山西省地质矿产研究院 山西省太原市 030001
摘要：现阶段，我国科学技术显著提升，页岩气开发技术的日益成熟，页岩气资源成为全球能源领域的热点，尤其在美国页岩气成功勘探开发的推动下，有关页岩气理论研究也取得了突飞猛进的发展。页岩气是指主体以吸附和游离两种状态同时赋存于具有自身生气能力的泥岩或页岩地层层系中的天然气聚集。我国页岩气研究起步较晚，主要以南方海相地层为勘探重点，本文对页岩含气量测试进行分析。
关键词：页岩气；含气量；测试
1页岩含气量概述
计算页岩原地储量的一个关键参数就是页岩含气量。由于页岩气有游离气、吸附气两种赋存形式，而赋存形式受压力、温度的影响，因此，页岩储层不能像常规储层那样直接用容积法来确定储量多少，而是要通过实验测定页岩含气量。页岩含气量测定方法有直接法和间接法。间接法主要是根据实验室样品的等温吸附曲线，在已知储层压力和温度的情况下分析页岩的含气量；直接法则是将出筒后的岩心尽快装罐，先后将其加热至地层流体温度、井底温度，使用计量装置获得解吸气量，通过解吸气量与时间的关系曲线回归出岩心从井底到井口的损失气量，然后粉碎样品得到井底温度下的残余气量，最后将损失气量、解吸气量、残余气量三者相加，得到储层页岩含气量。解吸气量可通过现场实测数据得到，通常“现场页岩含气量”是指解吸气量。虽然国内外学者均认为损失气量的计算受理论假设条件与实际情况不符的影响，但鉴于直接法具有实验过程快速简便、能够现场拿到实验数据、能第一时间为勘探开发决策提供数据支撑等特点，在页岩气勘探开发过程中仍扮演着重要角色。国内外针对直接法的研究主要集中于损失气量计算、页岩含气量的控制因素等方面，但是如何通过改进硬件设备来准确测定解吸过程中的含气量方面同样至关重要。
2页岩含气量测试方法
2.1现场解吸法
现场解吸法是测定页岩含气量最直接的方法，是目前主要的直接法测量页岩含气量的方法之一。现场解吸法是在钻井过程中，将所取页岩岩样密闭保存于金属解析罐中运往实验室，利用水浴加热的方法，模拟实际地层条件，对岩心进行解析测试分析。用解吸法测定的含气量是由损失气量、解吸气量和残余气量三部分组成的。解吸气量是岩心被装进解吸罐之后所解吸出来的总气体量，通常持续两周到四个月之间，一周内的平均解吸速度小于10cm3/d时就即可结束解吸；残余气量是结束解吸之后依旧残存在试样中的那一部分气体，岩样需要被装进封闭的球磨罐中来进行破碎，放入恒温设备中，待温度恢复至储层温度之后便依照特定的时间间隔进行反复解吸，一周内连续解吸的气体量直到不大于10cm3/d时，再测定其残余气量；损失气量是指将岩心迅速取出，并在装入解吸罐之前放出的气体含量，但是没有办法测量出来这部分气体，需要根据耗损的时间及解吸气量变化趋势，结合数学模型反推损失气量。在测定的过程中，取心方式、测定方法和气体解吸温度等多种要素都会影响到测量结果，需要从仪器设备、取心方式、损失气推算方法等多方面采取措施，提高其测试准确程度。
2.2等温吸附法
页岩测试技术中等温吸附实验非常重要的组成部分。由于页岩气是以吸附状态赋存于泥页岩之中，因此需要人为降低储层压力，使吸附态的甲烷气体解吸变为游离态。然而，目前普遍将解吸看作是吸附的逆过程，可以简单地用Langmuir方程来表达。等温吸附曲线是确定其临界吸附/解吸压力的重要途径，它是指在固定的温度条件下，以逐步加压的方式使已经脱气的干燥泥页岩样品重新吸附甲烷，据此建立的压力和吸附气量的关系曲线，反映了页岩对甲烷气体的吸附能力。在给定的温度下，页岩中被吸附的气体压力与吸附量呈一定的函数关系，代表了页岩中游离气与吸附气之间的一种平衡关系，由等温吸附线得到的气体含量反映了页岩储层所具有的最大容量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆等温吸附获得的是页岩的最大吸附含气量，其结果往往比通过解吸法测得的结果大，反映了页岩样品对天然气的吸附能力，因此等温吸附实验一般用来评价页岩的吸附能力，确定页岩含气饱和度的等级，在求取页岩含气量大小时一般不用，只有缺少现场解吸实验数据时才用来定性地比较不同页岩含气量的大小。
2.3测井解释分析法
测井解释分析法是利用测井资料通过计算分别求出总含气量中游离气和吸附气各自含量，综合分析测井资料确定出富含有机质的页岩含气量，已在北美地区页岩气勘探开发过程中普遍应用。这种方法首先要建立测井曲线与页岩TOC、元素含量、含气量等参数之间的关系，在此基础上，利用测井曲线对页岩的含气量进行计算。
2.4图版法
页岩气既要考虑页岩孔隙、裂缝空间内的游离气，也要考虑吸附于黏土颗粒有机物表面的吸附气，所以页岩气资源主要包括两部分，即游离气资源量和吸附气资源量之和：Q＝Q游离气＋Q吸附气。根据干酪根页岩吸附气含量计算公式与游离气含量计算公式可以得到页岩含气量q的计算公式，结合公式得到I、II、III型干酪根页岩含气量理论计算值，并得到不同有机碳含量和孔隙度情况下的含气量。页岩含气量与深度呈正相关关系，但增大幅度随深度逐渐减小，页岩含气量增大不明显，这可能因页岩吸附气含量与游离气含量增长不同步造成。在TOC和孔隙度一定时，相同深度的不同有机质类型页岩含气量具有相对差异，主要是由于不同有机质类型页岩干酪根吸附能力具有差异。
2.5残余气量测定方法
残余气量是指解吸罐中终止解吸后仍残留在岩心中的气体。现有测试资料表明残余气的测试不存在问题，但是对于损失气量的计算，还存在一定的问题，尽管采取分段回归或者减小损失气量计算时间等校准措施，但是结果还是差强人意。因此有必要在研究页岩含气量特征的基础上，开展页岩含气量的测试方法与理论研究。
3趋势展望
现如今，我国页岩气勘探开发研究正在快速发展推进，新思路的涌现、新仪器的应用都将加速其研究进程。页岩含气量参数获取作为页岩气资源研究的重要领域，技术也将愈发成熟。目前，我国现场解吸实验测试设备已经获得重要进步，设备精密程度大大提升，完全能够满足页岩含气量测试精度要求，这将推进现场解吸法的进一步推广应用；同时，各勘探资料丰富的老油气区均通过大量数据的支撑，完善各种间接计算、推算方法，有利于降低研究成本；此外，各类物理模拟方法也不断有新成果产出，在页岩含气量获得方法领域探索新方法。
结语
综上所述，可以得知，通过比较采用统计法、图版法、测井解释法、等温吸附法及现场解吸法对含气量进行预测，由于不同方法的适用条件不同，所得含气量的准确性也有差异。图版法是在一定条件下对含气量的理论计算，考虑因素较少，所得含气量能为快速评价页岩气资源潜力和预测有利区提供参考，适合在页岩气勘探阶段使用。测井解释法通过对吸附气量和游离气量的理论求解，来求取含气量，这种方法是建立在大量统计结果的基础上，所得TOC有一定的误差，进而影响到吸附气量的计算。总体而言，几种含气量获取方法在一定程度上都能反映页岩的含气量，在不同勘探程度的地区采用适当的方法，才能更好地预测含气量。
参考文献：
［1］唐颖，张金川，刘珠江，李乐忠.解吸法测量页岩含气量及其方法的改进［J］.天然气工业，2011，31（10）：108-112.
［2］李艳丽．页岩气储量计算方法探讨［J］．天然气地球科学，2009，20（3）：466－470．
［3］李玉喜，乔德武，姜文利，等.页岩气含气量和页岩气地质评价综述［J］.地质通报，2011，30（Z1）：308-317.
论文作者:肖宏伟
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/13
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