頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸技術(shù)優(yōu)化的研究

董周賓

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)大隊(duì))，山東濟(jì)寧 272100)

1 研究現(xiàn)狀

頁(yè)巖氣是主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。作為一種非常規(guī)能源，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康發(fā)展起到積極地推動(dòng)作用[1-4]。頁(yè)巖含氣量是指每噸頁(yè)巖中所含頁(yè)巖氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，測(cè)試方法主要有測(cè)井解釋法、等溫吸附法、現(xiàn)場(chǎng)解吸法等，其中最直接、最經(jīng)濟(jì)的方法是現(xiàn)場(chǎng)解吸法。在鉆探綜合錄井現(xiàn)場(chǎng)使用含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸設(shè)備操作進(jìn)行，方法簡(jiǎn)單易行，成本相對(duì)較低[5]。頁(yè)巖含氣量可作為頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)、儲(chǔ)量計(jì)算的重要依據(jù)[6-8]。目前，國(guó)內(nèi)頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸沿用煤層氣的測(cè)定方法，一般采用USBM法解吸裝置，主要由解吸罐、集氣量筒和恒溫設(shè)備等組成[9-16]。

基于中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心實(shí)施的多項(xiàng)頁(yè)巖氣調(diào)查井鉆探工程項(xiàng)目，隨鉆開(kāi)展了頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸測(cè)試工作。在野外實(shí)際工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分發(fā)育較差暗色烴源巖的解吸含氣量相對(duì)較高，解吸氣體不可燃，顯示甲烷含量較低；而發(fā)育較好暗色烴源巖的解吸含氣量非常低，解吸氣體可燃，顯示甲烷含量較高。二者解吸氣量差異相對(duì)較大，并與解吸氣體成分檢測(cè)結(jié)果情況不符。這種異?，F(xiàn)象在下?lián)P子地區(qū)頁(yè)巖氣調(diào)查井鉆探工程涇頁(yè)1井前期解吸過(guò)程中尤為明顯，直接關(guān)系到錄井成果與地質(zhì)調(diào)查成果報(bào)告的質(zhì)量，很大程度上影響到研究區(qū)域頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查后續(xù)工作的開(kāi)展。

2 現(xiàn)場(chǎng)解吸影響因素調(diào)查

結(jié)合多個(gè)頁(yè)巖氣項(xiàng)目含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸所遇到的數(shù)據(jù)偏差及異常問(wèn)題，對(duì)影響現(xiàn)場(chǎng)解吸含氣量異常區(qū)合理圈定的因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表1所示。

表1 質(zhì)量因素統(tǒng)計(jì)分析表

由表1可見(jiàn)，頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸數(shù)據(jù)異常的原因中操作過(guò)程及方法不規(guī)范占62.26%，是導(dǎo)致頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸數(shù)據(jù)偏差大的主要影響因素。

3 主要因素分析

對(duì)影響頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸操作過(guò)程及方法的影響因素進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證與分析，經(jīng)整理后見(jiàn)圖1，主要包括5大項(xiàng)，14個(gè)末端影響因素，表2分別對(duì)這些末端因素進(jìn)行了驗(yàn)證。

表2 末端因素驗(yàn)證分析表

圖1 因果分析圖

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和測(cè)試驗(yàn)證，解吸儀未調(diào)試好、解吸梯度不當(dāng)和解吸罐未充分裝滿樣品是導(dǎo)致頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的3個(gè)主要原因。

4 現(xiàn)場(chǎng)解吸技術(shù)優(yōu)化的研究

經(jīng)過(guò)對(duì)頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸結(jié)果的主要影響因素的分析，獲取相對(duì)可靠的解吸數(shù)據(jù)需要考慮準(zhǔn)確調(diào)試解吸儀、設(shè)置科學(xué)合理的現(xiàn)場(chǎng)解吸梯度、盡量減少解吸罐內(nèi)水分幾個(gè)方面。

(1)根據(jù)操作說(shuō)明，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行解吸儀操作技能培訓(xùn)，并通過(guò)理論和實(shí)踐雙重考核。將解吸儀精確調(diào)試至工作狀態(tài)，以適應(yīng)錄井現(xiàn)場(chǎng)需求，確保巖心出筒后快速進(jìn)入解吸罐。

(2)解吸時(shí)模擬實(shí)際地層條件，設(shè)置科學(xué)合理的現(xiàn)場(chǎng)解吸溫度梯度和時(shí)間梯度，溫度梯度為20 ℃、50 ℃、110 ℃，時(shí)間梯度為2 h、2 h、3 h，即解吸樣品在20 ℃時(shí)持續(xù)加熱2 h，解吸樣品在50 ℃時(shí)持續(xù)加熱2 h，解吸樣品在110 ℃時(shí)持續(xù)加熱3 h。這個(gè)溫度既可以消除孔隙毛管封閉效應(yīng)，將束縛水快速排出，又不影響有機(jī)質(zhì)及礦物成分變化，有效縮短解吸時(shí)間[17-19]。嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)解吸梯度進(jìn)行作業(yè)，待每一階段現(xiàn)場(chǎng)解吸數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定狀態(tài)后方可進(jìn)行下一階段的梯度操作，溫度梯度和時(shí)間梯度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。

(3)解吸樣品裝罐時(shí)，應(yīng)使解吸罐充分裝滿樣品，必要時(shí)裝入石英顆粒和干燥劑，盡量使解吸罐內(nèi)部水分減少為零，進(jìn)而降低罐內(nèi)水分因解吸過(guò)程中受熱膨脹對(duì)解吸數(shù)據(jù)的影響[20]。

5 解析結(jié)果

通過(guò)頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸技術(shù)的優(yōu)化提高了頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸結(jié)果的精度。在涇頁(yè)1井頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸工作結(jié)束后，對(duì)影響含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸結(jié)果的技術(shù)操作過(guò)程及方法進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到解吸技術(shù)優(yōu)化前后解吸數(shù)據(jù)異常頻率變化圖，如圖2所示。

圖2 解吸技術(shù)優(yōu)化前后異常頻率變化圖

由圖2可看出，解吸操作過(guò)程及方法導(dǎo)致頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸結(jié)果偏差異常的次數(shù)明顯減少，發(fā)生頻率從62.26%降低為22.22%，由原來(lái)的主要問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵饕獑?wèn)題，較好地完成了項(xiàng)目預(yù)定目標(biāo)。項(xiàng)目結(jié)束后，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心組織專家對(duì)頁(yè)巖氣鉆探工程成果報(bào)告進(jìn)行了驗(yàn)收，認(rèn)為本次工作頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸數(shù)據(jù)合理可靠，各項(xiàng)工作量及技術(shù)指標(biāo)均滿足合同任務(wù)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)解吸是現(xiàn)階段頁(yè)巖含氣量測(cè)定的重要方法之一，研究從解吸操作過(guò)程、解吸梯度設(shè)置等方面，提出了頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸方法的優(yōu)化技術(shù)，并在實(shí)踐中驗(yàn)證了優(yōu)化技術(shù)的實(shí)用性，有助于提高頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。今后工作中應(yīng)注重頁(yè)巖含氣量解吸過(guò)程、氣體擴(kuò)散機(jī)理等方面的研究，制定頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為全國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)提供依據(jù)。