CN110735635A - 一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法 - Google Patents

一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，包括：获取页岩岩心并记录获取页岩岩心所需的时间；对所述页岩岩心进行解吸实验，得到解吸数据；获取拟合目标函数；采用所述拟合目标函数对所述解吸数据进行拟合，得到拟合后的解吸数据；根据所述解吸数据和拟合后的解吸数据确定拟合参数；根据所述拟合参数修正所述获取页岩岩心所需的时间；根据所述拟合参数和修正后的获取页岩岩心所需的时间到损失气含量。本发明能够提高损失气含量的确定精度。

Description

一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法
技术领域
本发明涉及页岩气含量估计技术领域，特别是涉及一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法。
背景技术
随着世界能源结构的调整，天然气作为一种清洁能源，占据着越来越重要的地位。页岩气是一种非常规天然气，储量巨大并在美国取得了成熟的商业化开采，中国也将页岩气开采作为国家战略。
在页岩气开采前，需要对页岩气藏进行甄选，评估地层中页岩气含量，选取具有经济价值的区块进行开采。评估地层中页岩气含量的方法众多，包括直接方法和间接方法。直接方法即解吸法，通过钻头取得目标地层的岩心，从地底提至地表，在这一过程中会有部分气体散失，散失的气体被称为损失气。得到岩心后，在地表模拟地层温度，对岩心进行解吸实验，测量岩心中的解吸气含量，并以此为基础，结合损失气估算模型，估计提钻过程中逸散的损失气含量，加和得到储层中的总含气量。间接法包括等温吸附法、测井解释法、统计分析法。其中等温吸附法建立在等温吸附实验的基础之上，对钻取的岩心进行饱和等温吸附实验，测量所得含气量为储层的最大含气量。测井解释法通过射线、声波等响应信号，反演计算得到储层含气量。统计分析法建立在若干地质参数的匹配测试基础之上，根据统计模型选取主控因素，拟合估计储层含气量。间接法能获得较多的储层信息，但含气量估计中应用最广泛的还是直接法，其估计精度也最高。
在直接法估计岩心含气量的过程中，将总的含气量分为损失气、解吸气和残余气三个部分。损失气是指岩心从地底取到地表，从岩心中逃散的气体，损失气的含量难以测量，常通过解吸气的含量进行估算。解吸气是指，取到地表的岩心，放入解吸罐中，在地层温度环境下进行解吸实验，测量得到的气体含量。残余气是指解吸实验完成后，残留在岩心中无法测量的气体，这一部分气体占比较小，往往可以忽略，但也可以通过破碎实验，将岩心打碎释放残余气进行测量。
目前的页岩气损失气估算方法主要由煤层气的损失气确定方法发展而来，但是页岩气与煤层气存在着巨大的差别。由于煤层气埋藏较浅，取心速度较快，气体逸散较少；且煤心中有机质含量高，导致煤层气中吸附气占比大，煤层气散失速度慢，所以在取心过程中，煤层气的损失气占比远远小于页岩气中的损失气。由于损失气占比巨大，页岩气的损失气估算方法不能完全采用煤层气的估算方法，需要更加精确、更加符合工程实际的页岩损失气估算方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，能够提高损失气含量的确定精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，包括：
获取页岩岩心并记录获取页岩岩心所需的时间；
对所述页岩岩心进行解吸实验，得到解吸数据；
获取拟合目标函数；
采用所述拟合目标函数对所述解吸数据进行拟合，得到拟合后的解吸数据；
根据所述解吸数据和拟合后的解吸数据确定拟合参数；
根据所述拟合参数修正所述获取页岩岩心所需的时间；
根据所述拟合参数和修正后的获取页岩岩心所需的时间得到损失气含量。
可选的，所述对所述页岩岩心进行解吸实验，得到解吸数据，包括：
将所述页岩岩心放入解吸罐中，并排出所述解吸罐死体积内的空气；
对所述解吸罐进行密封；
将密封后的解吸罐加热至设定温度；
每隔设定时间采集一次解吸罐出气量，并记录当前的采集时间，直至解吸罐出气量稳定；
根据所述解吸罐出气量和对应的采集时间得到解吸数据。
可选的，所述对所述页岩岩心进行解吸实验，得到解吸数据步骤之后，获取拟合目标函数步骤之前，还包括：
对所述解吸数据中的采集时间进行预处理，使相邻的采集时间差为所述设定时间。
可选的，所述拟合目标函数为：
Figure BDA0002298425540000031
其中，k为获取页岩岩心过程中的降压速率，D为气体在多孔介质岩心中的扩散速率，R为岩心半径，t0为获取页岩岩心所需的时间，αn为特征值，Q为累积流量，t为解吸实验持续的时间。
可选的，所述根据所述解吸数据和拟合后的解吸数据确定拟合参数，包括：
采用公式
Figure BDA0002298425540000032
确定拟合参数，所述拟合参数包括获取页岩岩心过程中的降压速率k和气体在多孔介质岩心中的扩散速率D，其中，Q(tn)为拟合后的解吸数据，Qn为解吸数据，N为解吸数据的个数。
可选的，采用公式修正所述获取页岩岩心所需的时间，其中，
Figure BDA0002298425540000034
为修正后的获取页岩岩心所需的时间，k为获取页岩岩心过程中的降压速率，p0为当地大气压力，pw为泥浆水柱压力，t0为获取页岩岩心所需的时间。
可选的，所述根据所述拟合参数和获取页岩岩心所需的时间得到损失气含量，包括：
采用公式
Figure BDA0002298425540000035
计算损失气含量，其中，k为获取页岩岩心过程中的降压速率，D为气体在多孔介质岩心中的扩散速率，R为岩心半径，
Figure BDA0002298425540000036
为修正后的获取页岩岩心所需的时间，αn为特征值，Qlost为损失气量。
可选的，采用最小二乘法对所述解吸数据进行拟合，得到拟合后的解吸数据。
可选的，所述设定时间为5分钟。
可选的，所述设定温度为70摄氏度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明采用拟合目标函数对解吸数据进行非线性拟合，且拟合过程采用最小二乘法，拟合精度更高，更加符合实际取心过程的物理条件，使损失气含量的计算结果更加精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明页岩含气量测试中损失气含量的确定方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是是提供一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，能够提高损失气含量的确定精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1本发明页岩含气量测试中损失气含量的确定方法的流程图，如图1所示，一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，包括：
步骤101：获取页岩岩心并记录获取页岩岩心所需的时间；
步骤102：对所述页岩岩心进行解吸实验，得到解吸数据；
步骤103：获取拟合目标函数；
步骤104：采用所述拟合目标函数对所述解吸数据进行拟合，得到拟合后的解吸数据；
步骤105：根据所述解吸数据和拟合后的解吸数据确定拟合参数；
步骤106：根据所述拟合参数修正所述获取页岩岩心所需的时间；
步骤107：根据所述拟合参数和修正后的获取页岩岩心所需的时间得到损失气含量。
具体的，步骤101中是通过钻井取得柱状的页岩岩心，获取页岩岩心所需的时间也就是提钻时间。
步骤102是在擦去页岩岩心表面的泥浆后，将页岩岩心放入解吸罐中。由于解吸罐体积Vcanister大于页岩岩心的体积Vcore，导致解吸罐内存在死体积，需要排出死体积内空气方能开展解吸气测试实验，因此填入细砂排出解吸罐内死体积空气，并关上解吸罐进行密封。将解吸罐加热至70摄氏度(地层温度)且温度稳定后，打开解吸罐上安装的出气阀，借助流量计测量解吸气出气量，解吸实验每进行5分钟，采集一次流量计示数，并记录当前采集时间。解吸气解吸时长将持续20-50个小时不等，根据某一时间段内，前后流量计示数是否稳定，从而判断解吸是否完成。当解吸稳定后，通过解吸实验，获得解吸段实验数据{(tn,Qn)|(n＝1,2,···,N)}，其中tn表示时间序列，Qn分别表示tn时间序列对应的解吸气总流量数据序列。
然后对解吸数据{(tn,Qn)(n＝1,2,···,N)}开展数据预处理。由于钻井现场条件的限制，无法保证随时供电，解吸实验在断电的情况下无法开展，所得到的解吸数据在记录的时间序列上并不一定是均匀分布的。因此，对时间序列断点处进行处理，扣除停电时间长度，将时间序列重新处理为均匀分布，处理后的时间序列满足tn-tn-1＝5min，使得解吸数据为均匀分布，符合解吸段的模型，为数据拟合提供方便。
其中，在完成页岩岩心解吸实验后，可以采用破碎实验，将页岩岩心取出解吸罐，放入破碎装置中，密封后打开破碎开关，将页岩岩心破碎并收集残余气，记录残余气含量Qresidue，用于确定页岩岩心的含气量。
步骤103中的拟合目标函数如下：
Figure BDA0002298425540000051
其中，k为获取页岩岩心过程中的降压速率，D为气体在多孔介质岩心中的扩散速率，R为岩心半径，t0为提钻时间，αn为特征值，Q为累积流量，t为解吸时间。根据级数求和的收敛性进行分析，上述求和形式为稳定收敛的，在满足现有计算机精度的前提下，采用前50项求和结果即可表征精度范围内的目标函数。
步骤104中采用的拟合方法为最小二乘法。
步骤105中是通过给定的解吸气实验数据序列{(tn,Qn)|(n＝1,2,···,N)}，结合拟合目标函数，调整目标函数中的参数值，使得解吸数据和拟合后的解吸数据之间的方差和最小，其具体数据处理公式如下所示：
Figure BDA0002298425540000061
其中Q(tn)为时间序列代入目标函数后的值，即拟合后的解吸数据；Qn为对应时间序列的解吸实验数据值，即解吸数据，通过求解该最优化问题，解得目标函数中的参数D和k。
步骤106中的修正过程严格来说，提钻时间应从页岩孔压与泥浆水柱压力平衡时开始算起，结合钻井深度计算泥浆水柱压力与提钻时间的关系，通过拟合所得参数k计算页岩孔压，从而计算页岩孔压与泥浆水柱压力平衡的时间，进而得到修正后的提钻时间数据
Figure BDA0002298425540000062
其中，
Figure BDA0002298425540000064
为修正后的获取页岩岩心所需的时间，k为获取页岩岩心过程中的降压速率，t0为获取页岩岩心所需的时间，p0为当地大气压力，pw为泥浆水柱压力，当数据误差较大时，可将
Figure BDA0002298425540000065
作为修正后的提钻时间数据。
步骤107中是将得到的参数D、k以及获取页岩岩心所需的时间
Figure BDA0002298425540000066
代入如下目标函数：
Figure BDA0002298425540000067
其中，k为获取页岩岩心过程中的降压速率，D为气体在多孔介质岩心中的扩散速率，R为岩心半径，
Figure BDA0002298425540000068
为修正后的提钻时间，αn为特征值，Qlost为损失气量。
具体的，将损失气估算含量QLost、解吸气含量实验数据QN、残余气含量实验数据Qresidue相加，即为基于分段估算方法所得到的页岩含气量，公式如下：
Qtotal＝QLost+QN+Qresidue。
本发明还公开了如下技术效果：
1、相较于现有技术中通过直线法估计损失气含量，本发明提出的确定损失气含量的方法，同样基于解吸实验数据，但是开展非线性拟合，拟合精度更高。
2、本发明根据拟合目标函数可以拟合得到页岩储层孔隙压力，进而根据泥浆水柱压力，计算得到修正后的页岩岩心提钻时间相较于现有技术的固定参数，本专利提出的提钻时间计算方法更加精确，适用于不同储层、不同取心条件。
3、本发明将页岩取心过程的损失气量随时间的关系，与解吸实验中解吸气量随时间的关系，进行区分，分段拟合，相较于现有技术将二者统一处理的方式，本发明提出的方法更切合实际工程条件，能拟合得到更多的地层条件(包括孔压及含气量)。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，包括：
获取页岩岩心并记录获取页岩岩心所需的时间；
对所述页岩岩心进行解吸实验，得到解吸数据；
获取拟合目标函数；
采用所述拟合目标函数对所述解吸数据进行拟合，得到拟合后的解吸数据；
根据所述解吸数据和拟合后的解吸数据确定拟合参数；
根据所述拟合参数修正所述获取页岩岩心所需的时间；
根据所述拟合参数和修正后的获取页岩岩心所需的时间得到损失气含量。
2.根据权利要求1所述的页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，所述对所述页岩岩心进行解吸实验，得到解吸数据，包括：
将所述页岩岩心放入解吸罐中，并排出所述解吸罐死体积内的空气；
对所述解吸罐进行密封；
将密封后的解吸罐加热至设定温度；
每隔设定时间采集一次解吸罐出气量，并记录当前的采集时间，直至解吸罐出气量稳定；
根据所述解吸罐出气量和对应的采集时间得到解吸数据。
3.根据权利要求2所述的页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，所述对所述页岩岩心进行解吸实验，得到解吸数据步骤之后，获取拟合目标函数步骤之前，还包括：
对所述解吸数据中的采集时间进行预处理，使相邻的采集时间差为所述设定时间。
4.根据权利要求1所述的页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，所述拟合目标函数为：
Figure FDA0002298425530000011
其中，k为获取页岩岩心过程中的降压速率，D为气体在多孔介质岩心中的扩散速率，R为岩心半径，t0为获取页岩岩心所需的时间，αn为特征值，Q为累积流量，t为解吸实验持续的时间。
5.根据权利要求1或4所述的页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，所述根据所述解吸数据和拟合后的解吸数据确定拟合参数，包括：
采用公式
Figure FDA0002298425530000021
确定拟合参数，所述拟合参数包括获取页岩岩心过程中的降压速率k和气体在多孔介质岩心中的扩散速率D，其中，Q(tn)为拟合后的解吸数据，Qn为解吸数据，N为解吸数据的个数。
6.根据权利要求1所述的页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，采用公式
Figure FDA0002298425530000022
修正所述获取页岩岩心所需的时间，其中，
Figure FDA0002298425530000023
为修正后的获取页岩岩心所需的时间，k为获取页岩岩心过程中的降压速率，p0为当地大气压力，pw为泥浆水柱压力，t0为获取页岩岩心所需的时间。
7.根据权利要求1所述的页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，所述根据所述拟合参数和修正后的获取页岩岩心所需的时间得到损失气含量，包括：
采用公式
Figure FDA0002298425530000024
计算损失气含量，其中，k为获取页岩岩心过程中的降压速率，D为气体在多孔介质岩心中的扩散速率，R为岩心半径，
Figure FDA0002298425530000025
为修正后的获取页岩岩心所需的时间，，αn为特征值，Qlost为损失气量。
8.根据权利要求1所述的页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，采用最小二乘法对所述解吸数据进行拟合，得到拟合后的解吸数据。
9.根据权利要求2或3所述的页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，所述设定时间为5分钟。
10.根据权利要求2所述的页岩含气量测试中损失气含量的确定方法，其特征在于，所述设定温度为70摄氏度。
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