沥青质体反射率的测试与换算进行辅助测试;龙潭组、须家河组海陆过渡相—陆相煤系储层及自流井组湖相储层首选镜质组反射率方法。北部地区下古生界海相储层首选沥青质反射率;上古生界海陆过渡相储层首选镜质组反射率指标;高成熟度煤系储层还可结合激光拉曼光谱辅助测试;中生界—新生界湖相储层首选镜质组反射率指标。西部地区海陆过渡相及湖相储层首选镜质组反射率方法;下古生界海相储层首选镜状体反射率测试,中生界海相储层首选镜质组反射率测试。     

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。     

页岩气吸附机理研究现状分析

关于页岩气的主要赋存状态以及吸附气在页岩气藏储量中所占的比例,目前研究观点尚未统一,存在一定的争议。本文对近年页岩气生产现状、吸附与解吸、页岩含气量测定实验以及影响页岩吸附能力的因素等方面进行调研,归纳出页岩气属于吸附气观点的理论与实验依据。研究认为,页岩中吸附气的含量受多方面因素的影响。目前普遍使用的Langmuir等温吸附模型,并不能准确适用于高压条件下对页岩气的吸附实验,需要深入吸附理论的研究。     

新型促页岩气解吸附体系研究

页岩气的赋存方式以吸附态为主,若提高页岩气井的产量,则须使吸附态的页岩气从页岩内表面解吸附变为游离态。升高温度和注入ＣＯ２ 均可提高页岩气的解吸率,为尽可能提高页岩层内吸附气的采收率,首次将２ 种促解吸方法结合在一起,开发出自生热自生ＣＯ２ 体系,并对该体系进行了反应物加量优化、腐蚀性和促解吸效果的评价。结果表明,该体系能够产生大量的热和ＣＯ２ 气体,二者对于提高页岩气解吸率都有良好的效果。     

页岩气与煤层气吸附特征对比实验研究

煤层气的吸附特征决定了煤层气的开采特征,对比分析煤层气和页岩气的吸附特征对页岩气的开采具有重要的指导作用。通过页岩和煤层的等温吸附实验分别分析了不同温度下煤层和页岩的吸附特征,页岩有机质含量和有机质成熟度对页岩吸附的影响,以及不同煤阶等温吸附特征。研究表明随着温度的升高,页岩和煤层对甲烷的吸附量呈下降趋势,但是温度对页岩的吸附影响比煤层对甲烷吸附的影响更加明显;随着R_O值的逐渐增大,煤层的P_L值逐渐减小,V_L值逐渐增加,页岩的P_L值和V_L值都逐渐减小;随着煤有机质含量的增加,煤层的P_L值逐渐增加,V_L值逐渐减小。随着页岩有机质含量的增高,页岩的P_L值和V_L值都逐渐增大;煤层对甲烷的最大吸附量比页岩多,采用降压解吸的方式对煤层吸附特征影响较大,但是对页岩气的吸附特征影响较小。     

基于重量法的页岩气高压等温吸附研究

基于重量法等温吸附仪,开展了页岩气的高压等温吸附测试。实验结果表明,低压下页岩气吸附特征符合Langmuir模型,在实验压力超过10~12 MPa后,页岩吸附表现出了明显的过剩吸附。高压下,样品桶体积以指数形式逐渐降低,这与高压下样品桶的压缩性有关。页岩样品的体积则呈指数形式增加,并在较小的压力范围内趋于平衡,这与页岩对氦气的微量吸附有关。基于最大过剩吸附后页岩过剩吸附量与气相甲烷密度拟合得到的吸附相甲烷密度在不同最大测试压力下呈现动态变化,以最大过剩吸附量后连续2个压力点测得的过剩吸附量与气相甲烷密度拟合获得的吸附相甲烷密度,最接近页岩表面吸附平衡时吸附相甲烷密度。综合考虑样品桶体积、样品体积及最大过剩吸附前后吸附相甲烷体积的动态变化,能够对页岩气绝对吸附量进行准确校正,实现页岩高压等温吸附特征的精细描述,且页岩高压绝对吸附特征符合Langmuir吸附模型。     

涪陵焦石坝地区页岩气吸附规律研究

为研究礁石坝页岩气在产层超临界条件下的吸附规律,利用页岩气等温吸附仪,以礁石坝露头页岩及产层页岩为吸附剂,以甲烷气模拟页岩气作吸附质,测试了不同温度(60℃、70℃、80℃)时,甲烷气吸附量随其压力(2~30 MPa)的变化规律。以过剩吸附量修正亚临界吸附模型(Langmuir、Freundlich、Expand-Langmuir,Langmuir-Freundlich,Toth,B-BET,T-BET,D-R,D-A)为超临界吸附模型,并利用相关系数法优选甲烷气超临界等温吸附最佳模型,阐述了页岩气吸附特征及温度、页岩类型对超临界吸附量的影响。实验结果显示,超临界条件下(温度:60℃~80℃、压力2~30 MPa),产层及露头页岩对甲烷气吸附规律均可用超临界D-A方程进行描述,在实验温度范围60℃~80℃,甲烷气在页岩上的超临界饱和吸附量随温度增高而下降,随页岩中黏土、斜长石含量升高而增大。可知,采用超临界D-A模型描述涪陵礁石坝地区页岩气吸附规律具有较好的准确性。     

考虑解吸—吸附的页岩气藏压裂水平井综合渗流模型

目前压裂水平井作为页岩气藏的主要开发模式,由于页岩气藏渗流模式在发育良好的天然裂缝以及纳米级孔隙基础上衍生的极为复杂,准确建立渗流数学模型以及对其求解和应用于现场开发生产有着重要的意义。基于三线性渗流理论,考虑解吸—吸附项重新建立页岩气藏压裂水平井产能模型,借助拟压力与无因次量及拉普拉斯变换等数学方法推导出井底压力公式,并通过无因次产量和无因次井底拟压力的关系运用数值反演推导得到页岩气水平井产量计算公式,最后运用公式对气井生产的影响因素进行分析并验证单井产能递减规律。结果表明,推导出的公式能够准确计算和预测页岩气藏产量变化及产能递减规律,同时也能提供压裂设计工艺参数对应的优化分析条件。     

页岩气储层吸附气含量的影响因素研究

吸附量是衡量页岩气含气量的重要标志之一,同时也是计算页岩气储量和生产能力的主要参数。因为页岩气的地质储层有着比较特殊的地方,这就会造成影响页岩气吸附量的制约条件更多一些。通过分析相关地质资料能够得出,页岩储层的有机化学质和岩石的特征是直接影响吸附量的主要因素。本文通过对页岩气的吸附与解吸方面能力的研究,为相关的分析提供一些参考。     

页岩气超临界吸附实验数据处理新方法

吸附是页岩气的主要赋存形式之一,页岩吸附气量的测试及评价对页岩气藏储量评估和生产开发具有重要意义。本文基于体积法测试气体吸附量的基本原理,推导了页岩气超临界吸附实验数据校正方法,通过对比校正前后吸附量偏差,深入分析了页岩气超临界等温吸附曲线特征。     

页岩气吸附特征及影响因素

对页岩气吸附的基本特点及近年来页岩气吸附的研究进展进行了总结;介绍了影响页岩气吸附的影响因素以及页岩气吸附研究所取得的成果;提出了页岩气吸附研究中存在的问题;根据页岩气吸附的基本特点,基于页岩气吸附研究现状,对页岩气吸附研究进行了展望,并强调页岩气吸附的热力学、动力学模型以及微观角度研究等将是今后页岩气吸附研究的重点。     

高压下页岩气吸附量计算新方法

体积法和重量法是页岩气吸附实验的两种重要方法,相比基于MSB磁悬浮测量的重量法,体积法的实验仪器结构和原理简单,造价也低,是目前中国进行页岩气吸附实验评价的主要手段。然而,体积法的最大问题在于气体压缩因子计算不准确,尤其在高压下,利用该方法对实验数据进行吸附量计算时会产生较大误差。针对体积法在高压下的不适应性,采用编程计算7种复杂气体状态方程压缩因子,并将计算结果与美国NIST数据库中Chemistry部分计算的甲烷压缩因子进行对比,结果表明:Setzmann方程不论在高压还是低压下气体压缩因子的计算精度均较高,解决了体积法在高压下的不适应性;应用改进前后的体积法分别对实际页岩气等温吸附实验数据进行解释,当平衡压力超过5 MPa时,两者计算吸附量差异随平衡压力增大而增大,平衡压力为30 MPa左右的极限吸附量相差0.426 5 mL/g,可见气体压缩因子计算精度的重要性;应用吸附理论模型对实验测得页岩气吸附等温线进行拟合,发现Toth吸附模型拟合精度最高。     

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。     

石墨狭缝吸附页岩气的分子模拟

为了深入了解页岩储层中有机质层状孔隙对甲烷的微观吸附机理,利用分子模拟软件构建了石墨狭缝模型来表征有机质层状孔隙,并运用巨正则蒙特卡罗、分子力学及分子动力学等方法模拟了扬子板块早古生代页岩储层在埋深为2～4 km 的条件下,石墨狭缝对甲烷的吸附性能。结果表明：石墨狭缝对甲烷的吸附是物理吸附;随温度和压力的增加,其吸附量呈现出先急剧增加后缓慢增加再减小的趋势;当页岩气藏埋深为2～4 km 时,页岩储层中有机质层状孔隙对甲烷的吸附量缓慢增加,并且在埋深为4 km 时达到最大,因此4 km 为页岩气最优埋深;甲烷沿石墨狭缝壁法线方向出现明显的吸附分层现象,其相对密度呈对称分布的趋势,而且随埋深的增加而有所减小;甲烷的自扩散系数随埋深的增加而增大,与吸附热及吸附量的变化原因一致。     

页岩气超临界吸附与解吸附特性及影响因素

为加强页岩气吸附与解吸附规律及其吸附方法研究,在调研国内外相关文献基础上,概括了现有页岩气的吸附与解吸附实验研究方法,并首次着重对超临界状态页岩气吸附与解吸附规律及影响因素进行了归纳总结。研究成果可为页岩气高效开发与后期稳产提供技术支持。     

页岩气多重复合模型流动规律研究

气体在页岩储层中运移受解吸、扩散及渗流多种机制共同作用,同时也受储层的应力敏感效应等因素影响。综合考虑解吸、扩散及应力敏感效应,基于线性流模型,构建了符合页岩储层改造特点及流体渗流特征的分段压裂水平井多重复合流动模型。利用Laplace变换和Stehfest数值反演,得到封闭边界定产量下无因次井底拟压力和无因次产量半解析解。研究了页岩气在基质-微裂缝-压裂缝多重孔隙介质的复合流动,认识流体特性参数与压裂缝网参数对产气量的影响规律,并利用北美页岩气井生产数据进行拟合,验证了模型可靠性。研究结果表明：吸附气的解吸扩散使井底压力响应曲线出现明显“下凹”阶段;解吸系数增大,解吸气量越大,气井日产气量越高;窜流系数越大,基质与裂缝间的流体交换时间越早,但持续时间越短;压裂改造体积大,储层流体流动性强,但存在最优值;对比拟合结果,考虑改造带宽有限性更符合矿场实际。研究结果旨在为页岩储层分段压裂水平井多重复合流动规律研究提供理论基础。