考虑干酪根中溶解气的页岩气藏储量计算方法

考虑干酪根中溶解气的页岩气藏储量计算方法杨龙;梅海燕;张茂林;袁恩【摘要】前人在计算页岩气储量时未考虑干酪根中溶解的页岩气,但已有学者证明,干酪根中也溶解大量的页岩气,在进行储量计算时不能忽略.不考虑干酪根中溶解气的储量计算方法,不能真实、准确地计算页岩气藏的储量.在前人关于页岩气储量计算方法的基础上,建立了同时考虑吸附相密度、基质和裂缝孔隙体积随压力变化、吸附相体积随压力变化以及储存在干酪根中溶解气的物质平衡方程.通过实例计算可知,溶解气占据总储量的4.69％左右,不考虑溶解气计算出来的自由气储量、吸附气储量和总储量都偏大.因此,为了确保储量计算的准确性,在进行储量计算时必须将溶解气考虑在内.【期刊名称】《新疆石油地质》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】4页(P602-605)【关键词】干酪根;页岩气;基质;裂缝;溶解气;孔隙度;物质平衡方程;储量计算【作者】杨龙;梅海燕;张茂林;袁恩【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院,成都610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,成都610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,成都610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE15页岩气是一种连续生成的生物化学作用气、热裂解作用气或两者混合而成的天然气，具有运移距离短、多种封闭机理、成藏隐蔽、地层饱和气等成藏特点［1］。

页岩气赋存方式有3种：第一种是以游离状态存在于页岩孔隙和天然裂缝中；第二种是以吸附状态存在干酪根和黏土颗粒表面；第三种是以溶解状态存在干酪根和沥青质中。

前人研究认为，溶解气含量较少，进行储量计算时可以不考虑溶解气的影响［2-4］。

而文献［5］通过实验发现，干酪根中的溶解气也是气体的重要储存方式，忽略溶解气会导致储量计算结果不符合实际。

在页岩气资源勘探开发过程中，储量评价十分重要［6］，物质平衡法是目前评价页岩气藏储量的常用方法［7］。

文献［7］考虑吸附气的影响建立了页岩气藏的物质平衡方程，提出Z*计算方法；文献［8］重新定义了Z因子，简化了页岩气藏物质平衡方程，但是却没有考虑裂缝系统；文献［2］同时考虑基质孔隙体积和裂缝孔隙体积随地层压力变化，建立了封闭性页岩气藏物质平衡方程；文献［3］建立了同时考虑有效应力和基质收缩对孔隙度影响的物质平衡方程；文献［4］在计算游离气体积时，考虑了吸附相所占有的孔隙体积；文献［9］建立了考虑吸附相密度变化的物质平衡方程；文献［10］建立了同时考虑基质孔隙体积和裂缝孔隙体积随地层压力变化，以及吸附气所占体积的物质平衡方程。

但是，上述方法均没有考虑干酪根中的溶解气对储量计算的影响，本文在前人的研究基础上，提出了考虑干酪根中溶解气的页岩气藏物质平衡方程。

由于页岩气和煤层气的吸附机理相似，因此采用Langmuir吸附等温式作为页岩气藏中吸附气量的表达式。

假设页岩气藏开发处于等温状态，则页岩气等温吸附式［11］为基质总体积为地面条件下吸附气体积为由质量守恒定律可得，ρ1V1=ρ2V2.因此，地层条件下吸附相的体积为吸附相的体积变化量为吸附气的解吸量为随着地层压力的下降，岩石颗粒变形和束缚水发生弹性膨胀，则基质和裂缝中孔隙体积的变化值为沥青质中甲烷溶解度的经验公式可由（9）式来计算，为了避免在压力较低时溶解度出现负值，在地层温度为25～100℃、压力为0时，溶解度也为0。

式中b1=-0.018 931；b2=-0.850 480；b3=827.260；b4=-635.260.甲烷在干酪根中的溶解度和在沥青质中一样，则溶解气体积的计算公式为［13-14］式中又因为总干酪根占基质的体积分数Vtker可以表示为［15］所以，因此，干酪根的总体积Vtker的计算式为［16］其中，则溶解气的储量为当地层压力下降到p时，在地层条件下，溶解气的扩散量可由下式计算：根据体积守恒定律可得到累计产气量=基质内自由气膨胀体积+颗粒岩石变形和束缚水的膨胀量+解吸的吸附气体积+扩散的溶解气体积-吸附相变化体积+裂缝内自由气的膨胀体积+裂缝内孔隙体积减小和束缚水膨胀体积因此可以得到：令，代入（18）式，可以简化得令Y=VPBg，M=Bg-Bgi+CcfBgiΔp，整理（19）式可以得到两边同时除以M可以得到利用生产数据可以得到之间的线性关系，曲线截距为裂缝内游离气的储量Vf，曲线的斜率为基质内的游离气储量Vm.则页岩气藏的总储量为某页岩气藏的基本参数如下：pi=24.13 MPa，Bgi=4.82×10-3m3/m3，Smwi=0.25，Cm=4.35×10-4MPa-1，Cf= 2.0×10-2MPa-1，Cw=4.35×10-4MPa-1，Sfwi=0，φmt=0.112，VL= 11.32m3/t，pL=2.41MPa，ρsc=7.7×10-4g/cm3，ρs=0.34g/cm3，ρb=2.65 g/cm3，T=366.49 K，CTOC=5%，φorg=0.012，φads= 0.002 3，ρko=1.325 g/cm3，生产数据如表1.利用上述数据，使用本文中推导的物质平衡方程来计算页岩气藏储量，结果见图1和表2.由计算结果可知，考虑溶解气计算的基质中自由气的储量比不考虑溶解气的计算结果要少6.36%，裂缝中自由气的储量少9.26%，吸附气储量少6.36%，总储量少2.30%，考虑溶解气计算的溶解气储量为0.984 7×108m3，占据总储量的4.69%. 忽略溶解气的影响会导致累计产气量中自由气的贡献率偏大，导致计算出来的自由气、吸附气储量偏大，进而导致计算出来的总储量偏大。

由此可见，估算页岩气藏储量的时候，考虑溶解气会更加精确。

本文建立同时考虑吸附相密度、基质和裂缝中孔隙体积随压力变化、吸附相体积随压力变化和储存在干酪根中溶解气等多因素影响的物质平衡方程。

通过实例计算发现，忽略溶解气的影响会导致累计产气量中自由气的贡献率偏大，导致计算出来的自由气、吸附气储量偏大，进而导致计算出来的总储量偏大。

而且，溶解气的储量占据总储量的4.69%，在进行储量计算时不可忽略溶解气的影响。

Bg——当前地层压力下气体的体积系数，m3/m3；Bgi——页岩气的体积系数，m3/m3；Cf——裂缝压缩系数，MPa-1；Cm——基质岩石的压缩系数，MPa-1；Cw——地层水压缩系数，MPa-1；CTOC——总有机碳含量，%；c（p）——干酪根中甲烷的溶解度，m3/m3；Va——地层条件下吸附相体积，108m3；Vasc——地面条件下吸附气体积，108m3；Vdsc（p）——在地面条件下溶解气的体积，10m；Vdsk（p）——干酪根中溶解气体积，108m3；Vf——裂缝中游离气储量，108m3；Vm——基质中自由气的体积，108m3；ΔVa——解吸气在地层条件下的体积，108m3；ΔVd——溶解气的扩散量在地层条件下的体积，108m3；ΔVf——裂缝中孔隙体积的变化量，108m3；ΔVm——基质中孔隙体积的变化量，108m3；p——气藏压力，MPa；pi——气藏原始压力，MPa；pL——兰氏压力，MPa；Sfwi——裂缝中束缚水饱和度，f；Smwi——基质中束缚水饱和度，f；T——气藏温度，K；Vdiff——固体干酪根占基质总体积的体积分数，f；VE——地层压力p下的等温吸附量，m3/t；VL——兰氏体积，m3/t；Vrock——基质总体积，108m3；Vsk——干酪根总体积，108m3；Vtker——总干酪根占气藏总体积的体积分数，f；ΔVa——吸附相体积的变化量，108m3；φads——吸附相的孔隙度，f；φorg——有机质中自由气所占据的孔隙度，f；φmt——基质孔隙度，f；ρb——岩石密度，g/cm3；ρko——干酪根密度，g/cm3；ρr——干酪根的相对密度，无量纲；ρs——地层条件下的吸附相密度，g/cm3；ρsc——地面条件下的页岩气密度，g/cm3.【相关文献】［1］张金川，薛会，张德明，等.页岩气及其成藏机理［J］.现代地质，2003，17（4）：466. ZHANG Jinchuan，XUE Hui，ZHANG Deming，et al.The accumulation mechanism for shale gas reservoir［J］.Geoscience，2003，17（4）：466.［2］刘铁成，唐海，刘鹏超，等.裂缝性封闭页岩气藏物质平衡方程及储量计算方法［J］.天然气勘探与开发，2011，34（2）：28-30. LIU Tiecheng，TANG Hai，LIU Pengchao，etal.Material balance equation and reserve calculation method of fractured and closedshale-gas reservoir［J］.Natural Gas Exploration and Development，2011，34（2）：28-30.［3］刘波涛，尹虎，王新海，等.修正岩石压缩系数的页岩气藏物质平衡方程及储量计算［J］.石油与天然气地质，2013，34（4）：471-474. LIU Botao，YIN Hu，WANG Xinhai，etal.Material balance equation with revised rock compressibility for shale gas reserve calculation［J］.Oil&Gas Geology，2013，34（4）：471-474.［4］杨浩珑，戚志林，李龙，等.页岩气储量计算的新物质平衡方程［J］.油气田地面工程，2013，32（8）：1-3. YANG Haolong，QI Zhilin，LI Long，et al.New material balance equationfor shale gas reserves calculation［J］.Oil-Gas Field Surface Engineering，2013，32（8）：1-3.［5］AGUILERA R，LOPEZ B.Evaluation of quintuple porosity in shale petroleum reservoirs［R］.SPE 165681，2013.［6］曲占庆，林珊珊，张杰，等.多组分和吸附对页岩气储量计算的影响［J］.特种油气藏，2012，19（3）：114-116. QU Zhanqing，LIN Shanshan，ZHANG Jie，et al.Impacts of multicomponent and adsorption on shale gas reserve estimation［J］.Special Oil&Gas Reservoirs，2012，19（3）：114-116.［7］KING G R.Material-balance techniques for coal-seam and Devonian shale gas reservoirs with limited water influx［J］.SPE Reservoir Engineering，1993，8（1）：67-72. ［8］MOGHADAM S，JEJE O，MATTAR L.Advanced gas material balance in simplified format［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2011，50（1）：90-98.［9］张烈辉，陈果，赵玉龙，等.改进的页岩气藏物质平衡方程及储量计算方法［J］.天然气工业，2013，33（12）：66-70. ZHANG Liehui，CHEN Guo，ZHAO Yulong，et al.A modified material equation for shale gas reservoirs and a calculation method of shale gas reserves ［J］.Natural Gas Industry，2013，33（12）：66-70.［10］熊钰，熊万里，刘启国，等.考虑吸附相体积的页岩气储量计算方法［J］.地质科技情报，2015，34（4）：139-143. XIONG Yu，XIONG Wanli，LIU Qiguo，et al.Calculation of shale gas reserves based on the volume of adsorbed gas［J］.Geological Science and Technology Information，2015，34（4）：139-143.［11］傅献彩，沈文霞，姚天扬，等.物理化学［M］.北京：高等教育出版社，2006：360-375. FU Xiancai，SHEN Wenxia，YAO Tianyang，et al.Physical Chemistry［M］.Beijing：Higher Education Press，2006：360-375.［12］MEHROTRA A K，SVRCEK W Y.Correlations for properties of bitumen saturatedwith CO2，CH4and N2，and experiments with combustion gas mixtures［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，1982，21（6）：95-104.［13］SWAMI V，SETTARI A T，JAVADPOUR F.A numerical model for multi-mechanism flow in shale gas reservoirs with application to laboratory scale testing［R］.SPE 164840，2013.［14］SWAMI V，SETTARI A.A pore scale gas flow model for shale gas reservoir［R］.SPE 155756，2012.［15］LOPEZ B，AGUILERA R.Petrophysical quantification of multiple porosities in shale petroleum reservoirs［R］.SPE 171638，2014.［16］WU P，AGUILERA R.Investigation of gas shales at nanoscale using scan electron microscopy，transmission electron microscopy and atomic force microscopy［R］.SPE 159887，2012.。