CN107422100B - 一种计算页岩气储层赋存吸附气含量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种计算页岩气储层赋存吸附气含量的方法，属于天然气勘探开发技术领域。该方法可以计算各温度、压力条件下页岩气储层赋存吸附气含量。该方法步骤为：对同一套页岩气储层3个以上样品进行TOC、全岩分析和等温吸附实验；根据页岩气储层样品的TOC、粘土矿物、其它矿物含量和等温吸附实验结果，建立各温度、压力条件下TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量评价模型；计算各温度、压力条件下页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量，建立TOC、粘土矿物和其它矿物Langmuir等温吸附模型；根据同一套页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物含量计算各温度、压力条件下其赋存吸附气含量。

Description

一种计算页岩气储层赋存吸附气含量的方法
技术领域
本发明涉及一种计算页岩气储层赋存吸附气含量的方法，属于天然气勘探开发技术领域。
背景技术
页岩气是主体以吸附和游离状态赋存于具有生烃能力的泥岩及页岩等地层中的天然气聚集，吸附气是页岩气储层中页岩气的主要赋存方式之一。目前国内外地质研究人员认为页岩气储层中所赋存的吸附气含量至少占页岩气总含气量的40%，吸附气含量对页岩气资源量的贡献具有举足轻重作用，此外随着页岩气的开展孔隙流体压力降低，吸附态页岩气解吸为游离态，对缓解页岩气储层压力迅速降低和维持页岩气井生产周期具有重要作用。因此，页岩气储层中所赋存吸附气含量直接影响页岩气储层的含气量，是计算页岩气资源量、优选有利区和制定页岩气井开发方案的重要指标。目前，评价页岩气储层赋存吸附气含量的实验方法主要是借鉴研究煤层气的等温吸附实验。等温吸附实验是引用GB/T9560-2004煤的高压等温吸附试验方法，评价页岩气储层赋存吸附气的能力，即最大的赋存吸附气含量。等温吸附实验是将一定粒度（60-80目）的页岩样品置于密封容器中，测定其在相同温度、不同压力条件下达到吸附平衡时所吸附的甲烷等试验气体的体积；然后根据Langmuir单分子层吸附理论，通过理论计算出表征页岩气对甲烷等试验气体吸附特性的兰氏体积VL，兰氏压力PL，以及等温吸附曲线。除了等温吸附实验外，页岩气勘探研究方面还采用岩心现场解析实验和测井解释等定量评价页岩气储层赋存吸附气量。但是，等温吸附实验、岩心现场解析实验和测井解释等三种方法的分析费用相对比较昂贵，前两种方法需要在钻井时进行取心操作，并进行大量样品分析，测井解释评价页岩气吸附页岩气能力方法的核心技术垄断在斯伦贝谢等跨国公司手中。
为此，本发明通过分析通过TOC含量、全岩分析和等温吸附实验，建立各温度、压力条件下页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物等三组分赋存吸附气含量模型，分别获得各温度条件下TOC、粘土矿物和其它矿物等三组分的Langmuir体积和Langmuir压力，然后依据所需评价吸附气含量的页岩气储层的TOC、粘土矿物和其它矿物含量，以及储层温度、压力条件，计算各温度、压力条件下页岩气储层赋存吸附气量。
发明内容
本发明的目的是：提供一种计算页岩气储层赋存吸附气含量的方法，实现对各温度、压力条件下页岩气储层赋存吸附气含量的定量计算。克服现有技术、方法操作复杂和费用高昂的缺点。
本发明采用的技术方案是：计算页岩气储层赋存吸附气含量的方法，其特征在于：
步骤1：对同一套页岩气储层3个以上样品进行TOC含量、全岩分析和等温吸附实验，获得各页岩气储层样品中TOC的质量百分比分别为wTOC1、wTOC2、…和wTOCn，粘土矿物的质量百分比分别为w粘土1、w粘土2、…和w粘土n，其它矿物的质量百分比分别为w其它1、w其它2、…和w其它n，各页岩气储层样品在温度为Tj、压力为Pk条件下赋存吸附页岩气含量Vijk，其中i=1、2、…、n，是页岩气储层样品编号，j=1、2、…、m，是温度编号，k=1、2、…、x，是压力编号，页岩气储层样品中TOC、粘土矿物和其它矿物的质量百分比单位均为%，赋存吸附气含量的单位为m3/t，温度Tj的单位为℃，压力Pk的单位为MPa；
步骤2：根据步骤1中获得页岩气储层样品的TOC、粘土矿物和其它矿物的质量百分比，结合等温吸附实验获得不同温度、压力条件下单位质量页岩气储层样品赋存吸附气含量Vijk，建立如下方程组
其中，VTOC-jk、V粘土-jk和V其它-jk分别是在温度为Tj、压力为Pk条件下单位质量的TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量，其中i=1、2、…、n，是页岩气储层样品的编号，j=1、2、…、m，是温度编号，k=1、2、…、x，是压力编号，单位质量的页岩气储层样品、TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量的单位均为m3/t，温度Tj的单位为℃，压力Pk的单位为MPa；
步骤3：计算在温度为Tj、压力为Pk条件下页岩气储层中单位质量TOC赋存吸附气含量VTOC-jk，单位质量粘土矿物赋存吸附气含量V粘土-jk和单位质量其它矿物赋存吸附气含量V其它-jk，在下列公式f(VTOC-jk，V粘土-jk，V其它-jk)值达到最小值时即可获得单位质量TOC赋存吸附气含量VTOC-jk，单位质量粘土矿物赋存吸附气含量V粘土-jk和单位质量其它矿物赋存吸附气含量V其它-jk
根据求得在温度为Tj、压力为Pk条件下页岩气储层中单位质量TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量VTOC-jk、V粘土-jk和V其它-jk，建立该套页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir等温吸附模型，其中j=1、2、…、m，是温度编号，k=1、2、…、x，是压力编号，获得在温度为Tj条件下该套页岩气储层中TOC的Langmuir体积VL-TOCj和Langmuir压力PL-TOCj，粘土矿物的Langmuir体积VL-粘土j和Langmuir压力PL-粘土j，其它矿物的Langmuir体积VL-其它j和Langmuir压力PL-其它j，TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量的单位均为m3/t，TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir体积单位均为m3/t，TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir压力单位均为MPa;
步骤4：根据同一套页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物质量百分比，结合步骤3中获得在温度为Tj条件下页岩气储层中TOC的Langmuir体积VL-TOCj和Langmuir压力PL-TOCj，粘土矿物的Langmuir体积VL-粘土j和Langmuir压力PL-粘土j，其它矿物的Langmuir体积VL-其它j和Langmuir压力PL-其它j，按照下列公式计算在温度为Tj、压力为Pk条件下页岩气储层赋存吸附气含量Vjk
式中，wTOC、w粘土和w其它分别为待评价吸附气含量的页岩气储层样品中TOC、粘土矿物和其它矿物质量百分比单位均为%，页岩气储层赋存吸附气含量单位为m3/t。
本发明的有益效果：本发明计算页岩气储层赋存吸附气含量的方法，实现了对各温度、压力条件下页岩气储层赋存吸附气含量的定量计算，而且该评价方法易于操作、费用低廉，所评价的各温度、压力条件下页岩气储层赋存吸附气含量是页岩气勘探和开发中所必需的重要参数。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式：
实施例1：如图1所述，一种计算页岩气储层赋存吸附气含量的方法，含有以下步骤；
步骤1：对同一套页岩气储层4个样品进行TOC含量、全岩分析和等温吸附实验，获得4个页岩气储层样品中TOC的质量百分比分别为3.34%、2.59%、1.80%和1.49%，粘土矿物的质量百分比分别为30.30%、25.70%、45.45%和41.60%，其它矿物的质量百分比分别为66.36%、71.71%、52.75%和56.91%，等温吸附实验获得在温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃和70℃，压力分别为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa和10MPa条件下样品1、样品2、样品3和样品4赋存吸附气含量的数据见表1。
表1
步骤2：根据步骤1中获得页岩气储层样品的TOC、粘土矿物和其它矿物的质量百分比，结合等温吸附实验结果建立在温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃和70℃，压力分别为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa和10MPa条件下页岩气储层样品赋存吸附气含量的50个方程组。以温度T1为30℃、压力P1为1MPa条件为例，该条件下页岩气储层样品赋存吸附气含量的方程组如下
其中，VTOC-11、V粘土-11、和V其它-11分别是在温度T1为30℃、压力P1为1MPa条件下单位质量的TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量，TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量的单位均为m3/t。
步骤3：计算在温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃和70℃，压力分别为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa和10MPa条件下页岩气储层单位质量TOC赋存吸附气含量VTOC-jk、单位质量粘土矿物赋存吸附气含量V粘土-jk、和单位质量其它矿物赋存吸附气含量V其它-jk,其中j=1、2、…、5，是温度编号，k=1、2、…、10，是压力编号，当下列公式值f(VTOC-jk，V粘土-jk，V其它-jk)达到最小值时即可获得在温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃和70℃，压力分别为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa和10MPa条件下单位质量TOC赋存吸附气含量VTOC-jk、单位质量粘土矿物赋存吸附气含量V粘土-jk、和单位质量其它矿物赋存吸附气含量V其它-jk，结果分别见表2、表3和表4，根据在温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃和70℃，压力分别为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa和10MPa条件下页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量VTOC-jk、V粘土-jk、和V其它-jk，建立该套页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir等温吸附模型，获得在温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃和70℃条件下该套页岩气储层中TOC的Langmuir体积VL-TOCj和Langmuir压力PL-TOCj，粘土矿物的Langmuir体积VL-粘土j和Langmuir压力PL-粘土j，其它矿物的Langmuir体积VL-其它j和Langmuir压力PL-其它j，TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量的单位均为m3/t，TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir体积单位均为m3/t，TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir压力单位均为MPa，结果见表5。
表2
表3
表4
表5
步骤4：从同一套页岩气储层中选取1个待评价样品的TOC、粘土矿物和其它矿物质量百分比含量分别为2.38%、23.00%和74.62%，结合步骤3中获得在温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃和70℃条件下该套页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir体积和Langmuir压力，按照下列公式计算该页岩气储层样品在在温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃和70℃，压力分别为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa和10MPa条件下赋存吸附气含量，结果见表6。
式中，Vjk是页岩气储层样品在温度为Tj、压力为Pk条件下赋存吸附气量，单位为m3/t，wTOC、w粘土、…和w其它分别为该页岩气储层样品中TOC、粘土矿物和其它矿物的质量百分比，单位均为%，VL-TOCj、VL-粘土j和VL-其它j分别是该页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物在温度为Tj时的Langmuir体积，单位均为m3/t,PL-TOCj、PL-粘土j和PL-其它j分别是该页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物在温度为Tj时的Langmuir压力，单位均为MPa，温度Tj的单位为℃，压力Pk的单位为MPa，j=1,2,3,4,5,是温度的编号，k=1,2,3,…,10,是压力的编号。
表6

Claims (1)

1.一种计算页岩气储层赋存吸附气含量的方法，其特征在于：
步骤1：对同一套页岩气储层3个以上样品进行TOC含量、全岩分析和等温吸附实验，获得各页岩气储层样品中TOC的质量百分比分别为wTOC1、wTOC2、…和wTOCn，粘土矿物的质量百分比分别为w粘土1、w粘土2、…和w粘土n，其它矿物的质量百分比分别为w其它1、w其它2、…和w其它n，各页岩气储层样品在温度为Tj、压力为Pk条件下赋存吸附页岩气含量Vijk，其中i=1、2、…、n，是页岩气储层样品编号，j=1、2、…、m，是温度编号，k=1、2、…、x，是压力编号，页岩气储层样品中TOC、粘土矿物和其它矿物的质量百分比单位均为%，赋存吸附气含量的单位为m3/t，温度Tj的单位为℃，压力Pk的单位为MPa；
步骤2：根据步骤1中获得页岩气储层样品的TOC、粘土矿物和其它矿物的质量百分比，结合等温吸附实验获得不同温度、压力条件下单位质量页岩气储层样品赋存吸附气含量Vijk，建立如下方程组
其中，VTOC-jk、V粘土-jk和V其它-jk分别是在温度为Tj、压力为Pk条件下单位质量的TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量，其中i=1、2、…、n，是页岩气储层样品的编号，j=1、2、…、m，是温度编号，k=1、2、…、x，是压力编号，单位质量的页岩气储层样品、TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量的单位均为m3/t，温度Tj的单位为℃，压力Pk的单位为MPa；
步骤3：计算在温度为Tj、压力为Pk条件下页岩气储层中单位质量TOC赋存吸附气含量VTOC-jk，单位质量粘土矿物赋存吸附气含量V粘土-jk和单位质量其它矿物赋存吸附气含量V其它-jk，在下列公式f(VTOC-jk，V粘土-jk，V其它-jk)值达到最小值时即可获得单位质量TOC赋存吸附气含量VTOC-jk，单位质量粘土矿物赋存吸附气含量V粘土-jk和单位质量其它矿物赋存吸附气含量V其它-jk
根据求得在温度为Tj、压力为Pk条件下页岩气储层中单位质量TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量VTOC-jk、V粘土-jk和V其它-jk，建立该套页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir等温吸附模型，其中j=1、2、…、m，是温度编号，k=1、2、…、x，是压力编号，获得在温度为Tj条件下该套页岩气储层中TOC的Langmuir体积VL-TOCj和Langmuir压力PL-TOCj，粘土矿物的Langmuir体积VL-粘土j和Langmuir压力PL-粘土j，其它矿物的Langmuir体积VL-其它j和Langmuir压力PL-其它j，TOC、粘土矿物和其它矿物赋存吸附气含量的单位均为m3/t，TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir体积单位均为m3/t，TOC、粘土矿物和其它矿物的Langmuir压力单位均为MPa;
步骤4：根据同一套页岩气储层中TOC、粘土矿物和其它矿物质量百分比，结合步骤3中获得在温度为Tj条件下页岩气储层中TOC的Langmuir体积VL-TOCj和Langmuir压力PL-TOCj，粘土矿物的Langmuir体积VL-粘土j和Langmuir压力PL-粘土j，其它矿物的Langmuir体积VL-其它j和Langmuir压力PL-其它j，按照下列公式计算在温度为Tj、压力为Pk条件下页岩气储层赋存吸附气含量Vjk
式中，wTOC、w粘土和w其它分别为待评价吸附气含量的页岩气储层样品中TOC、粘土矿物和其它矿物质量百分比单位均为%，页岩气储层赋存吸附气含量单位为m3/t。
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