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。     

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。     

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,...     

储层温度和压力对页岩气赋存形态影响

本文以四川盆地南方海相龙马溪组页岩为研究对象,考虑页岩中吸附相所占孔隙度,分析了不同储层温度和压力下对页岩储层赋存形态的影响,得出了页岩埋藏深度与吸附气、游离气和总页岩气。分析结果表明:页岩储层压力增大,页岩的吸附能力逐渐减弱,吸附气量增加趋势减小,吸附气占页岩气总储量的百分数降低;页岩游离气含量与储层压力之间存在正相关关系;在低储层压力阶段,岩气总储量随储层压力增加迅速增大,在高储层压力阶段,页岩气总储量随储层压力增加而增大;吸附是放热过程,储层温度越高,页岩储层对甲烷的吸附能力降低。随着储层温度增大,气体分子热运动加快,页岩的吸附能力减弱,吸附量降低;页岩埋深增加,储层压力和温度增大,吸附气量先增加而后降低,游离气线性增加,页岩气总储量先迅速增大而后逐渐趋于平缓。     

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。     

六盘山盆地页岩吸附气赋存条件及其影响因素

六盘山盆地具备一定的油气勘探条件。为了探索六盘山盆地页岩吸附气的赋存条件及其影响因素,通过建立吸附气模型等方法对盆地内GY1井白垩系马东山组泥页岩进行了研究。六盘山盆地白垩系泥页岩有机质含量偏低,最大甲烷吸附能力介于1.73~2.35 m³/t之间,均值为2.03 m³/t,具有较强的储气能力。泥页岩吸附能力随深度增加呈先增大后减小的趋势,存在一个深度拐点,在浅部压力起主要作用,而在深部温度起主要作用。泥页岩吸附气的赋存条件主要受6个方面的影响,其中有机质丰度、成熟度和湿度的影响并不显著,而矿物含量、微观物性和温度、压力是主要的影响因素。在外界地质条件适合的情况下,六盘山盆地页岩储层中的气体富集程度比较高,非常有利于页岩气的开发。     

泥页岩储层等温吸附测试异常探讨

页岩气与煤层气的等温吸附特征既有相似性,又存在较大差异。目前页岩气等温吸附测试仍沿用煤层气相关测试规范,没有针对页岩气的等温吸附实验仪器。泥页岩储层等温吸附实验中普遍存在等温吸附曲线异常的现象,因此对常见的泥页岩储层等温吸附曲线异常现象进行了归纳,分析了导致异常的原因,并提出相应的改进建议。研究结果表明,在高压段,地层条件下由于甲烷处于超临界状态,吸附态气体不发生液化凝聚,造成测试曲线明显偏离Langmuir等温吸附模型,且特征参数失真,因而基于凝聚机理的Langmuir等温吸附模型在高压段不再适用,但该异常可通过模型改进或实验数据校正来消除;在低压段,通常由于泥页岩储层的吸附气含量远小于煤层气,而测试仪器精度难以满足要求,或泥页岩储层粘土矿物含量较高,在预处理中与水发生反应而影响吸附特征,可尝试通过增加测试样品量、预处理后充分脱水等方法来减少异常现象的发生。     

页岩气成藏条件分析——以美国页岩气盆地为例

页岩气藏不同于常规气藏,页岩既是源岩也是储层,烃类气体主要以吸附状态赋存在干酪根和粘土颗粒的表面。气体可以是热成因、生物成因或混合成因。页岩含气量主要与有机质丰度、类型及演化程度有关。页岩的孔隙度与渗透率极低,需要裂缝来提高孔渗性能。一般情况下,页岩气藏需要人工压裂才能进行工业生产。大多数产气页岩具有分布范围广、层厚、普遍含气等特点,这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。     

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。     

四川盆地焦石坝地区页岩吸附特征室内实验

页岩含气量对页岩气田储量计算至关重要,直接关系到页岩气的产量、递减规律等。页岩气以游离气和吸附气形式赋存,有重量法等温吸附、容量法等温吸附、现场含气量测试等不同方法测试吸附气、游离气。通过测试页岩气降压解吸过程中气体体积变化来测量吸附气量,首次建立了同时测试页岩吸附气、游离气的方法。该方法采用柱状页岩岩心,模拟不同温度、压力、含水、真实孔隙结构等条件,消除了等温吸附曲线的负吸附异常;分析了有机质含量、压力、温度、含水、气体组成等因素对页岩吸附量的影响。实验结果表明,页岩的甲烷吸附量随压力增加而增加,压力大于12MPa后达到吸附/解吸动态平衡,吸附量不再增加;有机质含量TOC增加时吸附量增加;温度增加时吸附量降低;页岩含水后吸附量降低;甲烷吸附量高于氮气吸附量;焦石坝龙马溪组主力层页岩在温度20℃、压力30MPa下页岩气吸附气量介于1.8~3.1m~3/t之间,总含气量介于5.1~6.5m~3/t之间,吸附气占总气量40%左右。     

库车坳陷东北部侏罗系泥页岩吸附能力及影响因素分析

页岩气主要以吸附和游离状态赋存于泥页岩中,其中吸附气含量占页岩气总量的40%~85%,泥页岩的吸附能力在一定程度上决定了页岩气成藏规模的大小。为研究库车坳陷东北部侏罗系泥页岩的吸附能力和影响因素,对采集的岩心样品进行了X-射线衍射全岩矿物、微观孔隙结构和等温吸附等分析测试。结果显示:研究区侏罗系泥页岩最大吸附气量(VL)介于0.58~8.52m3/t之间,多小于2m3/t;Langmuir压力介于0.55~5.24MPa之间。分析表明:有机质是页岩气吸附的主要载体,其丰度是泥页岩吸附能力的直接控制因素;在有机质含量较低时,黏土矿物具有较强的吸附能力,是泥页岩吸附能力的主控因素。此时,微观孔隙结构对泥页岩吸附能力影响较大;不同类型的黏土矿物对吸附能力的影响不同,研究区伊/蒙混层吸附能力较强,对吸附能力影响较明显;最大吸附气量与比表面积、总孔体积具有良好的正相关关系;此外,湿度、压力等外部环境也对吸附能力有一定的影响。     

页岩气开采模拟实验方法研究

为提高对页岩气特有的赋存状态和产气规律的认识水平,利用自主研发的模拟实验装置,采用天然页岩储层岩心和甲烷气开展了气体流动能力、气井生产动态和全生命周期生产模拟实验。实验结果表明,研发的模拟实验装置和配套技术具有高压力、超长周期、多点测压等特点,能够较真实模拟页岩储层条件下的页岩气流动过程,初步揭示了扩散是主要的传质输运机理、页岩基质压力传播较慢、生产初期主要产出游离气、后期吸附气开始供给等页岩气的传质输运机理和衰竭开发规律,从而为页岩气开发技术政策制定提供了实验依据。     

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。     

变等温页岩吸附气体积计算模型

页岩气储层具有自生自储的特点,其吸附气体积是决定页岩气井开采价值和开采寿命的重要指标。受煤层吸附气体积计算公式KIM方程启发,结合实验室不同温度下的等温吸附数据,分析影响页岩吸附的因素。随着压力增加,页岩吸附气体积增加,总有机碳含量是制约页岩吸附能力的主要因素,不同压力下温度对页岩吸附的影响程度几乎相同,成熟度通过影响有机质孔隙结构对吸附气体积产生影响,水分与页岩吸附能力存在明显的负相关关系,黏土矿物对页岩的吸附影响很小。构建考虑温度、压力、总有机碳含量、成熟度、孔隙度、水分含量的页岩吸附气定量计算模型。对比模型计算的吸附气体积和实测等温吸附数据,发现两者具有较好的一致性。在对页岩气井进行处理时可通过地区经验和测井资料获取模型参数,实现吸附气体积的连续计算。     

渝西地区页岩储层微观孔隙结构对页岩气赋存影响

页岩储层特殊的矿物组分和复杂的孔隙结构,使页岩气在孔—缝系统中的赋存机制多样。深入认识页岩气在微观孔—缝系统中的赋存状态,有助于揭示页岩气赋存机制,丰富页岩气富集理论,优化页岩气开发工艺。围绕渝西地区龙一1亚段页岩储层微观孔隙结构及页岩气赋存机制,开展氩离子抛光扫描电镜、核磁共振、核磁冻融及柱塞样页岩样品不同含水（油）状态下的甲烷吸附核磁共振实验,分析微观孔隙结构特征及其对页岩气赋存的影响。结论认为：渝西地区吸附气主要受控于小于5 nm的油润湿孔隙,转化比约为45.81%;游离气主要受控于孔径大于110 nm的孔隙与微裂缝,转化比约为89.60%;5～110 nm有机孔和无机孔为吸附气与游离气的重要赋存空间,能够实现吸附气与游离气的有效转化,转化比约为78.81%,是开采过程中维持地层能量的主要来源。5～110 nm有机孔更发育的页岩气井,虽然初期产量不高,但稳产期较长,相同时间内的累积产量更高,有效地阐释了渝西地区页岩气井间的产量差异原因。     

页岩表面甲烷气吸附机理及影响因素研究

页岩表面甲烷气的吸附机理及影响因素研究对于准确预测页岩气藏的可采储量至关重要,为此利用MS软件,采用巨正则蒙特卡罗方法建立了页岩气在泥页岩地层中的吸附模型,对页岩气在地层中的存在状态进行了分子动力学模拟。分别用石墨代替有机质干酪根、二氧化硅晶体代替黏土矿物、甲烷气（CH4）代替页岩气,模拟了不同大小孔隙石墨和不同极性二氧化硅表面CH4的吸附过程,分析了吸附状态、吸附能等参数。分子模拟结果表明,CH4与二氧化硅表面的作用以库仑力为主,吸附能和吸附量随表面极性增强而降低;CH4与石墨表面的作用以范德华力为主,吸附体系总能量和吸附能均随孔隙直径增大而降低,因此CH4的吸附厚度和吸附态CH4的比例也随之减小。研究表明,有机质是CH4吸附的主要载体,石墨对CH4的吸附能力远大于二氧化硅,且CH4在石墨表面的吸附为多层的物理吸附,是影响页岩储层CH4储量的主要因素。      

页岩气赋存形式和初始原地气量（OGIP）预测技术

页岩气有利区或核心区评价的关键是确定页岩初始原地气量（OGIP)的空间分布,页岩气赋存形式介于致密砂岩气与煤层气之间,主要呈3种状态：孔隙中游离气、固体有机质吸附气、油和水中溶解气,温度和压力条件控制3种状态气体的量和相互转化。游离气量主控因素是页岩孔隙度和气体饱和度,吸附气量主控因素是有机质数量和有机质成熟度,溶解气量的主控因素是页岩中残留油的数量。提出了页岩气中游离气量、吸附气量和溶解气量的算法,并在油气系统模拟软件Trinity 3D中实现页岩气OGIP量空间分布计算,以Fort Worth盆地Barnett页岩为例展示了这一技术的实际应用。     

渗吸效应对页岩气赋存状态的影响规律

目前对于渗吸效应改变页岩气赋存状态的定量化认识尚未形成,对页岩储层中压裂液大量滞留所引起的气水动态置换规律也不明确。为此,开展了气水置换实验以模拟水力压裂后近井区域页岩含水状态的变化情况,借助于含氢流体低场核磁共振谱分析技术(1H-NMR)动态监测页岩储层中甲烷的赋存状态,并计算不同赋存状态下的甲烷气量,进而研究了渗吸效应对页岩气赋存状态的影响规律。研究结果表明:①页岩饱和甲烷的过程分为吸附主导阶段和孔隙填充阶段,吸附作用和压力梯度作用在页岩饱和甲烷的过程中同时发挥作用;②页岩饱和甲烷过程前期阶段优先饱和吸附气,游离态甲烷作为外部甲烷转换为吸附态甲烷的中间状态在页岩孔隙中赋存,吸附气达到饱和状态后,甲烷在压力梯度作用下填充页岩孔隙直至孔隙内外压力平衡;③渗吸效应使页岩发生气水置换作用,吸附态甲烷部分解吸为游离态甲烷,吸附气占比降低,渗吸时间达到80 h时吸附气占比由63.58%降低至45.87%,而游离气量增加使页岩孔隙压力升高,同时水分占据部分孔隙体积,压缩游离气赋存空间,部分游离气被排出页岩孔隙,储层含气性降低,页岩样品含气量由渗吸开始前的7.91 mL/g下降至7.34 mL/g...     

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。