一種考慮氣藏特征的頁巖含氣量計算方法
——以四川盆地及其周緣焦頁1井和彭頁1井為例

李東暉，聶海寬

(1.頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室，北京 100083； 2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 3.中國石油化工集團公司 頁巖油氣勘探開發(fā)重點實驗室，北京 100083)

頁巖氣作為一種重要的天然氣資源，開發(fā)利用在國內(nèi)受到高度重視[1]。含氣量是頁巖氣選區(qū)評價、儲量計算、產(chǎn)能預(yù)測和頁巖氣藏評價的重要內(nèi)容，也是決定頁巖氣藏是否具有工業(yè)開采價值的主要因素之一[2-4]，是頁巖氣勘探開發(fā)的最重要的參數(shù)。目前獲得頁巖含氣量的途徑主要是通過現(xiàn)場解吸、等溫吸附+孔隙度測試和測井計算等方法[5]，其中等溫吸附主要測定頁巖的吸附能力、孔隙度主要測定游離氣的賦存能力，并不代表真實的含氣量；測井計算獲得含氣量需要依據(jù)測井曲線和實測含氣量建立某種關(guān)系，擬合出計算含氣量的公式，其計算精度主要依據(jù)實測含氣量的精度而定。本文重點討論頁巖的現(xiàn)場解吸、尤其是損失氣含量的計算問題。

現(xiàn)場解吸是通過將鉆井巖心放入解吸裝置獲得解析氣含量的一種方法，能較準(zhǔn)確刻畫頁巖的地下含氣量，其總含氣量由解吸氣、損失氣和殘余氣3部分構(gòu)成[6]，解吸氣含量是巖心裝入解吸罐后利用解吸儀測定的氣量，殘余氣含量是解吸終止后把巖心磨碎測定的無法解吸出的殘留氣體量，損失氣含量是巖心提鉆和地面暴露過程中逸散的氣量。目前頁巖氣解吸測試直接借鑒煤層氣解吸測試方法，其中解吸氣量與殘余氣量均是通過實驗直接測出的實驗數(shù)據(jù)，誤差相對較小。損失氣量主要基于取心到裝入解吸罐的損失時間和實測解吸數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)計算求取。目前對損失氣量的計算包括USBM法、Smith-Williams法、下降曲線法、Amoco法、改進的直接法等多種解吸數(shù)據(jù)處理方法[7]，比較常用的是USBM(United States Bureau of Mine)方法及其改進方法[8-11]。

在早期頁巖含氣量評價中，這種計算方法起了積極作用，隨著頁巖氣生產(chǎn)井增多，該方法獲得的含氣量與井的實際產(chǎn)能逐漸出現(xiàn)矛盾。如截至2017年12月，焦石壩累產(chǎn)量最高的頁巖氣井產(chǎn)氣超過2.5×108m3，已超過按照目前所認識的含氣量、壓裂可動用體積計算的可采儲量，說明目前對頁巖氣賦存機理的認識有待深入，對含氣量、尤其是損失氣含量的計算認識不足，頁巖的含氣量可能遠大于我們目前的認識。由于煤層氣和頁巖氣的差異性，煤層氣損失氣量估算方法應(yīng)用于頁巖氣存在不確定性[12-16]，目前采用的USBM方法及其改進方法不適應(yīng)中國頁巖埋藏較深的特點，不能客觀計算損失氣量及地下頁巖的真實含氣量，因此有必要研究適合中國頁巖氣特點的含氣量測試方法[17]。進一步，姚光華等[18]提出了一種預(yù)加壓測試頁巖含氣量的新方法，可以規(guī)避損失氣量的計算，大幅度提高測試精度。此種方法需要已知地層壓力和儲層溫度，并采用反演的辦法模擬地下頁巖的含氣量。

考慮到頁巖氣藏壓力較大、巖心損失時間較長，損失氣量較大，約占總氣量的40%～80%，因此計算方法的適用性對損失氣量的求取至關(guān)重要，同時也對提高頁巖含氣量測試精度具有重要意義。鑒于“密閉取心”方法較高的價格和取心過程中的不確定性(容易漏氣)，獲得非密閉取心并在解吸裝置解吸仍然是目前主要采用的技術(shù)方法，取心過程中的損失氣永遠是計算的難點，這就要求基于頁巖氣藏特征、損失氣散失特點，探索新的損失氣量的計算模型。

1 頁巖氣逸散特征及損失氣量計算新方法

1.1 頁巖氣瞬間逸散特征

在現(xiàn)場測試頁巖含氣量時，實際的損失氣量包括兩部分，一是在鉆頭鉆遇頁巖氣層的瞬間由于壓力平衡的破壞，迅速散失的大量游離態(tài)天然氣；二是巖心在提鉆過程中因溫度和壓力的改變而從巖心中逐漸逸散的天然氣。USBM法等方法計算頁巖損失氣量時，多通過數(shù)學(xué)回歸方法計算提鉆過程中的損失氣量，而忽略了鉆遇巖心瞬間散失的天然氣，實際上在頁巖氣藏尤其是高溫高壓頁巖氣藏中，這部分損失氣量是不可忽視的。

本文對鉆遇巖心瞬間的頁巖氣逸散特征進行分析，并根據(jù)頁巖巖心中天然氣的受力機理來研究瞬間散失氣量的計算方法。研究過程中，頁巖巖心的基本屬性仍基于USBM法基本假設(shè)，即①巖樣為圓柱形；②擴散過程中溫度恒定；③擴散速率恒定；④擴散時表面濃度為零；⑤從巖石表面到孔隙的擴散過程瞬間完成。在鉆遇氣層的瞬間，頁巖氣藏的壓力平衡被破壞，此時孔隙內(nèi)的游離氣是否瞬間逸散主要取決于兩個力的作用：①孔隙壓力(pa)，來源于孔隙內(nèi)天然氣分子的壓縮，使得天然氣有逸出巖心表面、進入井筒的動力；②毛細管壓力(pc)，其在鉆井過程中泥漿接觸巖心表面，泥漿中的油/水在喉道中形成兩相彎液面，產(chǎn)生毛細管壓力(圖1)。

由于相對于天然氣，鉆井泥漿屬于潤濕性流體，天然氣屬于非潤濕性流體，即毛細管壓力屬于阻力，阻止天然氣逸出。因此，鉆遇頁巖氣藏時天然氣瞬間逸出必須滿足孔隙壓力大于毛細管壓力的條件，即pa>pc。其中巖心的孔隙壓力pa即頁巖氣藏壓力，毛細管壓力pc的大小則與毛細管半徑、天然氣、泥漿(水)的表面張力和接觸角的大小相關(guān)，公式為：

(1)

式中:r表示毛細管半徑，m；σ表示氣液表面張力，N/m；θ表示接觸角,(°)。

對于1 nm的喉道，毛細管壓力達到104 MPa；對于500 nm喉道，毛細管壓力為0.208 MPa[17]。根據(jù)受力機理分析，毛細管力小于孔隙壓力(氣藏壓力)的喉道內(nèi)，天然氣將在鉆遇巖心的瞬間散失；而毛細管力大于孔隙壓力的喉道內(nèi)，氣體將被封存在頁巖氣藏中。因此，可以根據(jù)頁巖儲層中孔喉的比例定量計算鉆遇巖心時天然氣的瞬時散失量。根據(jù)毛細管力公式可知，游離氣可瞬間逸散的最小毛細管半徑為：

(2)

式中:rins表示游離氣可瞬間逸散的最小毛細管半徑，m。

瞬間逸散氣量為：

Vins=V0Φ(rins,∞)

(3)

式中:Vins表示地面條件下瞬間逸散氣體積，m3/t；V0表示地面條件下游離氣體積，m3/t；Φ(rins,∞)表示頁巖巖心中孔喉半徑大于r0的孔隙體積所占比例，%。

游離氣含量的計算主要是基于壓力、頁巖總孔隙體積等參數(shù)，游離氣量V0是壓力和偏差因子的函數(shù)，假設(shè)單位質(zhì)量頁巖的總孔隙體積為VP，儲層壓力p0，由于地下頁巖氣藏均有一定程度的水和其它雜質(zhì)，游離氣并沒有充滿孔隙空間，而是有一定的飽和度Sg,則單位質(zhì)量頁巖內(nèi)的游離氣在地面溫度和壓力狀況下體積為:

圖1 頁巖氣藏孔隙內(nèi)的壓力平衡示意圖Fig.1 A schematic diagram of pressure balance in the pores of the shale gas reservoirr.毛細管半徑；pc.毛細管壓力；pa.孔隙壓力;θ.接觸角

(4)

因此，對于頁巖氣藏而言，瞬間逸散氣量與頁巖的儲層壓力和孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)，其公式為：

(5)

式中:Vp表示頁巖巖心中的孔隙總體積，m3/t；Sg表示頁巖含氣飽和度，%；Z0表示地面溫度和壓力下甲烷偏差因子；Zi表示儲層溫度和壓力下甲烷偏差因子；T0表示地面溫度，K；Ti表示儲層溫度，K；P0表示大氣壓，MPa；Pi表示儲層壓力，MPa。

1.2 含氣量計算新方法

本方法通過鉆完井?dāng)?shù)據(jù)及巖心測試得到頁巖氣藏的儲層壓力、孔隙結(jié)構(gòu)、頁巖取心時間、解吸巖心質(zhì)量、解吸氣含量和解吸時間等數(shù)據(jù)，根據(jù)上節(jié)所述方法計算瞬間逸散的損失氣量，由解吸氣含量和解吸時間等數(shù)據(jù)計算巖心的解吸速率，進而確定提鉆過程中的損失氣量。其中解吸速率由解吸含氣量和解吸時間算出，取總含氣量和總解吸時間計算平均的解析速率，假設(shè)提鉆過程中勻速提鉆，泥漿比重不變，壓降呈線性，頁巖的解吸速率一定，則可以根據(jù)起鉆時間(含地面裝樣時間)，算出提鉆過程中的損失氣含量。頁巖氣儲層孔隙類型復(fù)雜，根據(jù)頁巖氣賦存機理，頁巖氣藏中在孔徑小于2 nm的孔隙中，頁巖氣主要以微孔充填的形式存在[19-20]，因此這部分頁巖氣不會在鉆遇瞬間迅速散失，是起鉆過程和解吸過程中解吸氣體的主要組成部分。

損失氣量包括瞬間散失量、起鉆過程中散失量(含地面裝樣時間)?？偤繛閾p失氣量、解吸氣量和殘余氣量之和。具體計算方法為：

1) 確定頁巖氣藏壓力(可通過測井、現(xiàn)場實測和聲波時差等算法獲得)、埋深、巖心提鉆時間和解吸氣含量等數(shù)據(jù)。

2) 基于解吸氣含量和巖心提鉆時間計算氣體解吸速率。

巖心放入解吸罐以后，基于現(xiàn)場解吸含氣量和解吸時間計算解吸速率：

qdes=Qdes/t

(6)

式中:qdes表示頁巖氣解吸速率，cm3/min；Qdes表示頁巖巖心累積解吸氣量，cm3；t表示累積解吸時間，min。

3) 提鉆和地面裝樣過程中的巖心損失氣量采用解吸速率乘以對應(yīng)時間獲得，其計算公式為：

(7)

式中:Vris表示提鉆過程中的損失氣量，m3/t；m表示頁巖巖心的質(zhì)量，g；Tris表示提鉆時間，min；Texp表示地面暴露時間，min。

4) 計算巖心的總損失氣量

頁巖的總損失氣量即為瞬間逸散的損失氣量和提鉆過程中的損失氣量之和，計算公式為：

(8)

式中:Vlos表示地面條件下頁巖損失氣含量，m3/t。

5) 總含氣量計算

如上文所述，頁巖的總含氣量為解吸氣量、損失氣量及殘余氣量之和，其中解吸氣量和殘余氣量均可通過實驗測試獲得，其計算公式為：

Vtot=Vlos+Vdes+Vres

(9)

式中:Vres表示地面條件下頁巖殘余氣含量，m3/t；Vdes表示地面條件下頁巖解吸氣含量，m3/t；Vtot表示地面條件下頁巖總含氣量，m3/t。

1.3 含氣量計算實例分析

為了驗證本文提出的損失氣量的新算法，以四川盆地涪陵頁巖氣田超壓頁巖氣藏JY1井和渝東地區(qū)桑柘坪向斜彭水常壓頁巖氣藏PY1井為例，在現(xiàn)場解吸的基礎(chǔ)上，對含氣量進行計算并與傳統(tǒng)算法進行比較。

1.3.1 超壓頁巖氣藏

涪陵氣田焦石壩區(qū)塊埋藏深度約2 400～2 600 m，原始氣藏壓力系數(shù)為1.35～1.55，為高含氣飽和度的超壓頁巖氣藏[21]，儲層可分為下部頁巖和上部頁巖，其中下部是優(yōu)質(zhì)頁巖段，為區(qū)塊的頁巖氣主力產(chǎn)層[22]。JY1井的儲層溫度為80 ℃，初始地層壓力38 MPa，壓力系數(shù)為1.55，共取樣品31個，單個樣品重量約為6 000 g，巖心的提鉆時間為8 h，地面暴露時間為1 h，取樣深度為2 330～2 415 m，其中2 330～2 378 m為上部頁巖，解吸速率為20 cm3/(g·min)，2 378～2 415 m為下部頁巖，解吸速率為40 cm3/(g·min)。依據(jù)毛細管力公式(2)可知，JY1井游離氣瞬間逸散的最小毛細管半徑為2.7 nm。根據(jù)該井5個檢測樣品的孔隙結(jié)構(gòu)可知，JY1井五峰組—龍馬溪組頁巖巖心的喉道半徑大于3 nm的孔隙約占總孔隙的31.4%～61.0%，平均為40.5%，基于本方法的假設(shè)，鉆遇巖心的瞬間游離氣的瞬間散失比例為31.4%～61.0%(圖2)。

焦石壩頁巖氣藏儲層條件(80 ℃，38 MPa)下甲烷的偏差因子為1.046，頁巖密度為2.5 t/m3,下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段(2 378～2 415 m)孔隙度約為6%，上部頁巖層段的(2 330～2 378 m)孔隙度約為4%。地層巖石均含有束縛水[23]，根據(jù)對焦石壩氣田含氣飽和度的研究，下部優(yōu)質(zhì)頁巖段的含氣飽和度為80%～90%，上部頁巖段的含氣飽和度為50%～60%，因此由式(4)計算可知，下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段的游離氣量約為6.70 m3/t，上部頁巖段的游離氣量約為2.98 m3/t。根據(jù)公式(5)計算，優(yōu)質(zhì)頁巖層段巖心瞬間逸散的損失氣量Vins為2.10～4.09 m3/t，平均2.71 m3/t；上部頁巖層段巖心瞬間逸散的損失氣量Vins為0.94～1.82 m3/t，平均1.21 m3/t。總損失氣量可依據(jù)式(8)計算，JY1井下部頁巖層段的總損失氣量為5.90～7.84 m3/t，平均約為6.38 m3/t，上部頁巖層段的總損失氣量為2.92～3.09 m3/t，平均約為3.0 m3/t?？偤瑲饬扛鶕?jù)公式(9)計算，JY1井下部頁巖層段的總含氣量為6.87～9.02 m3/t，平均7.47 m3/t，上部頁巖層的總含氣量為3.25～3.82 m3/t，平均3.64 m3/t(圖3)，明顯高于常用算法計算的總含氣量(下部層段總含氣量3.55～5.19 m3/t，平均4.42 m3/t；上部層段總含氣量0.44～2.83 m3/t，平均1.12 m3/t)。

需要說明的是，計算采用的JY1井游離氣瞬間逸散的最小毛細管半徑為2.7 nm，但在孔徑測試時，受壓汞和氣體聯(lián)合測試的手段和時間的限制，僅有3 nm的孔徑數(shù)據(jù)，很難估計2.7～3 nm的孔喉半徑的孔隙占總孔隙的比例，因此，實際上的瞬間損失氣量比文中計算的略大。

圖2 四川盆地涪陵頁巖氣田JY1井檢測樣品孔隙結(jié)構(gòu)統(tǒng)計對比Fig.2 The statistical comparison of pore structures of samples from Well JY 1 in Fuling shale gas field in Sichuan Basin

圖3 四川盆地涪陵頁巖氣田JY1井五峰組-龍馬溪組常規(guī)計算含氣量與考慮氣藏特征計算含氣量對比Fig. The comparison of the gas content of conventional desorption method and that considering gas veservoir characteristics from Well JY1 in Wufeng-Longmaxi Formations in Fuling shale gas field in Sichuan Basin

1.3.2 常壓頁巖氣藏

PY1井的儲層溫度為80 ℃，初始地層壓力21 MPa，壓力系數(shù)為0.9，共取樣品25個，單個樣品重量約為4 000 g,巖心的提鉆時間為7 h，地面暴露時間為1 h，取樣深度為2 080～2 157 m，其中2 080～2 138 m為上部頁巖，解吸速率為10 cm3/(g·min)，2 138～2 157 m為下部頁巖，解吸速率為20 cm3/(g·min)。依據(jù)毛細管力公式(2)可知，PY1井游離氣瞬間逸散的最小毛細管半徑為4.9 nm。根據(jù)3個檢測樣品的孔隙結(jié)構(gòu)圖可知，彭水區(qū)塊巖心的吼道半徑大于5 nm的孔徑占總孔隙的比例在8.5%～18.6%，平均14.0%。即PY1井頁巖取心過程中游離氣的瞬間散失比例為8.5%～18.6%，平均14.0%，明顯低于超壓頁巖氣藏(圖4)。

在彭水區(qū)塊儲層條件(80 ℃，21 MPa)下甲烷的偏差因子為0.923，頁巖密度為2.5 t/m3，下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段(2 138～2 160 m)的孔隙度約為4.5%，上部頁巖層段(2 080～2 138 m)的孔隙度約為4%。根據(jù)對彭水區(qū)塊含氣飽和度的研究，下部優(yōu)質(zhì)頁巖段的含氣飽和度為50%～60%，上部頁巖段的含氣飽和度為30%～40%，因此由式(4)計算可知，下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段的游離氣量約為2.18 m3/t，上部頁巖層段的游離氣量約為1.29 m3/t。根據(jù)公式(5)計算，下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段巖心瞬間逸散的損失氣量Vins為0.19～0.41 m3/t，平均0.31 m3/t；上部頁巖層段巖心瞬間逸散的損失氣量Vins為0.11～0.24 m3/t，平均0.18 m3/t?？倱p失氣量可依據(jù)式(8)計算，PY1井下部頁巖層段的總損失氣量為2.64～2.88 m3/t，平均2.75 m3/t，上部頁巖層段的總損失氣量為1.33～1.45 m3/t，平均1.38 m3/t?？偤瑲饬扛鶕?jù)公式(9)計算，PY1井下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段計算的總含氣量為3.18～4.29 m3/t，平均3.83 m3/t，上部頁巖層段計算的總含氣量為1.67～2.28 m3/t，平均1.94 m3/t(圖5)，明顯高于常用算法計算的總含氣量(下部層段總含氣量0.90 m3/t～2.46 m3/t，平均1.82 m3/t；上部層段總含氣量0.47 m3/t～1.70 m3/t，平均0.89 m3/t。

圖4 渝東地區(qū)桑柘坪向斜PY1井檢測樣品孔隙結(jié)構(gòu)統(tǒng)計對比Fig.4 The statistical comparison of pore structures of samples from Well PY 1 in Sangzhiping syncline in eastern Chongqing area

2 方法驗證

為了驗證本文提出的“考慮氣藏壓力的頁巖含氣量計算方法”可行性，采用理論計算頁巖含氣量法和依據(jù)頁巖氣井生產(chǎn)特征計算法兩種方法驗證損失氣量和總含氣量計算方法的可靠性。

2.1 理論計算驗證

根據(jù)頁巖氣賦存狀態(tài)，頁巖含氣量包括吸附氣、游離氣和溶解氣三部分[24-25]，通常情況下這三部分含氣量很難測試和準(zhǔn)確評價?？紤]到溶解氣在頁巖含氣量構(gòu)成中所占比例十分微小，在計算含氣量時可以忽略不計，頁巖含氣量可近視認為吸附氣含量和游離氣含量之和[26]。

受目前等溫吸附實驗條件的限制，最高測試壓力僅為30 MPa左右，不能模擬焦石壩地下38 MPa的壓力下等溫吸附能力，因此，只能目前最大壓力下測試的等溫吸附能力近似之[27-28]。等溫吸附試驗表明JY1井下部優(yōu)質(zhì)頁巖在近似地層條件下(27 MPa，80 ℃，TOC含量4.52%)頁巖吸附氣量約為2.28 m3/t，按照焦石壩氣田下部優(yōu)質(zhì)頁巖段的含氣飽和度為80%～90%，根據(jù)公式(4)計算可知，下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段的游離氣含量為5.95～6.70 m3/t，則理論總含氣量為8.23～8.97 m3/t，與本文采用新方法計算的下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段的含氣量值(6.87～9.02 m3/t，平均7.47 m3/t)處于可對比的區(qū)間范圍。上部頁巖層段的含氣飽和度為50%～60%，根據(jù)公式(4)計算可知，上部頁巖層段的游離氣含量為2.48～2.98 m3/t，由于上部氣層頁巖的有機碳含量明顯降低，平均只有下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段的一半，即2%左右，按照有機碳和吸附氣含量的關(guān)系，類比計算上部頁巖的吸附氣量約為1.14 m3/t，則上部頁巖層段的理論總含氣量為3.62～4.12 m3/t，與本文采用新方法計算的上部頁巖層段含氣量值(3.25～3.82 m3/t，平均3.64 m3/t)相當(dāng)，說明本文提出的新方法與理論計算的總含氣量吻合良好。

圖5 渝東地區(qū)桑柘坪向斜PY1井五峰組-龍馬溪組常規(guī)計算含氣量與考慮氣藏特征計算含氣量對比Fig.5 The comparison of gas content obtained by conventional desorption method and that considering gas reserveir characteristics in Well PY1 in Wufeng-Longmaxi Formations in Sangzhiping syncline in eastern Chongqing area

彭水區(qū)塊屬于常壓頁巖氣藏，在近似地層條件下(20 MPa，80 ℃，TOC含量4.52%)頁巖吸附氣量約為2.19 m3/t[22]，按照彭水地區(qū)下部優(yōu)質(zhì)頁巖段的含氣飽和度為40%～50%，根據(jù)公式(4)計算可知，下部優(yōu)質(zhì)頁巖的游離氣含量為1.45～1.82 m3/t，理論計算的總含氣為3.64～4.01 m3/t，與本文采用新方法計算的下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段含氣量值(3.18～4.29 m3/t，平均3.83 m3/t)處于可對比的區(qū)間范圍。上部氣層頁巖的含氣飽和度為30%～40%，根據(jù)公式(4)計算可知，上部優(yōu)質(zhì)頁巖層段的游離氣含量為0.97～1.29 m3/t，PY1井上部氣層頁巖的有機碳含量明顯降低，平均只有下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段的一半，即2%左右，按照有機碳和吸附氣含量的關(guān)系，類比計算上部頁巖的吸附氣量約為1.09 m3/t，因此，上部頁巖層段理論計算的含氣為2.06～2.39 m3/t，與本文采用新方法計算的上部頁巖層段含氣量值(1.67～2.28 m3/t，平均1.94 m3/t)具有一定的可比性，說明本文提出的新方法與理論計算的總含氣量吻合良好。

2.2 頁巖氣井生產(chǎn)特征驗證

根據(jù)焦石壩頁巖氣田氣井生產(chǎn)特征，對于試采超過2年以上的頁巖氣井，其動態(tài)儲量的計算較為準(zhǔn)確。我們對焦石壩區(qū)塊當(dāng)前累產(chǎn)氣量最高的JYA井和一口重復(fù)壓裂井JYB井的生產(chǎn)動態(tài)、儲量動用進行分析，計算頁巖含氣量，并驗證損失氣量和總含氣量計算方法的可靠性。JYA井和JYB井均位于焦石壩頁巖氣田核心區(qū)，基本地質(zhì)條件和含氣量與JY1井具有一致性。

考慮到頁巖儲層地質(zhì)特征和壓裂工藝等因素的影響，在壓裂過程中井控范圍內(nèi)的儲層并不能全部被壓開改造，這會影響井間儲層動用狀況，一般認為氣井的動態(tài)儲量約占SRV(Stimulated Reservoir Volume儲層改造體積)區(qū)內(nèi)頁巖總含氣量的60%(圖6)，即SRV改造區(qū)內(nèi)的頁巖氣采收率η為0.6[29]。因此，根據(jù)頁巖氣井的動態(tài)儲量G0、巖石密度ρ、水平段長度Le、壓裂裂縫半長Xf和縫高H可大致估算SRV區(qū)內(nèi)的頁巖總含氣量Vtot，公式為：

(10)

式中:G0表示動態(tài)儲量，108m3；ρ表示巖石密度，t/m3；Le表示水平段長度，m；Xf表示壓裂裂縫半長，m；H表示壓裂裂縫縫高，m。

式中水平段長Le已知，壓裂裂縫半長Xf可根據(jù)壓裂施工參數(shù)、試采井動態(tài)分析結(jié)果和微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)采用RTA擬合和試井解釋等不同方法評價獲得；根據(jù)微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)、上部層段頁巖氣井氣藏壓力與未投產(chǎn)前的下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段的壓力相近(說明下部優(yōu)質(zhì)頁巖氣井生產(chǎn)并未動用上部氣藏，也即裂縫未溝通上部頁巖層段氣藏)可以確定焦石壩區(qū)塊縫長約為200 m，縫高分布在20～40 m。

2.2.1 JY A井

JYA井水平段長度為1 900 m，優(yōu)質(zhì)頁巖層穿行率為100%，已累產(chǎn)頁巖氣2.5×108m3。利用RTA軟件對氣井的生產(chǎn)動態(tài)參數(shù)進行評價(圖7)，預(yù)測其可采儲量為3.2×108m3，根據(jù)壓裂施工參數(shù)和微地震檢測結(jié)果，該井取半縫長200 m，縫高30 m。根據(jù)公式(10)可知，SRV改造區(qū)范圍內(nèi)的頁巖含氣量約為9.35 m3/t，與按本文提出的考慮氣藏壓力的頁巖含氣量計算方法計算的JY1井下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段含氣量上限9.02 m3/t接近，說明本方法計算結(jié)果與頁巖氣井生產(chǎn)特征基本相符。

2.2.2 JY B井

JYB井優(yōu)質(zhì)頁巖層穿行率為93%，初次壓裂施工6段，試氣長度為381.5 m。利用RTA軟件對氣井的生產(chǎn)動態(tài)參數(shù)進行評價，預(yù)測其可采儲量為0.49×108m3，同樣取半縫長200 m，縫高30 m。根據(jù)公式(10)可知，該井SRV改造區(qū)范圍內(nèi)的頁巖總含氣量約為7.3 m3/t，與按本文提出的考慮氣藏壓力的頁巖含氣量計算方法計算的JY1井下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段含氣量平均值7.47 m3/t接近，說明本方法計算結(jié)果與頁巖氣井生產(chǎn)特征基本相符。截至該井準(zhǔn)備重復(fù)壓裂關(guān)井，累產(chǎn)天然氣達到2 888×104m3。該井在重復(fù)壓裂施工工程中未射新孔，重壓后45天內(nèi)井口壓力下降至與輸壓持平，并關(guān)井，累計產(chǎn)氣334×104m3，氣井重復(fù)壓裂后穩(wěn)產(chǎn)能力差，效果不佳。說明初始SRV改造區(qū)內(nèi)的所剩天然氣，大部分為吸附氣和賦存在孔徑小于2 nm孔隙的充填氣，只能依靠關(guān)井壓力恢復(fù)、吸附氣解吸的方式生產(chǎn)。分析認為本次重復(fù)壓裂施工欲堵老縫、壓新縫的目的未能達到，建議后續(xù)重復(fù)壓裂的施工應(yīng)考慮重新射孔工藝，針對初次壓裂未波及區(qū)域，重新進行壓裂。

圖6 頁巖氣水平井SRV改造區(qū)示意圖Fig.6 The SRV area of shale gas horizontal wellρ.巖石密度； Le.水平段長度；Xf壓裂裂縫半長

圖7 四川盆地涪陵頁巖氣田A井生產(chǎn)特征擬合曲線Fig. Production feature fitting curve of Well A in Fuling shale gas field in Sichuan Basin

綜上所述，采用本文提出的含氣量計算方法計算的JY1井下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段損失氣量為5.90～7.84 m3/t，平均為6.38 m3/t，總含氣量6.87～9.02 m3/t(平均7.47 m3/t)和PY1井下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段損失氣量為2.64～2.88 m3/t，平均2.75 m3/t，總含氣量3.18～4.29 m3/t (平均3.83 m3/t)，明顯高于傳統(tǒng)算法計算的損失氣量和總含氣量的數(shù)值，并且與理論計算結(jié)果、依據(jù)焦石壩頁巖氣井生產(chǎn)特征計算的頁巖含氣量基本相符。本方法在考慮地層壓力的條件下計算損失氣含量，從而保證了損失氣量獲取的可靠性和精確性，為頁巖氣藏儲量計算、產(chǎn)能預(yù)測和評價提供可靠保障，適合不同壓力條件的頁巖氣藏，尤其適用于高壓頁巖氣藏損失氣量的恢復(fù)計算。

3 結(jié)論與認識

1) 綜合考慮頁巖氣藏特征、儲層類型及特征、孔隙結(jié)構(gòu)、孔喉大小、氣藏壓力、取心時間、解吸氣含量和解吸時間的損失氣含量等因素，重點考慮了鉆遇巖心時的瞬間散失氣量和解吸速率，提出了一種計算損失氣含量和含氣量的新方法，可有效提高異常高壓頁巖氣藏損失氣含量的計算準(zhǔn)確度。

2) 采用本文所提出計算方法，JY1井下部優(yōu)質(zhì)頁巖層段的損失氣量為5.90～7.84 m3/t，平均為6.38 m3/t，總含氣量范圍為6.87～9.02 m3/t，平均7.47 m3/t;上部頁巖層段的損失氣量為2.92～3.09 m3/t，平均3.00 m3/t，總含氣量為3.25～3.82 m3/t，平均3.64 m3/t。

3) 采用本文所提出計算方法，PY1井優(yōu)質(zhì)頁巖層段的損失氣量為2.64～2.88 m3/t，平均2.75 m3/t，總含氣量為3.18～4.29 m3/t，平均3.83 m3/t；上部頁巖層段的損失氣量為1.33～1.45 m3/t，平均1.38 m3/t，總含氣量范圍為1.67～2.28 m3/t，平均1.94 m3/t。

4) 采用本文提出的含氣量計算方法計算的JY1井和PY1井的含氣量，明顯高于傳統(tǒng)算法計算的損失氣量和總含氣量的數(shù)值，并且與理論計算法和依據(jù)焦石壩頁巖氣井生產(chǎn)特征計算法兩種方法對本文提出的計算方法進行了驗證，吻合度較好，說明本計算方法能夠獲得比較接近地質(zhì)實際的總含氣量數(shù)據(jù)，能有效提高頁巖氣藏儲量計算的可靠性。