页岩含气量实验方法与评价技术

页岩含气量实验方法与评价技术

摘要：页岩气是一种存在于泥岩，粉砂岩、粉砂质泥岩中的天然气，主要以吸

附气、游离气以及溶解气3种形式存在。含气量作为页岩气富集程度的一个重要

指标，对于资源评价和目标“甜点区”优选具有十分重要的意义。准确的含气量评

价也决定着页岩气资源量以及开发潜力。目前针对页岩含气量的评价方法有两种，直接法和间接法，直接法即实验室解吸法，间接法种类很多，其中测井曲线法是

最常用的一种。解吸法具有准确率高特点，但受到取心方式以及测试样品数量限制。而测井资料具有连续性好、纵向分辨率高、资料获取方便等特点，利用测井

资料评价页岩含气量是经济、可靠的方法。

关键词：页岩；含气量；实验方法；评价技术

1页岩含气量测定常规方法

1.1损失气量确定方法

损失气量是指钻遇页岩层系后，在取心过程中，岩心在井筒中上升以及从井

筒中取出，至现场封入解吸罐之前，发生自然解吸而逸散的气体体积。该部分气

体无法直接测定，只能根据损失时间的长短及实测解吸气量的变化速率并结合气

体逸散理论模型来进行理论估算。目前国外测量页岩含气量的方法很多，主要有

ＵＳＢＭ直接法（美国联邦矿物局直接法）、改进的直接法、史密斯—威廉斯法

和曲线拟合法。采用二阶解吸温度甚至三阶解吸温度提高解吸速度，来提高损失

气量的计算精度。实验测试表明，用煤层的损失气量计算方法来计算页岩的损失

气量存在较大的偏差，损失气量占总含气量的40％～80％，该结果饱受质疑。

1.2解吸气量测定方法

解吸气量是指岩心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。直接测定含气量的解

吸方式有自然解吸和快速解吸两种。自然解吸耗时长，测定过程中可通过适当提

高解吸温度和连续观测，合理而有效地缩短测定周期。提出了对含气量解吸测试

的改进方法，在一定程度上提高了解吸气的测试可靠程度。

1.3残余气量测定方法

残余气量是指解吸罐中终止解吸后仍残留在岩心中的气体。现有测试资料表

明残余气的测试不存在问题，但是对于损失气量的计算，还存在一定的问题，尽

管采取分段回归或者减小损失气量计算时间等校准措施，但是结果还是差强人意。因此有必要在研究页岩含气量特征的基础上，开展页岩含气量的测试方法与理论

研究。

图1 页岩含气量测试过程示意图

2含气量评价

在含气量测定基础上，借鉴煤层气等温吸附理论，根据页岩气的等温吸附模

拟实验确定H区块吸附气。考虑到页岩气的溶解气含量很少(＜5%)，且难以开发

利用。针对H区块的页岩含气量评价时，溶解气含气量忽略不计。总的含气量减

去吸附气即为游离气。等温吸附模拟结果表明，H区块中，吸附含气量0.45～

2.34cm3/g，平均为1.48cm3/g。游离含气量为0.08～0.54cm3/g，平均值为

0.29cm3/g。

影响页岩含气量的因素分为两个方面，①通过影响页岩的生气能力来影响含

气量，包括页岩的有机质丰度、有机质类型、成熟度，本文中不考虑该类因

素;②通过影响页岩的储气性能来达到影响含气量。包括页岩的裂缝发育程度、

地层压力和温度、基质孔隙度、孔隙结构以及含气饱和度。针对H区块页岩含气

量的评价主要根据对于游离气、吸附气影响因素的分析，确定含气量的影响因素，通过分析相关测井资料，筛选能够表征影响因素的测井资料，建立基于测井资料

的吸附气与游离气评价模型。

2.1吸附气

吸附气是以吸附态存在页岩的干酪根和黏土颗粒表面的天然气。实验室的分

析表明，在页岩的组成中，总有机碳质量百分数对于页岩的吸附气含气量影响最大。同时分析认为，H区块中页岩中的总有机碳质量百分数与吸附气含量有很好

的相关性，根据吸附气与有机碳的取心拟合关系建立的吸附气评价模型是十分可

靠的。

2.2游离气

游离气是以自由气体形态存在于页岩的裂隙或基质孔隙中的天然气，游离气

是可以自由运移的，页岩气中的游离气与常规天然在富集，储存规律等方面相似。在H区块中，游离气占10%～20%，相对于吸附气含量较少。研究认为，H区块

的游离气主控因素是页岩的有效孔隙度与含气饱和度。其中，吸附气与页岩的孔

隙度、含气饱和度成正比，与页岩的有效密度成反比。

总而言之，虽然国内外学者均认为损失气量的计算受理论假设条件与实际情

况不符的影响，但鉴于直接法具有实验过程快速简便、能够现场拿到实验数据、

能第一时间为勘探开发决策提供数据支撑等特点，在页岩气勘探开发过程中仍扮

演着重要角色。国内外针对直接法的研究主要集中于损失气量计算、页岩含气量

的控制因素等方面，但是如何通过改进硬件设备来准确测定解吸过程中的含气量

方面同样至关重要。

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