页岩超临界态吸附气量计算模型

页岩吸附气量是决定页岩气井开发价值和开发寿命的关键性参数，也是能否成功进行开发的重要参考因素。由于现有的适用于亚临界态的单分子层吸附的兰格缪尔等温吸附模型不适用于中国页岩气的储层条件，为此，通过不同温度下的等温吸附实验，拟合等温吸附曲线并分析影响页岩吸附能力的因素，发现影响页岩吸附能力的主要因素为地层温度和压力、孔隙度、有机质含量及成熟度、矿物组成及含量（其中以黏土矿物为直接影响因素）。以波拉尼吸附理论为基础，构建了考虑温度、压力、孔隙度、有机质含量及成熟度、矿物组成及含量的页岩吸附气定量计算模型。对比该模型的计算结果在整体趋势上与现场岩芯取样分析含气量结果基本一致。新模型考虑了超临界吸附，弥补了目前普遍采用的单层吸附模型的不足，对页岩吸附气量定量计算具有重要的现实意义。     

考虑有机质含量的页岩吸附气含量计算模型及其应用

为了对压力、有机质含量对页岩吸附气含量的影响规律进行研究,更准确地对吸附气含量进行估算,基于对吸附类型的讨论,通过在储层温度条件下的等温吸附实验,获得不同有机质含量下的等温吸附特征曲线;并根据Langmuir等温吸附理论得到Langmuir体积和Langmuir压力,分析有机质含量(TOC)对吸附气含量影响特征。在此基础上,利用球状模型和反正切函数形式拟合等温吸附特征以及TOC与吸附气含量的线性关系,建立吸附气含量计算模型,并以四川盆地下志留统龙马溪组3口井的多组岩心样本数据为例,对比岩心刻度后的模型计算结果与解吸气量,对模型的准确性进行验证。结果表明该模型精度较高,相关系数达到93%以上,对页岩吸附气量和含气量评价具有一定的现实指导价值。     

基于等温吸附实验的页岩吸附气含量计算新方法

为了能更准确地表征页岩等温吸附曲线,研究压力对吸附量的变化范围。通过等温吸附模拟实验,获得页岩等温吸附特征曲线、兰氏体积和兰氏压力,利用兰氏模型计算任意压力下的吸附量。并结合球状模型,拟合压力和吸附量的计算表达式,建立计算吸附量的新方法。用新方法计算结果可知,在不考虑温度的影响下,页岩吸附气体达到饱和时的最大吸附气量要比等温吸附实验条件下页岩饱和吸附量(兰氏体积)大。压力存在一定的变程,不同的压力范围,页岩吸附气量的增加速率不同,随着压力的增大,页岩吸附气量的增加速率由大变小,直至减小为零,吸附气量不再变化。此方法能准确地给出吸附量与压力的变化范围,能给定压力和吸附量的界限值,可评价页岩吸附量饱和值。此研究是一种评价等温条件下页岩吸附量的好方法,对页岩吸附气含量评价具有一定的指导意义。     

基于吸附势理论的页岩吸附甲烷模型及其应用

根据实测的页岩等温吸附数据,以吸附势理论为基础,对等温吸附数据进行处理分析得到ε-ω吸附特性曲线及其数学表达式,推导出页岩吸附甲烷模型,在此基础上建立了地质条件下温度和压力共同影响的页岩吸附气量计算模型,并利用实测等温吸附数据进行了模型验证及应用分析。研究结果表明:页岩吸附气的ε-ω吸附特性曲线是唯一的且与温度无关,特性曲线的形态呈对数形态;文中推导吸附模型的预测结果精度较高,可预测不同温度和不同压力下页岩吸附气量,得到页岩吸附等温线;建立的地质条件下温度和压力共同影响页岩吸附气量计算模型,可预测页岩吸附气量随深度变化的趋势图;温度和压力对页岩吸附气量影响作用相反,在地质条件下的温度与压力对页岩吸附气量影响存在竞争关系,其中当页岩埋深小于页岩最大吸附容量对应埋深时,压力起到主要影响作用,反之温度起到主要影响作用。     

基于吸附势理论的页岩对甲烷吸附特性

 页岩气藏的甲烷吸附性能是页岩气藏开发的前提和基础,对页岩气资源预测、产能评价等有重要影响。根据不同温度下实测的页岩等温吸附数据,以吸附势理论为基础,对等温吸附数据进行处理分析得到ε-ω吸附特性曲线及其数学表达式。研究结果表明,页岩吸附甲烷的ε-ω吸附特性曲线是唯一的且与温度无关,可预测不同温度下甲烷吸附量,得到页岩吸附甲烷的吸附等温线;吸附相密度计算对ε-ω吸附特性曲线预测甲烷吸附量有重要的影响,吸附相密度经验公式与预测甲烷吸附量准确度有关,需进一步研究甲烷吸附相密度计算方法。     

泥页岩对不同赋存状态页岩气的容烃能力定量表征—以伊通盆地双阳组为例*

由于页岩气在泥页岩储层中以多种方式赋存,在开展页岩气资源评价时,需定量表征泥页岩对不同赋存状态页岩气的容烃能力。基于泥页岩等温吸附试验,评价不同丰度、不同成熟度泥页岩的吸附气能力;并通过温、压校正转换至任一温度、任一压力下泥页岩的吸附气能力。借助Vasquez-Beggs模型,评价地质条件下油溶气能力,分析页岩气中不同赋存状态下页岩气含量的比例关系,推算出游离气量。研究表明,在压力达到一定后,泥页岩最大吸附能力主要受到有机质含量的制约;而油溶气量除了受到温、压和原油数量的影响外,气在原油中的溶解度同样至关重要。从伊通盆地评价结果来看,双阳组页岩气最多可达到5 703.74亿m3,其中主要吸附态赋存于泥页岩储层中,其次为游离态页岩气,油溶气量较少,仅为165.54亿m3。     

页岩气等温吸附/解吸特征

对页岩的吸附与解吸特征进行实验研究,通过吸附模型和解吸模型分别对等温吸附实验和等温解吸实验数据进行拟合和作对比.研究结果表明:Langmuir模型描述页岩气等温吸附过程比较合适;页岩的吸附曲线与解吸曲线不重合,解吸过程存在着滞后.页岩气的等温解吸过程宜用解吸式模型进行模拟.     

CO2在页岩中的吸附解吸性能评价

利用自主设计的页岩中气体吸附解吸实验装置,在不同温度和压力条件下研究CO2在不同页岩中的吸附解吸性能。结果表明:CO2在页岩上的等温吸附曲线属于典型的Ⅰ型等温曲线,可采用Langmuir模型对吸附及解吸数据进行拟合;相同温度下,CO2在页岩中的吸附量随着压力的升高而增大;相同压力下,CO2在页岩中的吸附量随着温度的升高而减小;相同温度压力条件下,CO2解吸过程中存在解吸滞后现象,且解吸附曲线表征的最大吸附能力低于吸附曲线表征的最大吸附能力;CO2在页岩上最大吸附量随有机碳含量增加而增大,随石英含量增加而减小。     

陆相暗色泥页岩含气量及其影响因素探讨——以胶莱盆地水南组为例

为定量表征胶莱盆地暗色泥页岩含气性,对研究区样品进行了等温吸附实验,以及吸附气、游离气含量的定性分析和定量计算,通过对吸附气、游离气含量的计算来确定其总的含气量。泥页岩等温吸附实验结果表明:胶莱盆地水南组暗色泥页岩有机碳含量主要集中在0.27%~2.92%,最大吸附量范围为0.85~1.60 m3/t,且最大吸附量与有机碳含量大致成正比例关系。对胶莱盆地进行含气量分析计算发现:各不同凹陷泥页岩含气量随着埋深的增大总体呈先逐渐增大后趋于平缓的变化趋势,且含气量主要介于0.50~1.80 m3/t,其中以莱阳凹陷水南组泥页岩含气量最大,最高可达1.80 m3/t,莱阳凹陷可作为将来勘探开发的首选目标区。研究表明:有机碳含量和孔隙度是影响页岩气含量最主要的两大因素,有机碳含量越高,孔隙度越大,其含气性越好;但在不同埋深下的吸附气、游离气含气量主要受地层温度和压力的影响,且两者随温度压力的变化而发生相互转化;在一定埋深下,地层中气体吸附解吸可达到一个平衡状态。     

页岩吸附与解吸气量实验测量实例研究

页岩气主要以游离气和吸附气形式存在于富有机质页岩中,含气量的大小受页岩储层压力、温度、矿物类型、物性、湿度等多种因素影响。页岩吸附气量是评价页岩气资源量的关键性参数,也是评价页岩气是否具有开采价值的一项重要标准。在分析页岩气吸附与解吸机理的基础上,通过F页岩气田龙马溪组-五峰组页岩心等温吸附、解吸实验测量实例研究,得到结果:利用等温吸附线法是获得饱和吸附体积VL和朗氏压力PL的有效途径;钻井现场页岩快速解吸获得的总含气量主要为吸附气量,游离气量占比较小,不能代表真实的地层游离气量占比;页岩VL与样品的TOC成正相关,达到饱和吸附后温度升高,吸附能力明显下降。     

胶莱盆地水南组陆相页岩含气量计算

为定量表征胶莱盆地暗色泥页岩含气性,对研究区样品进行了等温吸附实验,以及吸附气、游离气含量的定性分析和定量计算,通过对吸附气、游离气含量的计算来确定其总的含气量。泥页岩等温吸附实验表明：胶莱盆地水南组暗色泥页岩有机碳含量主要集中在0.27-2.92%,最大吸附量范围为0.85-1.60m3/t,且最大吸附量与有机碳含量大致呈正比关系。对胶莱盆地进行含气量分析计算发现：各不同凹陷泥页岩含气量随着埋深的增大总体呈先逐渐增大后趋于平缓的变化趋势,且含气量主要介于0.50m3/t~1.80m3/t,其中以莱阳凹陷水南组泥页岩含气量最大,最高可达1.80m3/t,莱阳凹陷可作为将来勘探开发的首选目标区。研究表明,有机碳含量和孔隙度是影响页岩气含量最主要的两大因素,有机碳含量越高,孔隙度越大,其含气性越好;但在不同埋深下的吸附气、游离气含气量主要受地层温度和压力的影响,且两者随温度压力的变化而发生相互转化;在一定埋深下,地层中气体吸附解吸可达到一个平衡状态。     

页岩吸附气壁面扩散机理及现场应用

与常规天然气藏开发不同,页岩气藏无机质与有机质孔隙中的吸附气对开发的影响不可忽略.为准确表征混合气体吸附解析过程中的真实气体效应,建立了页岩气壁面扩散模型.将模型与现场数据结合,分析表明:吸附位点覆盖率与气藏压力呈正向关系,即随着压力升高,吸附厚度平均值增大.在现场实践中,应适当进行降压开发,维持壁面吸附气向游离气的转化;对于现场实践而言,注入二氧化碳等分子直径较小的工作气体可有效降低吸附层厚度,进而减小体相气体扩散过程中的堵塞系数,提高页岩气井产能;在矿场对气井产能的评价当中,不考虑实际气体在高压条件下的短程排斥力作用,将导致气井产能预测值偏低.     

页岩气表观渗透率与多流动机理及有效应力演化关系

由于多尺度孔隙存在纳米尺度到宏观尺度的过渡,气体在页岩中流动的主导机制会在达西流和努森扩散等运移机理之间发生转换,该现象结合页岩基质内的气体吸附作用使得页岩气渗透率的测算变得更为复杂.因此,在实验室尺度确定有效应力及气体运移方式对渗透率的综合影响力对实际页岩气开采中的渗透率及产量评估准确性有着不可忽视的影响.采用脉冲衰减渗透率测算法,在不同围压条件下,对氦气和二氧化碳在富含有机质的页岩薄片中的气体渗透率进行测量.结果表明:努森扩散作用在低孔压时对页岩气渗透率有显著的正面影响,其强度与孔压成反比.在较大围压作用下的高孔压下的超临界二氧化碳可导致页岩基质最大吸附量降低,进而增加表观渗透率.表观渗透率随着有效应力的变化在不同孔压区间有着截然相反的趋势,有效应力系数此时出现非单一值,其主要是由于孔压变化带来的气体流动机理变化而引起的.     

考虑吸附和扩散的页岩视渗透率及其与温度、压力之关系

页岩纳米级孔隙中气体渗流存在吸附、扩散和滑脱效应,为了表征其渗流能力,并分析温度和压力对它的影响,利用Polanyi吸附理论和Langmuir等温吸附方程并结合纳米孔中气体扩散和渗流方程得到了考虑吸附、扩散和滑脱效应的页岩视渗透率的计算模型.计算发现:甲烷吸附层厚度随压力的降低而减小,随温度的降低而增加,并且压力越低温度的影响越大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率虽然同仅考虑扩散和滑脱的视渗透率一样都随温度的下降而减小,但整体要低于后者,且下降幅度更大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率与仅考虑扩散和滑脱时的视渗透率之间的差异随着压力的降低而逐渐减小;考虑吸附、扩散和滑脱的视渗透率与达西渗透率的比值随压力的降低先减小后增加,最终趋近于仅考虑扩散和滑脱时的情况.     

基于过程分析法的页岩原位含气性评价

为了确定页岩中总含气量、吸附气/游离气含量及其比例,建立了一种新的页岩原位含气性定量评价方法,即过程分析法。该方法将钻井取芯及现场解析全过程拆分为5个阶段,依次评价不同阶段气体（吸附气、游离气）逸散量。在获取钻井取芯、储层物性、吸附/扩散、气体特性及岩芯现场解析等数据之后,使用该方法可正演计算获得全过程的气体解析量,同时获得原位总含气量、吸附气/游离气含量及其比例等数据。应用该方法对焦石坝区块JY182-6井五峰组-龙马溪组海相页岩原位含气性进行了评价。过程分析法所得总含气量是USBM直接法结果的0.8~5.4倍（平均2.0倍）;两者之间的差值为-1.27~1.58 m³/t（平均0.39 m³/t）,且随吸附气比例的增加而逐渐减小。吸附气含量及其比例主要受控于总有机碳含量（正相关）,游离气含量受控于孔隙度（正相关）和含水饱和度（负相关）,同时受黏土矿物含量的影响（弱正相关）。     

页岩气藏压裂水平井产能特征研究

页岩气具有独特的储层特性与流动特征,其数值模拟方法与常规油气藏有很大差异。基于多重介质模型建立及基质离散模拟吸附气和游离气的瞬变流动方法,对储层进行体积压裂改造,实现了体积压裂模型的构建;在此基础上结合X井的生产数据对吸附类型、基质离散程度、裂缝-基质耦合系数、基质渗透率以及裂缝渗透率等因素对产能的影响进行了分析。结果表明,吸附类型、裂缝-基质传导率、油藏具有天然裂缝和基质裂缝渗透率以及压裂增产区域裂缝渗透率可以影响页岩气的生产年限、递减率以及裂缝导流能力,这对页岩气藏水平井进行压裂优化设计具有一定的指导作用。