CN111275566B - 一种能够准确获得页岩损失气量的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够准确获得页岩损失气量的计算方法，包括以下步骤：基于双一阶动力学模型建立全新的页岩损失气量计算公式：qd(t)＝qt[1‑[q1exp(‑k1t)+q2exp(‑k2t)]]‑ql，在钻井现场对页岩气钻井的页岩岩心样品进行现场解吸实验，以相同的时间间隔采集解吸气量数据，然后绘制页岩气解吸曲线，利用前述页岩损失气量计算公式对前述页岩气解吸曲线进行拟合，根据回归方程即可得到该页岩岩心样品的页岩损失气量ql以及无量纲常数q1、q2、k1和k2的具体数值。本发明的有益之处在于：本发明以更加适用于页岩气的扩散模型——双一阶动力学模型为理论基础，建立了页岩损失气量计算方法，提高了拟合效果和精度，很好地解决了过去页岩损失气量计算效果不佳等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种损失气量的计算方法，具体涉及一种能够准确获得页岩损失气量的计算方法，属于非常规天然气含气量测定技术领域。
背景技术
随着非常规油气领域的不断发展，页岩气已经成为全球的能源热点。页岩的含气量是页岩气资源存在及其是否具有经济开发价值的直接表现，关乎资源评价、有利选区、甜点分析、开发设计、产能预测以及经济评价等多个领域，是计算页岩气资源量、储量、可采量以及产能的必要参数，因此，如何准确地获得页岩含气量则成为目前页岩气研究及勘探工作的重中之重。
目前，页岩气含气量的获取方法主要包括间接法和直接法两类。
顾名思义，间接法就是通过间接手段获取页岩含气量的方法，主要是通过将高压气体等温吸附实验和测井解释所获得的吸附气量和游离气量相加得到。但由于间接法获得的页岩含气量为理论含气量，其可靠性较差。
相较于间接法，直接法就是利用直接测量手段获得页岩含气量的方法，被认为是测试页岩含气量最为精确的方法之一，主要是通过现场解吸实验来得到。根据现场解吸实验阶段，我们可以将页岩含气量划分为解吸气量、残余气量及损失气量三个部分，其中，解吸气量和残余气量可通过高精度现场解吸实验和残余气测定实验来获得，目前均有相应的测试方法和仪器来实现，而由于损失气量的自身特殊性，目前还无法直接通过实验仪器进行测定，仅能依靠不同的计算方法来求取。
目前来看，页岩气损失气量多沿用过去煤层气中损失气量的拟合计算方法来获取，主要包括USBM直线回归法、Amoco曲线拟合法以及Smith-Williams法。但从现有上述三种方法的理论基础和应用效果来看，上述页岩损失气量拟合计算方法尚存在以下不足和问题：
1)USBM直线回归法、Amoco曲线拟合法以及Smith-Williams法均是基于天然气在煤岩介质中扩散规律而提出的模拟回归预测方法，此三种方法的建立基础均为单孔气体扩散模型。单孔气体扩散模型适用的一个重要前提条件是煤岩介质的孔隙都是均一的。然而，与煤岩相比，页岩孔隙结构非均质性较强，孔隙结构特征表现出明显的双峰分布特征，并非是均一的，故此三种方法的理论假设基础与页岩孔隙发育的实际条件并不相符。因此，从理论角度来看，USBM直线回归法、Amoco曲线拟合法以及Smith-Williams法并不适用于计算页岩的损失气量。
2)与煤层气相比，页岩气在含气结构、取芯速度、损失时间等方面均存在差异。如煤层气主要以吸附气为主，而游离气较少，但在页岩气中，吸附气和游离气均是其主要组成部分。此外，煤岩取芯速度非常快，气体散失时间通常较短，而页岩取芯速度非常慢，通常需要6～8h左右，气体散失时间较长。因此，这些差异的存在可能导致USBM直线回归法、Amoco曲线拟合法以及Smith-Williams法获得的页岩含气量数据与实际含气量数据偏差较大。通过将此三种方法获得的页岩含气量和实际生产含气量进行对比研究后发现，此三种方法均低估了页岩的真实含气量。
由此可见，虽然目前已有USBM直线回归法、Amoco曲线拟合法以及Smith-Williams法来获得页岩损失气量，但是在理论基础、计算精度等方面仍存在缺陷与不便，特别是在损失气量的准确获得上，需要有针对性地分析和考虑。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够准确获得页岩损失气量的计算方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种能够准确获得页岩损失气量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立页岩损失气量计算公式
基于双一阶动力学模型建立如下所示的全新的页岩损失气量计算公式：
qd(t)＝qt[1-[q1 exp(-k1t)+q2 exp(-k2t)〗-qm
其中，qd(t)是在时间t时的解吸气量，cm3/g；qt是解吸气量与损失气量之和，cm3/g；qm是损失气量，cm3/g；q1和q2分别为拟合参数，无量纲，且q2＝1-q1；k1和k2为一阶动力学参数，无量纲；
步骤2：绘制页岩气解吸曲线
在钻井现场，对页岩气钻井的页岩岩心样品进行现场解吸实验，以相同的时间间隔采集解吸气量数据，然后以现场解吸时间为横坐标、以累计解吸气量为纵坐标绘制页岩气解吸曲线；
步骤3：求取页岩损失气量
利用步骤1给出的页岩损失气量计算公式，对步骤2绘制的页岩气解吸曲线进行拟合，根据回归方程即可得到该页岩岩心样品的页岩损失气量ql以及无量纲常数q1、q2、k1和k2的具体数值。
前述的能够准确获得页岩损失气量的计算方法，其特征在于，在步骤2中，采集解吸气量数据的时间间隔为5min。
本发明的有益之处在于：
(1)相比现有煤层气损失气量计算方法，本发明以更加适用于页岩气的扩散模型——双一阶动力学模型为理论基础，建立了页岩损失气量计算方法，提高了拟合效果和精度，很好地解决了过去页岩损失气量计算效果不佳等问题。
(2)相比现有方法，本发明提供的计算方法不仅能够准确获得页岩的损失气量，还能够获得气体在页岩中的扩散系数，达到了一举两得的实际效果，功能性更强。
(3)本发明提供的计算方法不仅能够适用于页岩损失气量的计算，还能够适用于煤层气、致密砂岩气等非常规天然气的损失气量计算，适用性更强。
(4)本发明提供的计算方法不受特定区域所限，适用范围较现有方法更加广泛。
附图说明
图1是根据本发明提供的方法绘制的解吸气含量拟合曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
以南华北盆地牟页1井某页岩岩心样品损失气量计算为例，本发明提供的能够准确获得页岩损失气量的计算方法包括以下步骤：
步骤1：建立页岩损失气量计算公式
基于双一阶动力学模型建立全新的页岩损失气量计算公式，具体的：
(1)建立拟一级动力学模型
气体在页岩基质中的逸散过程符合一级动力学过程，所以气体在页岩基质中的逸散过程可由拟一级动力学模型来描述，该拟一级动力学模型如下所示：
(2)建立双一阶动力学模型
页岩气解吸逸散具有明显的两段特征：初期快速解吸逸散、后期缓慢解吸逸散，可见，页岩气的逸散包括了两个一级动力学过程，在此基础之上，可建立双一阶动力学模型来描述页岩气的逸散过程，该双一阶动力学模型如下所示：
(3)建立页岩损失气量计算公式
在上述双一阶动力学模型的等式的左右两边同时乘以解吸气量和损失气量之和qt，由于qt中包括了损失气量ql，所以在等式的右边需要减去ql，至此即建立得到如下所示的全新的页岩损失气量计算公式：
qd(t)＝qt[1-[q1 exp(-k1t)+q2 exp(-k2t)〗-qm
其中，qd(t)是在时间t时的解吸气量，cm3/g；qt是解吸气量与损失气量之和，cm3/g；qm是损失气量，cm3/g；q1和q2分别为拟合参数，无量纲，且q2＝1-q1；k1和k2为一阶动力学参数，无量纲。
从上述页岩损失气量计算公式可以看出，该计算公式为解吸气量qd(t)与时间t之间的指数函数。
相较于一级动力学模型、二级动力学模型、单孔扩散模型、双孔扩散模型，双一阶动力学模型能够很好地描述预测页岩气的两段逸散过程，揭示页岩气逸散机理，非常适合用来描述气体在页岩岩石中的扩散逃逸过程。另外，双一阶动力学模型全面考虑了页岩气逸散的一级动力学与以扩散为主的过程，能够获得不同阶段的逸散动力学参数。
所以，以双一阶动力学模型为理论基础建立的页岩损失气量计算方法，可以提高拟合效果和精度，很好地解决过去页岩损失气量计算效果不佳等问题。
步骤2：绘制页岩气解吸曲线
在南华北盆地牟页1井钻井现场，对页岩气钻井的页岩岩心样品进行现场解吸实验，以5min为时间间隔采集解吸气量数据，然后以现场解吸时间为横坐标、以累计解吸气量为纵坐标绘制页岩气解吸曲线。
步骤3：求取页岩损失气量
利用步骤1给出的页岩损失气量计算公式，对步骤2绘制的页岩气解吸曲线进行拟合，根据回归方程即可得到该页岩岩心样品的页岩损失气量ql以及无量纲常数q1、q2、k1和k2的具体数值，其中，拟合曲线如图1所示，回归方程如下：
qd(t)＝9.1[1-[0.95exp(-0.0118t)+0.05exp(-0.0005t)]]-8.3 R2＝0.99
根据该回归方程即可得到该页岩岩心样品的页岩损失气量ql＝8.3cm3/g，总含气量qt＝9.1cm3/g，无量纲常数q1＝0.95、q2＝0.05、k1＝0.0118、k2＝0.0005。
由图1可以看出，拟合曲线与页岩气解吸曲线的吻合程度很高，这说明拟合效果很不错，进而证明了本发明提供的计算方法能够准确获得页岩的损失气量。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种能够准确获得页岩损失气量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立页岩损失气量计算公式
基于双一阶动力学模型建立如下所示的全新的页岩损失气量计算公式：
其中，qd(t)是在时间t时的解吸气量，cm3/g；qt是解吸气量与损失气量之和，cm3/g；qm是损失气量，cm3/g；q1和q2分别为拟合参数，无量纲，且q2＝1-q1；k1和k2为一阶动力学参数，无量纲；
步骤2：绘制页岩气解吸曲线
在钻井现场，对页岩气钻井的页岩岩心样品进行现场解吸实验，以相同的时间间隔采集解吸气量数据，然后以现场解吸时间为横坐标、以累计解吸气量为纵坐标绘制页岩气解吸曲线；
步骤3：求取页岩损失气量
利用步骤1给出的页岩损失气量计算公式，对步骤2绘制的页岩气解吸曲线进行拟合，根据回归方程即可得到该页岩岩心样品的页岩损失气量ql以及无量纲常数q1、q2、k1和k2的具体数值。
2.根据权利要求1所述的能够准确获得页岩损失气量的计算方法，其特征在于，在步骤2中，采集解吸气量数据的时间间隔为5min。
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