頁巖氣儲(chǔ)量計(jì)算方法改進(jìn)

張?zhí)煊?，張舶航，徐芳?/p>

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都　610059）

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頁巖氣儲(chǔ)量計(jì)算方法改進(jìn)

張?zhí)煊睿瑥埐昂?，徐芳?/p>

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059）

摘要：頁巖氣資源做為重要的接替資源，核算頁巖氣儲(chǔ)量是儲(chǔ)量評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容之一。通過分析實(shí)例和相關(guān)文獻(xiàn)，傳統(tǒng)方法計(jì)算的頁巖氣儲(chǔ)量有被放大的可能。為此，考慮傳統(tǒng)方法測(cè)量頁巖孔隙度不準(zhǔn)確的問題，本文提供了一種在不改變測(cè)量原理和儀器的前提下修正孔隙度測(cè)量值的方法，進(jìn)而提高容積法的計(jì)算精度并節(jié)約測(cè)量成本。利用本方法儲(chǔ)量計(jì)算值精度較改進(jìn)之前提高了20 %。實(shí)例計(jì)算表明：（1）本方法與豐度法計(jì)算結(jié)果較為一致；（2）等溫吸附曲線擬合的好壞將直接決定孔隙度的計(jì)算精度，進(jìn)而影響儲(chǔ)量計(jì)算的精度。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；儲(chǔ)量；計(jì)算；改進(jìn)

目前，全球范圍內(nèi)頁巖氣資源量相當(dāng)于致密氣和煤層氣資源量的總和，占三種非常規(guī)天然氣總量的一半左右[1]。我國南方頁巖氣成藏地質(zhì)條件優(yōu)越，頁巖氣資源豐富，頁巖埋藏深度較深，有機(jī)質(zhì)豐度高，構(gòu)造分布穩(wěn)定。2005年以來，我國對(duì)四川盆地頁巖氣做了初步估算，認(rèn)為其資源量達(dá)到7.14×1012m3～14.6×1012m3，而整個(gè)四川盆地現(xiàn)有常規(guī)天然氣資源量為7.2×1012m3，我國的頁巖氣資源量十分巨大。

1　常規(guī)儲(chǔ)量計(jì)算方法

《頁巖氣儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中的容積法儲(chǔ)量計(jì)算公式[2]。

計(jì)算公式如下。

吸附氣地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算公式：

游離氣地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算公式：

其中：Ф-孔隙度，小數(shù)；Sgi-含氣飽和度，小數(shù)；Bgi-氣體體積系數(shù)；Psc-地面標(biāo)準(zhǔn)壓力，MPa；T-中部地層溫度，K；Pi-中部地層壓力，MPa；Tsc-地面標(biāo)準(zhǔn)壓力，MPa；Zi-原始?xì)怏w偏差系數(shù)。

筆者認(rèn)為，該公式計(jì)算的頁巖氣儲(chǔ)量被無意識(shí)地?cái)U(kuò)大，原因不在于容積法本身，而在于容積法所使用的重要參數(shù)－孔隙度的測(cè)量出現(xiàn)問題。因此，儲(chǔ)量需要對(duì)常規(guī)方法測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，才能應(yīng)用于儲(chǔ)量計(jì)算。

2　常規(guī)孔隙度測(cè)量方法

筆者主要以氣體壓縮法為例，介紹孔隙度的矯正方法。其他類似原理的測(cè)量方式都可以運(yùn)用此方法進(jìn)行校正。其他壓縮法儀器原理（見圖1）。

圖1　壓縮法儀器原理示意圖Fig.1 Instrument principle schematic of compression method

氣體壓縮法原理以波義爾-馬里奧特定律為基礎(chǔ)，對(duì)于大巖芯和小巖芯、規(guī)則和不規(guī)則外形的樣品都可以使用，在普通油氣藏的孔隙度測(cè)量中，該方法較為普遍且精度較高[3]。氣體首先充入標(biāo)準(zhǔn)體積室，并記錄壓力P1。隨后切斷氣源，將標(biāo)準(zhǔn)體積室內(nèi)的氣體放入樣品室使之達(dá)到平衡，由此即可計(jì)算出巖石的固體體積。

設(shè)定樣品室的體積已知為V2，當(dāng)其中放置有一塊固體為Vm的巖樣時(shí)，如果氣體處于等溫狀態(tài)，壓力由P1變化到P2則有：

于是：

這樣固體體積即為：

3　孔隙度測(cè)量值矯正

圖2　頁巖氣體積概念模型Fig．2 Shale gas volume conceptual model

孔隙度的測(cè)量仍然使用上述原理，但是由于頁巖有吸附作用，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)室的氣體進(jìn)入樣品室后，樣品室壓力升高，一部分氣體被吸附在頁巖空隙的內(nèi)壁上，并不占據(jù)空隙空間（見圖2），因此，實(shí)際上是一部分氣體被吸附，并不是所有的氣體都留存在孔隙中[4]。測(cè)量所得的壓力將偏低，所計(jì)算的固體體積的值也將偏低。因此，必須通過等溫吸附曲線計(jì)算頁巖的吸附量，校正測(cè)試所得的壓力，進(jìn)而較為準(zhǔn)確的計(jì)算儲(chǔ)量[5]。

隨著數(shù)字化校園理念的提出，高校越來越重視信息化管理的重要性，利用數(shù)字化、信息化等技術(shù)手段對(duì)高校固定資產(chǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，準(zhǔn)確地掌握固定資產(chǎn)的使用現(xiàn)狀，從而進(jìn)行合理配置，避免固定資產(chǎn)大批量閑置，發(fā)揮固定資產(chǎn)最大效益，為高校實(shí)現(xiàn)自身資源的優(yōu)化配置奠定基礎(chǔ)。

考慮頁巖吸附的校正方法如下：

利用等溫吸附曲線計(jì)算出P2壓力下頁巖吸附量M吸，并將其換算為P2壓力下的體積。由于在常規(guī)測(cè)量方法中，吸附氣也被算作占據(jù)了孔隙體積，因此常規(guī)方法計(jì)算出來的固體體積Vm還要再加上吸附氣在P2壓力下的體積V吸，才是真正的固體體積。公式如下：

4　實(shí)例計(jì)算與分析

筆者利用實(shí)際的頁巖氣藏儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用改進(jìn)前后兩種方法分別計(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量。由于某區(qū)塊各層巖石物性相似，因此對(duì)某區(qū)塊三口頁巖氣井取芯數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，以使計(jì)算較為簡便但又不失準(zhǔn)確性。

（1）首先，是獲取本區(qū)塊的等溫吸附曲線。利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備測(cè)定所取巖心的等溫吸附曲線，并對(duì)三口井的巖芯吸附數(shù)據(jù)校正并進(jìn)行擬合（見圖3）。該區(qū)塊的擬合曲線是：

圖3　吸附測(cè)試數(shù)據(jù)Fig.3 Adsorption test data

通過圖3可以看出，校正擬合后的等溫吸附曲線擬合度為98.82 %，符合計(jì)算的精度要求。

（2）其次，由于等溫吸附曲線吸附量單位為g/cm3，因此還要將吸附氣的質(zhì)量M吸換算為壓力為P2時(shí)的體積V吸。其中：

P=0.1 MPa；ρ=2.66 g/cm3。P為大氣壓。C為頁巖單位體積吸附質(zhì)量，該數(shù)值可由等溫吸附曲線矯正后，依據(jù)擬合曲線得到。

（3）最后利用常規(guī)的孔隙度測(cè)量儀器對(duì)巖心的孔隙度進(jìn)行測(cè)量。某區(qū)塊YY1-YY3井所取巖心不同測(cè)試壓力下實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表1）。

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析（見圖4）可以看出矯正后孔隙度的測(cè)量值為2.7 %左右，而用傳統(tǒng)方法計(jì)算的孔隙度則達(dá)到6.6 %左右，兩者相差60 %。

表1　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab．1 Statistics of the experimental data and results

圖4　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析Fig.4 The experimental data regression analysis

頁巖氣分為游離氣和吸附氣，吸附氣主要利用豐度法進(jìn)行計(jì)算，而游離氣則可以使用容積法和豐度法。利用容積法和豐度法分別計(jì)算游離氣，驗(yàn)證改進(jìn)方法的準(zhǔn)確性[6]。豐度法計(jì)算游離氣的公式為：計(jì)算數(shù)據(jù)（見表2，表3）。

表2　儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)表Tab.2 Parameter table of reserves estimation

表3　儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)表Tab．3 Result table of reserves estimation

利用實(shí)際的頁巖氣藏?cái)?shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果看，豐度法和改進(jìn)后的容積法儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果較為接近。改進(jìn)方法計(jì)算的儲(chǔ)量是常規(guī)方法計(jì)算儲(chǔ)量的65 %，豐度法的計(jì)算結(jié)果與改進(jìn)方法的結(jié)果較為接近，佐證了改進(jìn)后儲(chǔ)量計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。

5　結(jié)論和建議

（1）采用筆者改進(jìn)的頁巖氣儲(chǔ)量計(jì)算方法得到的頁巖氣儲(chǔ)量計(jì)算精度較常規(guī)方法提高20 %。

（2）本方法的優(yōu)點(diǎn)在于，不需要新增大量儀器，不需要大量改變?cè)械臏y(cè)量原理，就能夠得到較為可靠的頁巖氣藏儲(chǔ)量，節(jié)約時(shí)間和成本。

（3）改進(jìn)的方法核心在于準(zhǔn)確測(cè)量等溫吸附曲線，進(jìn)而較為準(zhǔn)確的計(jì)算孔隙度。

（4）雖然經(jīng)過初步估算，我國頁巖氣儲(chǔ)量十分豐富，但是必須要經(jīng)過大量勘探和實(shí)驗(yàn)，才能確定最終儲(chǔ)量。

符號(hào)說明：

Gx-吸附氣總量，108m3；Ag-含氣面積，km2；h-有效厚度，m；ρy-頁巖質(zhì)量密度，t/m3；Cx-吸附氣豐度，m3/t；Ф-孔隙度，小數(shù)；Sgi-含氣飽和度，小數(shù)；Bgi-氣體體積系數(shù)；Psc-地面標(biāo)準(zhǔn)壓力，MPa；T-中部地層溫度，K；Pi-中部地層壓力，MPa；Tsc-地面標(biāo)準(zhǔn)壓力，MPa；Zi-原始?xì)怏w偏差系數(shù)；Gy-游離氣總量，108m3；Cy-游離氣豐度，m3/t。

參考文獻(xiàn)：

［1］曲占慶，等.多組分和吸附對(duì)頁巖氣儲(chǔ)量計(jì)算的影響［J］.特種油氣藏，2012，（3）：114-116+143+157.

［2］葛楠.頁巖氣儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法［J］.山西科技，2015，（1）：69-72.

［3］趙鵬飛，余杰，楊磊.頁巖氣儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法［J］.海洋地質(zhì)前沿，2011，（7）：57-63.

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［5］石曉兵，楊火海，范翔宇，黃兵.頁巖氣儲(chǔ)量計(jì)算的新方法［J］.天然氣工業(yè)，2012，（4）：60-62+123-124.

［6］曹廷寬，等.考慮多組分吸附的頁巖氣儲(chǔ)量計(jì)算［J］.油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā)，2011，（6）：68-70+80.

Shale gas reserves calculation method for the improvement

ZHANG Tianyu，ZHANG Bohang，XU Fanggen
（College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China）

Abstract:Shale gas resources as one of important resource, accounting of shale gas reserves is one of the core content of reserves evaluation.Through the analysis of examples and related literature, the traditional method to calculate reserves of shale gas has the potential to be amplified.Therefore, considering the traditional way to measure shale porosity inaccurate problem, this paper provides a without change the measuring principle and instrument correction method of measurement value of porosity, thus improving the calculation precision of volumetric method and saving the cost of measurement.Using this method calculation of reserves value accuracy is improved by 20 % before.Example calculation shows that,（1）of this method and the method of abundance calculation results are consistent.（2）The stand or fall of isothermal adsorption curve fitting will directly determine the calculation precision of porosity, thus affecting the precision of the calculation of reserves.

Keywords：shale gas；reserves；calculation；improve

*收稿日期：2015－11-10

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.02.007

中圖分類號(hào)：TE155

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）02-0027-04