CN102565112B - 煤层气中游离气含量的测算方法 - Google Patents

Abstract

一种煤层气中游离气含量的测算方法，该方法是通过求取新鲜煤芯地面含水饱和度，并反算至地层状态下含气饱和度，来测算单位质量煤岩中所含的游离气体积。优选包括：采集样品：取未被钻井液污染的圆柱煤样；测算煤样体积V_总；测算初始水体积V_水1；测算饱和水体积V_水2；测算有效上覆压力Δp、体积系数B；最后根据前述步骤中的参数结果，计算游离气含量。本发明能较准确地测算游离气含量，使总的含气量测试结果更接近与地下真实值，对于煤层气勘探和开发有重要意义。

Description

煤层气中游离气含量的测算方法

技术领域

本发明属于煤层气含量测试技术领域，尤其涉及一种煤层气中游离气含量的测算方法。

背景技术

煤层气含量是指在自然条件下，单位质量或单位体积煤体中所含有的气体量，其主要成分是CH4(甲烷)。煤层气含量是表征煤层气储层特征的关键参数之一，准确获取煤层气含量对于煤层气资源勘探开发和煤矿瓦斯灾害防治具有重要意义。

煤层气含量包括吸附气、游离气和溶解气，且以吸附气为主，游离气次之，溶解气含量极低。一般认为对于中、高煤阶吸附气占总含气量的90％～95％以上，主要以吸附状态存在于煤的基质微孔中，含少量游离气和极少量的溶解气。但对于以大、中孔主要的低煤阶而言，游离气含量比例较高，可占总气量的5％～50％。

目前煤层气含量测试主要是针对吸附气，参照GB/T 19559《煤层气含量测定方法》进行，将绳索取心的煤样密封至解吸罐，通过一定频率的解吸测量(解吸气)及残余气测量(残余气)，并应用初始解吸点数据拟合得到损失气，三者(损失气、解吸气、残余气)相加得到总吸附气量。

不论是现行最新标准还是研究文献中均未涉及到游离气的具体测量和计算。游离气占总气量的比例与煤阶有关，特别是低煤阶，游离气含量不可忽视，不考虑游离气的含气量计算结果将导致实际煤层气资源被低估，因此，急需建立游离气含量的测算方法，对于合理评价煤层气资源以及制定勘探开发决策有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种煤层气中游离气含量的测算方法，以填补游离气测算的缺失，解决传统含气量测试中存在的忽视游离气造成总气含量结果偏低的问题。

本发明的技术解决方案是：一种煤层气中游离气含量的测算方法，该方法是通过通过核磁共振方法快速求取新鲜煤芯地面含水饱和度，并反算至地层状态下含气饱和度，来测算单位质量煤岩中所含的游离气体积。

优选地，该方法包括以下步骤：

(1)采集样品：待煤芯提出井口，打开岩芯管，取新鲜块状样品，并在所述新鲜块状样品上钻取未被钻井液污染的圆柱煤样；

(2)测算煤样体积V_总；

(3)测算初始水体积：测出煤样的初始孔隙度φ₀，据此计算初始水体积V_水1；

(4)测算饱和水体积：将煤样抽真空并饱和水，测出饱和孔隙度φ₁，并据此计算饱和水体积V_水2；

(5)测算有效上覆压力和体积系数：测出该煤样的孔隙体积压缩系数C_p及视相对密度ρ，并根据煤样所处储层的深度、温度、压力条件及气体压缩因子，计算有效上覆压力Δp、体积系数B；

(6)计算游离气含量：根据前述步骤中的参数结果，计算游离气含量。

本发明的特点和优点是：本发明的煤层气中游离气含量的测算方法，能较准确地测算游离气含量，使总的含气量测试结果更接近与地下真实值，对于煤层气勘探和开发有重要意义。

附图说明

具体实施方式

本发明公开了一种煤层气中游离气含量的测算方法，即通过通过核磁共振方法快速求取新鲜煤芯地面含水饱和度，并反算至地层状态下含气饱和度，来测算单位质量煤岩中所含的游离气体积。

本发明的一实施例中，该方法主要包括以下步骤：

采集样品：待煤芯提出井口，打开岩芯管，取新鲜块状样品，并取未被钻井液污染的圆柱煤样；

测算煤样体积V_总；

测算初始水体积：测出煤样的初始孔隙度φ₀，据此计算初始水体积；

测算饱和水体积：将煤样抽真空并饱和水，测出饱和孔隙度φ₁，并据此计算饱和水体积；

测算有效上覆压力和体积系数：测出该煤样的孔隙体积压缩系数C_p及视相对密度ρ，并根据煤样所处储层的深度、温度、压力条件及气体压缩因子，计算有效上覆压力Δp、体积系数B；

计算游离气含量：根据前述步骤中的参数结果，计算游离气含量。

本发明能较准确地测算游离气含量，使总的含气量测试结果更接近与地下真实值，对于煤层气(特别是低煤阶煤层气)勘探和开发有重要意义。

为了更准确、透彻地理解本发明的技术方案，下面配合具体实施例对本发明进一步的详细说明。

本实施例中，该煤层气中游离气含量的测算方法主要包括一下五个步骤：

(1)样品采集

待煤芯提出井口，尽快打开岩芯管，剔除夹矸及杂物，取不少于10cm的新鲜块状样品，用滤纸擦干其表面可动水。沿轴部快速钻取未被钻井液污染的直径为2.5cm或3.8cm、长5.0cm的圆柱煤样，并计算得到煤样体积V_总。

(2)初始水体积测量

将制好的煤样放入核磁共振检测仪进行第一次测试，测出初始孔隙度φ₀。此时计算初始水体积为煤样体积乘以初始孔隙度，即V_水1＝V_总×φ₀。

(3)饱和水体积测量

将煤样抽真空并饱和水，放入核磁共振检测仪进行第二次测试，测出饱和孔隙度φ₁。此时计算饱和水体积为煤样体积乘以饱和孔隙度，即V_水2＝V_总×φ₁。

(4)有效上覆压力和体积系数计算

按照SY/T 5815《岩石孔隙体积压缩系数测定方法》测得该煤样的孔隙体积压缩系数C_p，按照GB/T 6949《煤的视相对密度测定方法》测得该煤样的视相对密度ρ，并根据煤样所处储层的深度、温度、压力条件及气体压缩因子，计算有效上覆压力Δp、体积系数B，即：

$\mathrm{\Δp}=\frac{D*\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}{100}-p$

$B=3.458\×{10}^{-4}Z\frac{273+t}{p}$

在上列式中：

ρ-----煤的视相对密度，单位为克每立方厘米(g/cm³)

D-----岩心的实际深度，单位为米(m)

-----上覆岩石的平均密度，单位为克每立方厘米(g/cm³)

p-----储层压力，单位为兆帕(MPa)

Z-----气体压缩因子

t-----储层温度，单位为摄氏度(℃)

(5)游离气含量计算

根据(2)(3)(4)中参数结果，计算游离气含量，即：

在上列式中：

Q_游离-----游离气含量，单位为立方米每吨(m³/t)

V₁-----初始水体积，单位为毫升(ml)

V₂-----饱和水体积即总孔隙体积，单位为毫升(ml)

C_p-----孔隙体积压缩系数，单位为兆帕分之一(MPa^-1)

φ₀-----岩心初始孔隙度，％

Δp-----有效上覆压力，单位为兆帕(MPa)

B------体积系数，m³/m³

下面结合本发明的一具体应用实例进行说明，以利充分理解上述技术方案：

某现场钻井取芯煤样深度600米，已知储层压力P为6MPa，温度T为28℃，煤的密度为ρ为1.40g/cm³，上覆岩石的平均密度为2.33g/cm³。

待煤芯到达地面后，迅速剥离杂质、沿轴部快速钻取直径为2.5cm、长5.0cm的圆柱样品，该煤样体积V_总为24.53cm³；

将该煤样放入核磁共振检测仪测出初始孔隙度φ₀为3.2％，并计算初始水体积V_水1为0.79cm³；

再将该样品抽真空并饱和水，放入核磁共振检测仪测出饱和孔隙度φ₁为4.0％，据此计算饱和水体积为V_水2为0.98cm³；

根据有效应力计算公式得到该煤样所处地层有效应力Δp为7.98MPa，根据SY/T 5815《岩石孔隙体积压缩系数测定方法》测得该煤样的孔隙体积压缩系数C_p为1.84e^-2MPa^-1，按照GB/T6949《煤的视相对密度测定方法》测得该煤样的视相对密度ρ为1.40g/cm³，根据储层压力和温度计算出有效上覆压力Δp为7.98MPa、体积系数B为0.0156m³/m³；最后根据游离气含量计算公式计算该样品所处煤层段游离气含量为0.12m³/t。

虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (3)

1.一种煤层气中游离气含量的测算方法，其特征在于，该方法是通过核磁共振方法求取新鲜煤芯地面含水饱和度，并反算至地层状态下含气饱和度，来测算单位质量煤岩中所含的游离气体积；

该方法包括以下步骤：

(1)采集样品：待煤芯提出井口，打开岩芯管，取新鲜块状样品，并在所述新鲜块状样品上钻取未被钻井液污染的圆柱煤样；

(2)测算煤样体积V_总；

(3)测算初始水体积：测出煤样的初始孔隙度φ₀，据此计算初始水体积V_水1；

(4)测算饱和水体积：将煤样抽真空并饱和水，测出饱和孔隙度φ₁，并据此计算饱和水体积V_水2；

(5)测算有效上覆压力和体积系数:测出该煤样的孔隙体积压缩系数C_p及视相对密度ρ，并根据煤样所处储层的深度、温度、压力条件及气体压缩因子，计算有效上覆压力Δ_p、体积系数B；

(6)计算游离气含量：根据前述步骤中的参数结果，计算游离气含量；

步骤(5)中，是利用下列公式计算得到有效上覆压力Δ_p、体积系数B：

$\mathrm{\Δp}=\frac{D*\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}{100}-p$

$B=3.458\×{10}^{-4}Z\frac{273+t}{p}$

式中：

D-----岩心的实际深度，单位为米(m)

-----上覆岩石的平均密度，单位为克每立方厘米(g/cm³)

p-----储层压力，单位为兆帕(MPa)

Z-----气体压缩因子

t-----储层温度，单位为摄氏度(℃)；

步骤(6)中，是利用下列公式计算得到游离气含量:

式中：

ρ-----煤的视相对密度，单位为克每立方厘米(g/cm³)

Q_游离-----游离气含量，单位为立方米每吨(m³/t)

V_水1-----初始水体积，单位为毫升(ml)

V_水2-----饱和水体积即总孔隙体积，单位为毫升(ml)

C_p-----孔隙体积压缩系数，单位为兆帕分之一(MPa^-1)

φ₀-----煤样的初始孔隙度，％

Δ_p-----有效上覆压力，单位为兆帕(MPa)

B-----体积系数，m³/m³。

2.如权利要求1所述的煤层气中游离气含量的测算方法，其特征在于，步骤(1)中，所述新鲜块状样品的长度不小于10cm，先用滤纸擦干其表面可动水，后沿其轴部快速钻取所述圆柱煤样。

3.如权利要求2所述的煤层气中游离气含量的测算方法，其特征在于，步骤(1)中，所述圆柱煤样的直径为2.5cm或3.8cm、长5.0cm。