CN106442938B - 一种准确获取页岩含气量的测量计算方法 - Google Patents

一种准确获取页岩含气量的测量计算方法 Download PDF

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Abstract

一种准确获取页岩含气量的测量计算方法所用装置，包括水浴箱(1)，水浴箱(1)内设解吸罐(2)，解吸罐(2)内注入饱和盐水(3)，岩心(4)置于饱和盐水(3)中，解吸罐(2)上设锥形集气帽(5)，锥形集气帽(5)内设压力传感器(6)；高压气瓶通过截止阀A(7)和截止阀B(8)与锥形集气帽(5)内联通；水浴箱(1)内还设有温度传感器(11)；所述解吸罐(2)上设有观察窗口(10)；所述压力传感器(6)和温度传感器(11)与计算机(12)相连。本发明原理简单，可操作性强，可以根据现场岩石固有频率测试，指导工程技术人员快速有效地采取相应措施，通过建立起岩石的共振，提高渗透率，增加岩石的微裂隙，微孔隙，达到增产目的。

Description

一种准确获取页岩含气量的测量计算方法
技术领域
本发明属于天然气技术领域，具体地涉及一种准确获取页岩含气量的测量计算方法及装置。
背景技术
近几年随着美国页岩气革命的持续推进，中国政府日益重视国内页岩气的勘探开发工作。目前，我国已落实页岩气可采储量为25万亿立方米，与美国相当，并且在重庆涪陵焦石坝地区实现了志留系龙马溪组页岩气开发重大突破。国家能源局提出在十三五末，中国页岩气产量达65亿立方米。
目前我国页岩气开发成本很高，每口水平井钻完井费用在6000-8000万元，且不同地层产气能力不一。因此，如何高效低成本地将页岩气从地下采出，已是制约我国页岩气发展的瓶颈。
页岩气是蕴藏在页岩层的甲烷气体，以吸附及游离状态存在，主要以吸附为主。影响页岩气富集、成藏的因素有许多，如TOC(有机质总量)、R0(有机质成熟度)、含气量、微孔隙发育、保存条件及页岩厚度等。在生产实践中发现，泥页岩含气量这一指标格外重要，它是页岩气的物质基础。若无含气性，其它条件都不能满足获得一定规模的页岩气产出。
目前，含气性数据获得主要靠计算完成。首先，通过岩心的解吸实验取得其解吸数据，其次在实验室通过等温吸附实验求取其残余气，再通过推测取得其损失气量。三者相加的结果即为此页岩的含气性数据。
解析法最先由美国矿务局(USBM)提出，也被称为USBM法，本是测定煤层气含量的行业标准，现也用于页岩气含气量测量。USBM法中页岩气含气量分为三部分：解吸气量、散失气量和残余气量。其方法是在模拟地层温度条件下测量页岩中自然解吸气量，最后将岩心粉碎，利用等温吸附试验计算其残余气量。见图2的页岩气含气量测量USBM法的流程图。
目前散失气量则通过USBM法直线回归推算。USBM法确定发生散失时间为提钻时间一半加上岩心从地面到装入解吸罐中时间。在计算时，假设气体扩散速率及环境温度不变，根据扩散模拟，在解吸作用初期，解吸的总气量随时间的平方根成线性变化；因此，将最初几个小时的发生解吸作用的数据外推至计时起点，利用直线拟合推出散失气量。
通过这种计算方式求取的页岩散失气量数据十分不可靠。岩心在从井筒提至地面过程中，其周围压力及温度都在发生变化，因而其解吸气量也在发生改变。因此，急需一种快速、有效、准确的页岩散失气测试及计算方法。本发明就是针对上述问题给出的一种准确的页岩散失气量测试及计算方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种准确获取页岩含气量的测量计算方法及装置，该测试仪原理简单，可操作性强。
本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种准确获取页岩含气量的测量计算方法，
根据如下计算原理：
通过常规解吸实验方法能获取两个参数：一是解吸气体总量；二是解吸速率，即不同时间间隔内解吸气数量；通过计算机，将记录数据进行差分拟合，可求得气体解吸速率曲线f(t)，如图3所示；其中横坐标t为时间；纵坐标L为解吸速率；T0为岩心发生解吸现象初始时刻；T1为岩心被提至地面时刻；T2为岩心装入解吸缸时刻；T3为解吸终止时间。T0-T1段为在井筒中发生的损失气量；T1-T2为岩心在地面至被装入解吸罐发生损失气量；T2—T3为实际发生解吸气量；T3-∞为残余气量；此时，若求得则可准确求得此块岩心的含气量；针对上述工作方法，获得T0，则此段岩心含气总量即可准确的求得；
所述方法包括以下步骤：
1)、解吸压力求取
准确地讲，T0为岩心发生解吸作用时的初始时刻，但并不是岩心被钻头切割取芯的时刻；由于受埋深及其本身物性的影响，每一口井取芯获得岩心发生解吸时其解吸压力是不一样的，只有在岩心环境压力小于或等于其解吸压力时，岩心才会发生解吸；
因此，首先要获取岩心的解吸压力这一数值；将岩心置入充满饱和盐水的、带有观察窗口的密闭耐压容器中，此时通过观察窗口可以看到岩心发生解吸现象，有很多气泡从岩心四周呈线性溢出；打开截止阀B通过高压气瓶给容器中打入甲烷气体，随着容器内压力逐渐升高，气泡会越来越少，直至消失；此时，关闭截止阀B，慢慢地打开截止阀A，随容器内压力逐渐降低，岩心表面又会有气泡产生，此时对应压力传感器数值,即为此岩心的解吸压力；针对非常规储存，一般岩心解吸压力小于8MPa；
2)、损失气实际发生散逸时间T的求取
在钻机完成取芯作业时，记录完成岩心筒的提升初始时刻T0＇；此时由于井筒中充满了泥浆,泥浆所产生的压力,高于岩心本身的解吸压力，阻止岩心发生解吸；一般情况下，探井泥浆比重为1.05左右(清水钻进,若泥浆比重高则需要换算)，基本上每100米高度泥浆产生1MPa压力；在取心筒向上提升过程中，当满足其解吸条件即泥浆产生压力小于或等于其解吸压力时，岩心将发生解吸现象，此时岩心距井口高度H为100乘以解吸压力值；
记录取心筒从岩心进筒至提升至地面时间T1及岩心出筒到装罐时间T2，计算出取心筒或钻杆的提升速度K,这样可以准确地求取损失气实际发生散逸的时间T，T＝H/K+(T2-T1)；其中，H/K为岩心在井筒中从发生解吸到被提升至地面时间；T2-T1为岩心到地面至被装入解吸罐时间；T0为岩心发生解吸现象初始时刻；
3)、散失气求取
利用如下装置，在完成解吸压力测试后，将水浴箱温度调至模拟100米井深时温度，关闭截止阀A7，打开截止阀B8，通过高压气瓶给解吸罐加压至压力传感器显示1MPa,关闭截止阀B8，此时岩心发生解吸，通过压力传感器测量解吸罐集气空间内压力随时间变化，记录30分钟，通过气体方程PV＝NRT,可以计算出解吸气体增加的数量，进而计算其在1MPa围压下的解吸速率；
依次进行2MPa、3MPa、4MPa、5MPa围压下试验，分别模拟岩心在井筒中距井口200米、300米、400米、500米时，其在不同温度及压力下解吸速率；通过对上述数据进行拟合，便可得出岩心在井筒中即T0-T1时间段内解吸速率曲线F(t)，对其积分就是在T0-T1时间段内的散失气量；
在T1-T2时间段内，由于岩心已被提至地面，其围压与温度都与装罐后一致，故T1-T2时间段解吸速率曲线可以通过地面解吸试验得出的f(t)推出；
此时，计算则可准确求得此块岩心的含气量。
所述的一种准确获取页岩含气量的测量计算方法所用装置，包括水浴箱，水浴箱内设解吸罐，解吸罐内注入饱和盐水，岩心置于饱和盐水中，解吸罐上设锥形集气帽，锥形集气帽内设压力传感器；高压气瓶通过截止阀B与锥形集气帽内连通，截止阀A设置在截止阀B与锥形集气帽连通管路的支路上；水浴箱内还设有温度传感器；所述解吸罐上设有观察窗口；所述压力传感器和温度传感器与计算机相连。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明有以下特点：
1、能够准确地计算损失气量。模拟岩心从井中提至地面，在其环境温度及围压发生变化时，测试并计算此过程岩心发生的解吸气量与解吸速率，可以准确地拟合出解吸速率曲线F(t)，从而准确地计算散失气量；
2、引入了解吸压力及解吸速率的概念，可以求取岩心发生解吸作用时的准确时间，使得此测试方法更准确、可靠；
3、极大地缩短了页岩含气量测试时间及费用；
4、改进了解吸罐内部空间设计，利用气体方程准确地计算解吸气量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是页岩气含气量测量USBM法的流程图。
图3是气体解吸速率曲线f(t)图。
图中标记：1、水浴箱，2、解吸罐，3、饱和盐水，4、岩心，5、锥形集气帽，6、压力传感器，7、截止阀A，8、截止阀B，9、高压气瓶，10、观察窗口，11、温度传感器，12、计算机。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种准确获取页岩含气量的测量计算方法具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
参见图1-3，一种准确获取页岩含气量的测量计算方法，所用装置，包括水浴箱1，水浴箱1内设解吸罐2，解吸罐2内注入饱和盐水3，岩心4置于饱和盐水3中，解吸罐2上设锥形集气帽5，锥形集气帽5内设压力传感器6；高压气瓶通过截止阀B8与锥形集气帽5内连通，截止阀A7设置在截止阀B8与锥形集气帽5连通管路的支路上；水浴箱1内还设有温度传感器11；所述解吸罐2上设有观察窗口10；所述压力传感器6和温度传感器11与计算机12相连。
根据如下计算原理：
通过常规解吸实验方法能获取两个参数：一是解吸气体总量；二是解吸速率，即不同时间间隔内解吸气数量。通过计算机，将记录数据进行差分拟合，可求得气体解吸速率曲线f(t)，如图3所示；其中横坐标t为时间；纵坐标L为解吸速率。T0为岩心发生解吸现象初始时刻；T1为岩心被提至地面时刻；T2为岩心装入解吸缸时刻；T3为解吸终止时间。T0-T1段为在井筒中发生的损失气量；T1-T2为岩心在地面至被装入解吸罐发生损失气量；T2—T3为实际发生解吸气量；T3-∞为残余气量；此时，若求得则可准确求得此块岩心的含气量；针对上述工作方法，获得损失气实际发生散逸时间T(T2-T0)，则此段岩心含气总量即可准确的求得。
所述方法包括以下步骤：
1)、解吸压力求取
准确地讲，T0为岩心发生解吸作用时的初始时刻，但并不是岩心被钻头切割取芯的时刻；由于受埋深及其本身物性的影响，每一口井取芯获得岩心发生解吸时其解吸条件(解吸压力)是不一样的，只有在岩心环境压力小于或等于其解吸压力时，岩心才会发生解吸；
因此，首先要获取岩心的解吸压力这一数值；将岩心置入充满饱和盐水的、带有观察窗口的密闭耐压容器中，此时通过观察窗口可以看到岩心发生解吸现象，有很多气泡从岩心四周呈线性溢出；打开截止阀B8通过高压气瓶给容器中打入甲烷气体，随着容器内压力逐渐升高，气泡会越来越少，直至消失；此时，关闭截止阀B8，慢慢地打开截止阀A7，随容器内压力逐渐降低，岩心表面又会有气泡产生，此时对应压力传感器数值,即为此岩心的解吸压力；针对非常规储存，一般岩心解吸压力小于8MPa；
2)、损失气实际发生散逸时间T的求取
在钻机完成取芯作业时，记录完成岩心筒的提升初始时刻T0＇；此时由于井筒中充满了泥浆,泥浆所产生的压力,高于岩心本身的解吸压力，阻止岩心发生解吸；一般情况下，探井泥浆比重为1.05左右(清水钻进,若泥浆比重高则需要换算)，基本上每100米高度泥浆产生1MPa压力；在取心筒向上提升过程中，当满足其解吸条件即泥浆产生压力小于或等于其解吸压力时，岩心将发生解吸现象，此时岩心距井口高度H为100乘以解吸压力值；
记录取心筒从岩心进筒至提升至地面时间T1及岩心出筒到装罐时间T2，计算出取心筒(或钻杆)的提升速度K,这样可以准确地求取损失气实际发生散逸的时间T，T＝H/K+(T2-T1)，其中，H/K为岩心在井筒中从发生解吸到被提升至地面时间；T2-T1为岩心到地面至被装入解吸罐时间；T0为岩心发生解吸现象初始时刻；
3)、散失气求取
利用图1所示装置，在完成解吸压力测试后，将水浴箱温度调至模拟100米井深时温度，关闭截止阀A7，打开截止阀B8，通过高压气瓶给解吸罐加压至压力传感器显示1MPa,关闭截止阀B8，此时岩心发生解吸，通过压力传感器测量解吸罐集气空间内压力随时间变化，记录30分钟，通过气体方程PV＝NRT,可以计算出解吸气体增加的数量，进而计算其在1MPa围压下的解吸速率；
依次进行2MPa、3MPa、4MPa、5MPa围压下试验，分别模拟岩心在井筒中距井口200米、300米、400米、500米时，其在不同温度及压力下解吸速率。通过对上述数据进行拟合，便可得出岩心在井筒中即T0-T1时间段内解吸速率曲线F(t)，对其积分就是在T0-T1时间段内的散失气量；
在T1-T2时间段内，由于岩心已被提至地面，其围压与温度都与装罐后一致，故T1-T2时间段解吸速率曲线可以通过地面解吸试验得出的f(t)推出；
此时，计算则可准确求得此块岩心的含气量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对发明型作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种准确获取页岩含气量的测量计算方法，其特征在于：
根据如下计算原理：通过常规解吸实验方法能获取两个参数：一是解吸气体总量；二是解吸速率，即不同时间间隔内解吸气数量；通过计算机，将记录数据进行差分拟合，可求得气体解吸速率曲线f(t)，其中横坐标t为时间；纵坐标L为解吸速率；T0为岩心发生解吸现象初始时刻；T1为岩心被提至地面时刻；T2为岩心装入解吸缸时刻；T3为解吸终止时间；T0-T1段为在井筒中发生的损失气量；T1-T2为岩心在地面至被装入解吸罐发生损失气量；T2—T3为实际发生解吸气量；T3-∞为残余气量；此时，若求得则可准确求得此块岩心的含气量；针对上述工作原理，获得损失气实际发生散逸时间T(T2-T0)，则此段岩心含气总量即可准确的求得；
所述方法包括以下步骤：
1)、解吸压力求取
准确地讲，T0为岩心发生解吸作用时的初始时刻，但并不是岩心被钻头切割取芯的时刻；由于受埋深及其本身物性的影响，每一口井取芯获得岩心发生解吸时其解吸压力是不一样的，只有在岩心环境压力小于或等于其解吸压力时，岩心才会发生解吸；
因此，首先要获取岩心的解吸压力这一数值；将岩心置入充满饱和盐水的、带有观察窗口的密闭耐压容器中，此时通过观察窗口可以看到岩心发生解吸现象，有很多气泡从岩心四周呈线性溢出；打开截止阀B8通过高压气瓶给容器中打入甲烷气体，随着容器内压力逐渐升高，气泡会越来越少，直至消失；此时，关闭截止阀B8，慢慢地打开截止阀A7，随容器内压力逐渐降低，岩心表面又会有气泡产生，此时对应压力传感器数值,即为此岩心的解吸压力；
2)、损失气实际发生散逸时间T的求取
在钻机完成取芯作业时，记录完成岩心筒的提升初始时刻T0＇；此时由于井筒中充满了泥浆,泥浆所产生的压力,高于岩心本身的解吸压力，阻止岩心发生解吸；设探井泥浆比重为1.05，则每100米高度泥浆产生1MPa压力；在取心筒向上提升过程中，当满足其解吸条件即泥浆产生压力小于或等于其解吸压力时，岩心将发生解吸现象，此时岩心距井口高度H为100乘以解吸压力值；
记录取心筒从岩心进筒至提升至地面时间T1及岩心出筒到装罐时间T2，计算出取心筒或钻杆的提升速度K,这样可以准确地求取损失气实际发生散逸时间T，T＝H/K+(T2-T1)；其中，H/K为岩心在井筒中从发生解吸到被提升至地面时间；T2-T1为岩心到地面至被装入解吸罐时间；T0为岩心发生解吸现象初始时刻；
3)、散失气求取
利用如下装置，在完成解吸压力测试后，将水浴箱温度调至模拟100米井深时温度，关闭截止阀A(7)，打开截止阀B(8)，通过高压气瓶给解吸罐加压至压力传感器显示1MPa,关闭截止阀B(8)，此时岩心发生解吸，通过压力传感器测量解吸罐集气空间内压力随时间变化，记录30分钟，通过气体方程PV＝NRT,可以计算出解吸气体增加的数量，进而计算其在1MPa围压下的解吸速率；
依次进行2MPa、3MPa、4MPa、5MPa围压下试验，分别模拟岩心在井筒中距井口200米、300米、400米、500米时，其在不同温度及压力下解吸速率；通过对上述数据进行拟合，便可得出岩心在井筒中即T0-T1时间段内解吸速率曲线F(t)，对其积分就是在T0-T1时间段内的散失气量；
在T1-T2时间段内，由于岩心已被提至地面，其围压与温度都与装罐后一致，故T1-T2时间段解吸速率曲线可以通过地面解吸试验得出的f(t)推出；
此时，计算则可准确求得此块岩心的含气量；
所述装置，包括水浴箱(1)，水浴箱(1)内设解吸罐(2)，解吸罐(2)内注入饱和盐水(3)，岩心(4)置于饱和盐水(3)中，解吸罐(2)上设锥形集气帽(5)，锥形集气帽(5)内设压力传感器(6)；高压气瓶通过截止阀B(8)与锥形集气帽(5)内连通，截止阀A(7)设置在截止阀B(8)与锥形集气帽(5)连通管路的支路上；水浴箱(1)内还设有温度传感器(11)；所述解吸罐(2)上设有观察窗口(10)；所述压力传感器(6)和温度传感器(11)与计算机(12)相连。
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