[发明专利]模拟、预测页岩吸附天然气兰氏体积和兰氏压力的方法

说明书

本发明涉及模拟、预测页岩吸附天然气兰氏体积和兰氏压力的方法，属于通过测量气体压力或体积分析材料技术领域。其解决了现有技术存在的影响因素较少、不够全面，可能会影响模型的合理性和拟合精度的缺陷。本发明包括如下步骤：采用兰格缪尔模型对等温吸附实验进行拟合；在进行兰氏体积和兰氏压力建模前，通过统计分析确定兰氏体积和兰氏压力的影响因素；确定兰氏体积和兰氏压力的各影响因素后，通过各因素加权的方式进行建模，建立它们的综合预测模型，包括两小步：构建目标函数、构建惩罚函数；模型模拟及预测结果分析。本发明的综合预测模型能有效地模拟、预测兰氏体积和兰氏压力，减少实验工作量，对页岩气资源量和可采性评价具有积极意义。

技术领域

本发明涉及模拟、预测页岩吸附天然气兰氏体积和兰氏压力的方法，属于通过测量气体压力或体积分析材料技术领域。

背景技术

吸附相是页岩气的主要赋存相态之一，兰格缪尔模型是描述页岩气吸附特征的经典模型。兰格缪尔等温吸附模型是平衡态单层吸附模型，其中，兰氏体积代表样品的最大吸附量；兰氏压力即为吸附量等于兰氏体积一半时所对应的压力。兰氏体积和兰氏压力在很大程度上决定了页岩气的产能曲线和采收率，因为兰氏体积大代表页岩具有强的吸附能力，而兰氏压力高则说明页岩气易于解吸、开采。目前兰氏体积和兰氏压力主要通过等温吸附实验数据的标定获取，由于兰氏体积和兰氏压力受较多因素影响，如果进行大区域页岩气的资源和可采性评价，需要开展大量的等温吸附实验，系统揭示不同地区页岩的吸附特征。如果能建立兰氏体积、兰氏压力与各影响因素的定量化关系就可以对兰氏体积、兰氏压力进行预测，从而对页岩气资源量和可采性等做出评价，对此前人做了有益的探索。不过前人考虑的影响因素较少、不够全面，可能会影响模型的合理性和拟合精度。因此，有必要建立拟合和预测精度更高、适用性更强的多因素预测模型。

发明内容

本发明的目的在于克服现有吸附模型存在的上述缺陷，提出了一种模拟、预测页岩吸附天然气兰氏体积和兰氏压力的方法，通过利用多因素加权求和的方法建立基于泥页岩性质(总有机碳TOC、残留烃S1、岩石矿物组成)和吸附条件(温度)的兰氏体积和兰氏压力的综合模拟及预测模型，定量表征各因素的影响力，进而进行预测精度验证。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种模拟、预测页岩吸附天然气兰氏体积和兰氏压力的方法，包括如下步骤：

步骤一：采用兰格缪尔模型对等温吸附实验进行拟合，若兰格缪尔模型对页岩气的等温吸附普遍具有良好的拟合效果，则说明吸附甲烷的兰氏体积和兰氏压力具有重要意义。

步骤二：在进行兰氏体积和兰氏压力建模前，通过统计分析确定兰氏体积和兰氏压力的影响因素。为了最大限度地体现各因素的影响，在数据统计时要进行筛选。例如，在进行温度的影响研究时，要求每个样品都开展了不同温度的吸附实验，以尽量消除样品性质的影响。在进行样品性质的影响研究时，要求每个温度下都开展不同性质泥页岩的吸附实验，以尽量消除温度的影响。将不参与统计与建模样品的实验数据用于模型的预测精度验证。

步骤三：确定了兰氏体积和兰氏压力的各影响因素后，通过各因素加权的方式进行建模，建立它们的综合预测模型，包括两小步：

(1)构建目标函数；

(2)构建惩罚函数；

步骤四：模型模拟及预测结果分析。

进一步地，步骤二中，兰氏体积的影响因素包括温度和页岩的总有机碳(TOC)、残留烃(S1)以及粘土矿物含量；兰氏压力的影响因素包括温度和页岩的残留烃(S1)、碳酸盐、伊利石以及长石含量。

进一步地，步骤三中的综合预测模型，如式(1)和式(2)所示: