頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算的新方法

石曉兵 楊火海 范翔宇 黃兵

1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)

2.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院 3.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司鉆采工藝技術(shù)研究院

頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算的新方法

石曉兵1楊火海2范翔宇2黃兵3

1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)

2.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院 3.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司鉆采工藝技術(shù)研究院

分析以有的成果和文獻(xiàn)后認(rèn)為，傳統(tǒng)方法計(jì)算出的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量存在被無(wú)意識(shí)擴(kuò)大的可能。為此，考慮頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙尺寸對(duì)頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量的影響，根據(jù)頁(yè)巖氣物理特性和地球化學(xué)特性提出了一種基于孔隙尺寸計(jì)算頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量的新模型，使頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量的計(jì)算精度較傳統(tǒng)方法提高了20%。實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明：①在孔隙半徑為2 nm時(shí)，頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到最大峰值，當(dāng)孔隙半徑大于6 nm后，頁(yè)巖氣儲(chǔ)量不隨孔隙半徑的增加而增加；②儲(chǔ)量計(jì)算模型的建立和修正十分必要，沒(méi)有任何兩個(gè)地方的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量模型是完全一樣的，因此很有必要建立一個(gè)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算的數(shù)據(jù)庫(kù)。

頁(yè)巖氣 儲(chǔ)量 計(jì)算 常規(guī)模型 精度 吸附相 修正 數(shù)據(jù)庫(kù)

1 國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣資源概況

全球范圍內(nèi)頁(yè)巖氣資源量為456×1012m3，基本相當(dāng)于煤層氣與致密砂巖氣資源量的總和，占3種非常規(guī)天然氣總資源量的50%左右。我國(guó)南方海相地層發(fā)育區(qū)具有優(yōu)越的頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件和豐富的頁(yè)巖氣資源，古生界發(fā)育震旦系、寒武系、志留系等多套海相黑色硅質(zhì)頁(yè)巖建造，分布穩(wěn)定，埋藏深度淺，有機(jī)質(zhì)豐度高，在盆地內(nèi)部、向斜區(qū)以及隆起的低部位等有利于頁(yè)巖氣藏的形成與富集。2005年以來(lái)，中國(guó)石油對(duì)四川盆地南部下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖氣資源量做了初步估算，認(rèn)為其頁(yè)巖氣資源量為7.14×1012～14.6 ×1012m3，而整個(gè)四川盆地現(xiàn)有常規(guī)天然氣資源量為7.2×1012m3，表明我國(guó)頁(yè)巖氣資源量巨大［1］。

2 頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算新方法研究

2.1 常規(guī)儲(chǔ)量計(jì)算方法

利用常規(guī)孔隙體積模型進(jìn)行頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算的一般公式為：

筆者認(rèn)為：利用傳統(tǒng)方法計(jì)算出的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量被無(wú)意識(shí)地?cái)U(kuò)大。筆者基于孔隙尺寸對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算方法進(jìn)行了修正和改進(jìn)，推導(dǎo)出更適用于頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算的新方法。

2.2 巖氣儲(chǔ)量計(jì)算新方法

把頁(yè)巖氣總孔隙體積分成吸附氣體體積、自由氣體體積和孤立的孔隙體積（圖1），在考慮吸附氣體積的基礎(chǔ)上提出了用于計(jì)算頁(yè)巖氣中自由氣儲(chǔ)量的新方法。即

2.3 孔隙體積的吸附相校正

新方法中考慮到了吸附氣體體積（圖2），筆者通過(guò)最初和最終壓力步驟方程對(duì)其進(jìn)行校正。即

在等溫分析過(guò)程中，孔隙體積在后續(xù)的每個(gè)壓力步驟中進(jìn)一步減小。根據(jù)吸附氣的摩爾分?jǐn)?shù)使用吉布斯等溫線（Gibbs）來(lái)確定。

利用狀態(tài)方程將Gibbs等溫線轉(zhuǎn)化為孔隙體積，然后用Gibbs修正系數(shù)（ρf／ρs）對(duì)孔隙體積進(jìn)行調(diào)整。即

圖3 Gibbs校正下的甲烷等溫線圖

圖3給出了有體積校正與無(wú)體積校正情況下的等溫線曲線圖。從圖3中可以看出：隨著壓力的增加，有體積校正與無(wú)體積校正的儲(chǔ)氣能力誤差明顯增大，最大誤差為38.46%。因而，在當(dāng)前儲(chǔ)層溫度和壓力條件下進(jìn)行孔隙體積吸附相的校正顯得十分必要。

孔隙體積還與頁(yè)巖的細(xì)顆粒、基質(zhì)總有機(jī)質(zhì)有很大關(guān)系，圖4給出了總有機(jī)碳含量與含氣量的關(guān)系。

3 實(shí)例計(jì)算與分析

筆者通過(guò)兩種不同儲(chǔ)層特征的頁(yè)巖氣藏對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算新模型進(jìn)行了實(shí)例分析（表1）。

表1 相關(guān)計(jì)算參數(shù)表

圖5給出了A、B兩種頁(yè)巖的地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明：新模型計(jì)算的頁(yè)巖A的自由氣和總吸附氣能力分別下降了17.7%和13.2%；頁(yè)巖B的自由氣和總吸附氣能力分別下降了37.8%和21.9%。

圖6、7、8分別給出了孔隙度、地層壓力和含水飽和度對(duì)地頁(yè)巖氣質(zhì)儲(chǔ)量的影響結(jié)果。從圖可知，利用傳統(tǒng)方法計(jì)算出的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量均大于利用改進(jìn)后的新方法計(jì)算出的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量。當(dāng)孔隙度為6%時(shí)，傳統(tǒng)方法與新方法計(jì)算得到的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量誤差為20.23%；當(dāng)?shù)貙訅毫?7.5 MPa時(shí)，傳統(tǒng)方法與新方法計(jì)算得到的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量誤差為15.07%；當(dāng)含水飽和度為35%時(shí)，傳統(tǒng)方法與新方法計(jì)算得到的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量誤差為19.35%。

圖5 A、B兩種頁(yè)巖的頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量圖

圖6 孔隙度對(duì)兩種計(jì)算方法的影響圖

圖7 地層壓力對(duì)兩種計(jì)算方法的影響圖

圖8 含水飽和度對(duì)兩種計(jì)算方法的影響圖

圖9給出了孔隙半徑對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量的影響結(jié)果。從圖9中可以看出：在孔隙半徑為2 nm時(shí)，頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到最大峰值，當(dāng)孔隙半徑大于6 nm后，頁(yè)巖氣儲(chǔ)量不隨空隙半徑的增加而增加。

圖9 孔隙半徑對(duì)地質(zhì)儲(chǔ)量的影響圖

4 結(jié)論和建議

1）采用筆者提出的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算新模型得到的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算精度較常規(guī)方法提高了20%。

2）通過(guò)計(jì)算實(shí)例得到：在孔隙半徑為2 nm時(shí)，頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到最大峰值；當(dāng)孔隙半徑大于6 nm后，頁(yè)巖氣儲(chǔ)量不隨孔隙半徑的增加而增加。

3）模型的建立和修正十分必要，沒(méi)有任何兩個(gè)地方的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量模型完全一樣，因此很有必要建立一個(gè)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)量計(jì)算的數(shù)據(jù)庫(kù)。

4）雖然經(jīng)過(guò)初步估算我國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量非?？捎^，但是必須要經(jīng)過(guò)實(shí)際的勘探開(kāi)發(fā)來(lái)判斷最終的儲(chǔ)量。

符 號(hào) 說(shuō) 明

Gst為頁(yè)巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量，m3／t；Gf為自由氣存儲(chǔ)能力，m3／t；Ga為吸附氣存儲(chǔ)能力，m3／t；GsL為L(zhǎng)angmuir存儲(chǔ)能力，m3／t；p為壓力，MPa；pL為L(zhǎng)angmuir壓力，MPa；ρb為頁(yè)巖氣體積密度，g／cm3；Sw為含水飽和度，無(wú)量綱；So為含油飽和度，無(wú)量綱；Bg為頁(yè)巖氣地層體積系數(shù)，無(wú)量綱；Vv0、Vv1、Vv2分別為原始孔隙體積、第1步孔隙體積和第2步孔隙體積，m3；＾M為表觀天然氣分子量，mol；n為摩爾數(shù)；ρs為吸附相密度，g／cm3；ρf為自由氣相密度，g／cm3；G′a為Gibbs等溫存儲(chǔ)能力，m3／t。

［1］聶海寬，唐玄，邊瑞康.頁(yè)巖氣成藏控制因素及中國(guó)南方頁(yè)巖氣發(fā)育有利區(qū)預(yù)測(cè)［J］.石油學(xué)報(bào)，2009，30（4）：488－489.

［2］李艷麗.頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算方法探討［J］.天然氣地球科學(xué)，2009，20（3）：466－469.

New methods for shale gas reserves calculation

Shi Xiaobing1，Yang Huohai 2，F(xiàn)an Xiangyu2，Huang Bing3
（1.State Key Laboratory of Oil ＆Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；2.School of Petroleum Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；3.Drilling and production technology research institute，Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Guanghan，Sichuan 618300，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 4，pp.60－62，4／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

It has been analyzed that the traditional methods for shale gas reserve calculation will probably result in exaggerated estimation.In view of this，with the influence of shale pore sizes on geological reserves taken into consideration，a new model is proposed for the reserve calculation based on pore sizes according to the physical and geochemical properties of shale gas.With this new method，the calculation accuracy is increased by 20 percent compared to the traditional methods.The case study shows that when the pore radius is 2 nm，the shale reserves reach the maximum value，but when the pore radius is larger than 6 nm，the reserves will not change along with the increase of the pore radius；it is necessary to establish and revise the model of reserve estimation because no reserve models are the same in any two different areas，and thereby it is strongly recommended to build a data base for reserve estimation in China.

shale gas，reserve，estimation，conventional model，adsorption phase，correction

石曉兵等.頁(yè)巖氣儲(chǔ)量計(jì)算的新方法.天然氣工業(yè)，2012，32（4）：60－62.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.014

石曉兵，1967年生，教授，博士；現(xiàn)從事石油工程教學(xué)與科研工作。地址：（610500）四川省成都市新都區(qū)新都大道8號(hào)。電話：（028）83037007。E－mail：shixbyy＠163.com

（修改回稿日期 2012－02－10 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.014

Shi Xiaobing，professor，born in 1967，is mainly engaged in the research and teaching of petroleum engineering.

Add：No.8，Xindu Avenue，Xindu District，Chengdu，Sichuan 610500，P.R.China

Tel：＋86－28－8303 7007 E－mail：shixbyy＠163.com