页岩含气量的影响因素分析及含气量测试方法

北美页岩气的商业开发,掀起了全球勘探页岩气的热情,我国页岩广泛分布,资源潜力巨大。页岩气主要以游离态和吸附态存在于富有机质页岩中,含气量研究是页岩气资源评价的重要参数。总结国内外页岩气勘探开发研究成果,认为页岩气含气量的影响因素主要有有机质丰度和成熟度、孔隙结构和孔隙体积、矿物含量、裂缝发育程度、地层温度和压力,它们对含气量的影响主要体现在,有机质丰度和含气量正相关,成熟度越高,含气性越好;微孔比例越大,吸附性能越好;黏土矿物控制吸附气含量;微裂缝发育有助于吸附气的解吸,裂缝规模发育过大将破坏泥页岩的封闭性,不利于气体的储存;吸附气随压力的增加而加大,温度升高,吸附气量将成倍下降。并分析了目前页岩气含气量的测试方法,对比总结了各种测试方法的利弊。     

3型天然气水合物保压取心装置

介绍了 3型天然气水合物保压取心装置的结构、工作原理、主要技术参数及其在Site 5 33的使用情况     

适用于海底钻机的保压绳索取心钻具设计

以维持保压钻具内天然气水合物稳定性为研究目的,针对现有大口径保压钻具存在钻孔直径大、岩心样品直径小、钻具结构复杂、钻具质量重从而不适用于海底钻机使用工况要求的实际问题,对保压钻具的结构重新进行设计并进行了室内保压试验。结果表明:该小口径薄壁保压钻具的尺寸合理、结构紧凑,能够满足海底钻机使用工况要求;室内保压试验表明当压力维持在10 MPa以下的压力值时,6 h以内压力下降15%左右;而当压力维持在10~30 MPa之间的压力值时,6 h以内压力下降10%。该保压钻具在上述压力区间内使用满足设计和使用要求。     

深部煤层原位保压保瓦斯取心技术装备及初步应用

深部煤层瓦斯含量精准测定是矿井瓦斯灾害防治和煤层气高效开发利用的基本前提。煤层传统取心技术普遍采用开放式取心,需利用估算方法获得煤层取心过程中的瓦斯损失量,难以保证煤层瓦斯原位参数的准确性和有效性。基于“原位保真取心”学术思想,开发了深部煤层原位保压保瓦斯取心技术,研制了深部煤矿原位保压保瓦斯取心器,并基于三维数值仿真对取心器外管、保压舱体结构与关键薄弱部件进行了强度校核。同时,依托自主研发的保压取心实验室模拟测试平台,测定并分析了保压控制器的保压能力,通过煤矿现场试验验证了取心器的可靠性。研究结果表明：自主研制的取心器具有保压能力强、保压时间长、防扰动性能稳定等优势;取心器在内部流体压力20 MPa和1 000 N·m扭矩作用下等效应力为121.1 MPa,远小于材料屈服强度,满足强度设计要求;取心器在20 MPa荷载作用下等效应力为63.9 MPa,满足强度设计要求;取心器整体在19.4 MPa压力条件内可持续稳定运行,可以满足大部分深部煤矿瓦斯测试需求;现场测试表明保压保瓦斯取心器的保压控制器闭合情况良好,现场取心率达100%。研究成果可为深部煤层瓦斯含量精准测定奠定理论、技术和...     

TKP194-80型密闭保压取心工具的研制与应用

密闭保压取心是一种能够保持或接近地层压力的特殊取心技术,可使岩心中流体、气体保持在原始状态。这种技术对于正确认识地质情况、计算油田可采储量、分析页岩气藏和煤层气藏机理,制定勘探开发方案有着十分重要的意义。研制TKP194-80型密闭保压取心工具,采用大通径高压球阀密封、密闭液封堵、液压差动、活塞压力补偿等关键技术,配有岩心冷冻、切割、集气等岩心后处理工艺,钻头外径215 mm,保压能力50 MPa,岩心直径80 mm。在山西晋中某煤层气资源地质探井开展保压取心应用,共进行保压取心8筒,总进尺37.51 m,岩心采取率84.4%,保压成功率87.5%。研究结果表明,该取心工具保压性能可靠,技术方案可行,可为常规油气及非常规油气藏勘查开发提供技术装备支撑。     

煤层气排采过程三相态含气量动态变化研究

以沁水盆地的气压型、水压型以及混合型3种类型煤储层为例,基于所建模型,结合朗格缪尔方程,波义耳-马略特定律及煤层气在地层水中的矿化度模板,分别研究了排采过程中3种类型煤储层的游离气、吸附气、水溶气三相态含气量的动态变化。     

煤层气井取心技术及取心实践

为了准确测定煤层含气量，要求取心作业必须有高的收获率和尽可能短的提钻及出筒、装罐时间。常规取心工具难以全面满足其要求。本文介绍了“八五”期间研制的MS-215型绳索取心工具，可全面满足煤层气井取心要求。该工具最大特点是具有半合式内筒、双作用隐蔽岩心爪及到位和堵心报警装置。使用该工具，在柳林进行了4口井取心，取心率均在90％以上，岩心出筒装罐时间小于lOmin。     

天然气水合物岩心保压转移与测试系统研发现状分析

通过钻探取心获取原位天然气水合物储层岩心,并进行保压转移与测试,获取岩心物理、化学及力学性质等方面的参数,是开展海域天然气水合物勘查工作的关键技术方法之一。本文对国内外天然气水合物岩心保压转移系统的相关资料进行了汇总,从工作原理、结构特点和试验应用等方面进行了全面总结,系统梳理了天然气水合物保压转移与测试系统的研发现状,从兼容性、关键参数等多个方面对比了国内外典型岩心保压转移与测试系统,并针对国内天然气水合物保压转移系统的研发提出了建议。     

海域天然气水合物保压取心钻具的研制与试验

天然气水合物的勘探和开发需要从地层中获取保压岩心进行地层的物化性测试、储量评估以及开采工艺等方面的研究。然而,钻探过程中,伴随温度和压力的改变,天然气水合物很容易发生分解,这给水合物钻探取心工作带来了很大的困难。为了解决天然气水合物保压取心钻具的保压可靠性问题,开展了一种新型齿轮-齿条关闭球阀式水合物保压取心钻具的研制,采用绳索打捞的提拉力驱动球阀工作。详细介绍了该保压取心钻具的结构和工作原理;计算了球阀的工作密封比压及打捞内管所需的提拉力;介绍了该保压取心钻具的室内试验和海试情况。研究表明：该水合物保压取心钻具的取心工艺简单,球阀翻转和密封性能良好,取心成功率高,各项功能和性能指标均达到了设计的要求。     

绳索取心工艺对煤层气损失时间的影响分析

为减小绳索取心工艺对损失时间计算带来的误差,通过对提心速度、样品所处压力、解吸速度与提心时间的关系进行了函数计算,得出了利用恒定转速绞车进行绳索取心过程中的损失时间与提心时间、绞车转轮半径、绞车转速、储层深度、暴露时间之间的关系公式。结果表明:利用该公式计算损失时间可修正因绞车转轮半径变化带来的误差,约占原损失时间的5%～10%。在煤层深度为1 000 m、提心时间为20 min、绞车取心前后半径比为1∶3的条件下,损失时间修正误差约2 min。同时也减小了损失气量及含气量的计算误差,提高了试验数据的准确性。     

特性煤体含气量测定研究

通过不同粒径组合煤样的吸附和解吸实验,模拟测定不同破碎特性煤的原始含气量和国标法实测含气量,并研究了不同破碎特性煤体含气量的测定方法。研究结果表明,不同破碎程度煤的原始含气量和国标方法测定的含气量差别很大,对于煤体破碎的煤,采用国标方法测得的含气量与实际值偏差较大。分析认为这种偏差主要是由于损失气含量的估算偏差造成,在整个取心过程中,破碎程度大的煤解吸速率变化很大,以致估算方法不适用,而且用估算曲线上的趋于平缓段估算急剧上升段,造成估算结果偏小。煤样损失气含量与煤体破碎程度具有明显相关性,随着煤体破碎程度的增加,煤样的实际损失气含量呈现逐渐增大的趋势。基于此,建立了损失气含量估算值和损失气含量实际值的两段式拟合关系式,从而对国标方法估算损失气含量的偏差进行了修正。该研究对煤矿安全生产和煤层气勘探开发具有重要的实际意义。     

低煤化欠饱和煤心含气量预测数值模拟

为对比分析长焰煤储层煤心现场解吸动态与数值模拟解吸动态,实测了新疆某井长焰煤煤心现场含气量,构建了吸附气欠饱和储层煤心数值模型,并基于此分析了损失气量计算方法。结果表明：构建的吸附气欠饱和煤心（吸附气饱和度54.77%、77.51%、99.79%）数值模型计算的损失气量、解吸气量和残余气量与现场测试相应结果接近（误差<10.12%）,可近似反映欠饱和储层煤心含气量构成;对于构建的含气饱和（吸附气饱和与游离气饱和）储层煤心数值模型,损失气时间与解吸时间和的平方根与解吸初期累计解吸气量回归分析预测损失气量误差较大,已不适用;相同损失气时间下,饱和煤心损失气占比（18.64%）高于吸附气欠饱和煤心损失气占比（11.95%）,饱和煤心解吸气占比（80.90%）低于吸附气欠饱和煤心解吸气占比（87.32%）,饱和煤心残余气占比（0.46%）低于吸附气欠饱和煤心残余气占比（0.63%）。     

考虑含水和多组分气体的页岩气含气量预测模型

基于体积法建立页岩气含气量预测模型,含气量包括吸附气量和游离气量,在计算吸附气量时考虑了页岩矿物组成、温度、压力、水分和非甲烷多组分气体,在计算游离气量时考虑了吸附相体积,最终采用涪陵焦石坝地区焦页1井页岩现场解吸数据验证模型。结果表明,当考虑吸附相体积时,含气量模型计算值与现场解吸数据较吻合,当不考虑吸附相体积时,页岩含气量被高估27%～38%;水分对页岩含气量的影响较小;多组分气体不仅改变页岩含气量,也改变页岩气的赋存状态,不考虑多组分气体将高估目标区域含气量5. 6%～31. 8%。所建含气量模型精确性依赖于室内岩芯实验结果,未来应进一步开展含水页岩对多组分气体吸附实验研究,准确计算页岩气含气量。     

页岩含气量现场解吸技术优化的研究

页岩含气量是非常规油气资源潜力评价的重要依据,一般是在钻探施工现场使用含气量现场解吸设备进行测试分析,解吸仪调试状态、现场解吸梯度、解吸罐内水分等因素都会对页岩含气量解吸结果准确度产生影响。针对页岩含气量现场解吸的主要影响因素,采取充分调试解吸仪,设置科学合理的现场解吸温度梯度和时间梯度,减少解吸罐内水分等措施,以达到页岩含气量现场解吸技术优化的目的。研究结果表明,优化后的页岩含气量现场解吸技术实用性强,有助于提高页岩气资源潜力评价的精确度。     

改进的煤层含气量测定

煤层气资源评估通常采用煤芯在解吸器内测定含气量．同时，也在实验室测定等温线，求出气体产量与储层温度和压力之间函数关系。为了精确评估总的煤层气量，也需要测定残留的气体部分，所以论述了残余气体的分析方法。而且可利用总的含气量来评估吸附时间和气体扩散率．     

基于核磁共振技术的煤层含气量评价方法

我国煤层气资源储量十分丰富,是良好的天然气后备资源,开发利用煤层气具有多重价值。煤层含气量是评价煤层的关键参数,也是决定煤层气勘探开发选区与产能潜力大小的重要因素,利用测井技术评价含气量可以低成本获得地下煤层气关键参数,准确获得含气量对煤层气勘探开发具有极为重要的影响。为了规避煤层中天然气不同赋存状态导致的密度不同和Langmuir单层吸附模型造成的含气量低估,提出了一种基于核磁共振技术评价煤层含气量的新方法,采用经过校准的核磁共振仪器测量煤层中的核磁共振信号,通过分离煤层中吸附态天然气的核磁共振信号,进而计算单位体积地层中天然气分子的摩尔数,综合体积密度测井换算为标准状态下煤层含气量。为验证方法的有效性,设计开展了实际煤样甲烷等温吸附与核磁共振联测试验,试验结果表明,利用不同的T2（横向弛豫时间）截止值可以区分煤层中不同赋存状态的甲烷气体,基于核磁共振新方法计算的与试验测量的煤层含气量符合很好,证明了新方法的有效性。实际测井资料处理解释结果表明,基于核磁测井新方法比常规测井方法计算煤层含气量更加有效。     

基于测井参数的煤层含气量预测研究

基于临兴区块8+9#煤层测井资料和实验样品解吸数据,通过煤层含气量与测井参数之间相关性分析,采用多元回归分析方法建立煤层含气量预测模型,并对预测模型进行验证及误差分析。结果表明该模型能较好地对煤层含气量进行预测,可信度较高。     

基于等温吸附的临兴地区8 9号煤层含气量预测

煤储层含气量是煤层气勘探开发的重要地质参数,如何准确预测煤储层含气量是煤层气地质研究的关键问题。以临兴地区8 9号煤层为研究对象,基于煤岩等温吸附试验测试数据,分析了兰氏参数与温度、镜质体反射率之间的关系,探讨了含气饱和度与温度、埋深之间的相关关系,基于等温吸附理论建立了临兴地区8 9号煤层含气量预测模型,并对模型进行误差分析。结果表明：兰氏参数与镜质体反射率(Ro<2.5%时)呈指数相关关系,与温度呈线性相关,含气饱和度与埋深、温度具有较好的线性关系;建立的含气量预测模型具有一定的可靠性。     

浅海活塞压入取心工艺研究

活塞压入取心工艺采用钻井液静压力作为动力,岩心内管直接插入地层完成取心,避免钻井液直接冲刷岩心,没有钻具回转对岩心造成的影响,该工艺方法可以大大提高海洋浅表软弱地层的岩心采取率和岩心采取质量。国外海洋科学钻探中对该类型钻具进行了研究应用,取得了良好的使用效果。通过对活塞压入取心工艺的研究,取得设计和使用经验,解决活塞压入取心工艺的关键问题,形成针对海底表层取心的工艺方法,为海洋钻探提供技术支撑。     

气液比对多组分瓦斯水合物含气量影响

利用可视化水合物实验设备,设定初始压力5 MPa、初始温度20 ℃,在0.1 mol/L四氢呋喃（THF）－0.2 mol/L十二烷基硫酸钠（SDS）复配溶液体系中进行多组分瓦斯水合物生成实验。根据气体状态方程（P-V-T）计算出4种气液比（40,60,80和100）反应体系中多组分瓦斯水合物含气量,从溶液的过饱和条件和水合物中晶体孔穴填充率的角度进行了机理分析。结果表明：对于同一种多组分瓦斯气体,反应体系气液比的增大,促进了瓦斯-溶液之间物质传递,加快了溶液的过饱和条件,提高了水合物中晶体孔穴填充率,致使水合物中含气量增大。