頁巖含氣量測試綜述

薛 冰，張忠哲

（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津 300000）

頁巖氣發(fā)育條件及富集機理的特殊性，決定了相應獲取方法和參數(shù)取值的特殊性。頁巖氣以吸附和游離兩種狀態(tài)同時賦存于泥頁巖中[3-5]，天然氣的富集兼具煤層氣、根緣氣和常規(guī)儲層氣的機理特點，表現(xiàn)為典型的天然氣吸附與脫吸附、聚集與逃逸的動態(tài)過程，含氣量的獲取方法需相應調整和考慮?；诿簩託?、致密砂巖氣等含氣量獲取方法并考慮頁巖氣的地質特殊性，目前頁巖氣含氣量獲取方法主要包括以下5種，見表1.

表1 頁巖氣含氣量獲取方法

1 統(tǒng)計法

統(tǒng)計法，是根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計學原理和方法收集、整理、分析已完成的勘探工作和儲量成果，進行量化的分析、總結，建立預測模型，進而預測未發(fā)現(xiàn)油氣資源量并估算總資源量，為相關決策提供依據(jù)和參考。

2 測井解釋法

測井解釋法是通過測井手段獲得頁巖含氣量的方法。通過現(xiàn)代測井技術手段能夠很方便地獲得巖石孔隙度、含氣飽和度、有機碳等參數(shù)。測井解釋法求取頁巖含氣量，就是通過頁巖的物性參數(shù)獲得頁巖的游離氣量，然后通過有機碳含量和吸附氣的經驗公式獲得頁巖的吸附氣含量，頁巖含氣量為游離氣和吸附氣之和。

不同測井曲線對于不同地層特征及含氣性具有不同的測井響應，依據(jù)沉積背景，結合聲波時差、地層電阻率曲線計算地層TOC隨深度的變化關系。頁巖的總有機碳含量與頁巖對天然氣的吸附能力之間存在正相關的線性關系。在相同壓力下，頁巖有機碳含量越高，甲烷吸附量越高。利用地化實驗不同井、不同深度、同一目的層段的實測TOC和等溫吸附氣之間的配套關系，確定了不同目的層段吸附氣含量與TOC關系的計算參數(shù)：

3 等溫吸附法

等溫吸附實驗是頁巖測試技術中不可缺少的重要組成部分。由于頁巖氣是以吸附狀態(tài)賦存于泥頁巖之中，因此需要人為降低儲層壓力，使吸附態(tài)的甲烷氣體解吸變?yōu)橛坞x態(tài)。然而，目前普遍將解吸看作是吸附的逆過程，可以簡單地用Langmuir方程來表達。等溫吸附曲線是確定其臨界吸附/解吸壓力的重要途徑，它是指在固定的溫度條件下，以逐步加壓的方式使已經脫氣的干燥泥頁巖樣品重新吸附甲烷，據(jù)此建立的壓力和吸附氣量的關系曲線，反映了頁巖對甲烷氣體的吸附能力。在給定的溫度下，頁巖中被吸附的氣體壓力與吸附量呈一定的函數(shù)關系，代表了頁巖中游離氣與吸附氣之間的一種平衡關系，由等溫吸附線得到的氣體含量反映了頁巖儲層所具有的最大容量。

等溫吸附獲得的是頁巖的最大吸附含氣量，其結果往往比通過解吸法測得的結果大，反映了頁巖樣品對天然氣的吸附能力，因此等溫吸附實驗一般用來評價頁巖的吸附能力，確定頁巖含氣飽和度的等級，在求取頁巖含氣量大小時一般不用，只有缺少現(xiàn)場解吸實驗數(shù)據(jù)時才用來定性地比較不同頁巖含氣量的大小。

4 現(xiàn)場解吸法

頁巖快速解吸法中頁巖含氣量分為3部分，即解吸氣量、損失氣量和殘余氣量。解吸法測量頁巖含氣量時，其準確性主要取決于2點：①設法減少損失氣量；②實測解吸量時應模擬地層條件，尤其是地層溫度條件，這樣既能反映頁巖中氣體在地層原始條件下的解吸速率，又能使損失氣量的計算更加準確。損失氣量是指巖心快速取出，現(xiàn)場直接裝入解吸罐之前釋放出的氣量。損失氣量是頁巖含氣量的重要組成部分，在鉆井取心過程中，天然氣散失不可避免，取心方式、測定方法、逸散時間以及損失氣量的估算方法都影響到損失氣量的大小。頁巖殘余氣量是指終止解吸后仍留在巖心中的氣體。頁巖解吸完畢后，將巖心樣品使用球磨機粉碎后放入恒溫裝置，殘余氣量即為待恢復儲層溫度后測量解吸出的氣體總量，再換算成地面標準狀態(tài)下的體積，最后計算成單位質量的含氣量。

5 圖版法

頁巖氣既要考慮頁巖孔隙、裂縫空間內的游離氣，也要考慮吸附于黏土顆粒有機物表面的吸附氣，所以頁巖氣資源主要包括兩部分，即游離氣資源量和吸附氣資源量之和：Q＝Q游離氣＋Q吸附氣.

根據(jù)干酪根頁巖吸附氣含量計算公式與游離氣含量計算公式可以得到頁巖含氣量q的計算公式，結合公式得到I、II、III型干酪根頁巖含氣量理論計算值，并得到不同有機碳含量和孔隙度情況下的含氣量。圖1為I、II型干酪根頁巖含氣量部分圖版。

圖1 I、II型干酪根頁巖含氣量部分圖版（TOC＝0.5%）

從上述圖版可以看出，頁巖含氣量與深度呈正相關關系，但增大幅度隨深度逐漸減小，頁巖含氣量增大不明顯，這可能因頁巖吸附氣含量與游離氣含量增長不同步造成[4]。在TOC和孔隙度一定時，相同深度的不同有機質類型頁巖含氣量具有相對差異，主要是由于不同有機質類型頁巖干酪根吸附能力具有差異[5]。

6 結論

通過比較采用統(tǒng)計法、圖版法、測井解釋法、等溫吸附法及現(xiàn)場解吸法對含氣量進行預測，由于不同方法的適用條件不同，所得含氣量的準確性也有差異。圖版法是在一定條件下對含氣量的理論計算，考慮因素較少，所得含氣量能為快速評價頁巖氣資源潛力和預測有利區(qū)提供參考，適合在頁巖氣勘探階段使用。測井解釋法通過對吸附氣量和游離氣量的理論求解，來求取含氣量，這種方法是建立在大量統(tǒng)計結果的基礎上，所得TOC有一定的誤差，進而影響到吸附氣量的計算。但在無現(xiàn)場解吸和等溫吸附數(shù)據(jù)的情況下，測井解釋法計算含氣量可以作為參考。等溫吸附法所得的是頁巖的吸附氣量，反映了頁巖的最大吸附能力，由于頁巖氣主要為吸附氣和游離氣，并且頁巖不一定為飽和吸附狀態(tài)，所以等溫吸附法所獲得的含氣量并不等同于實際含氣量，但在無現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)的情況下可以作為含氣量的有效參考?，F(xiàn)場解析法雖然在損失氣量測定中存在一定誤差，無法準確地獲取含氣量真實值，不過相對于目前勘探和生產實踐，該方法基本可以滿足對含氣量的精度要求，是現(xiàn)有含氣量獲取方法中最為準確的。

總體而言，幾種含氣量獲取方法在一定程度上都能反映頁巖的含氣量，在不同勘探程度的地區(qū)采用適當?shù)姆椒?，才能更好地預測含氣量。