[发明专利]一种基于甲烷碳同位素的页岩含气量评估方法

权利要求书

1.一种基于甲烷碳同位素的页岩含气量评估方法，其特征在于，包括：

步骤100，取一规则的岩屑，给定岩屑的内部压力值、外部压力值、吸附量和孔隙度参数；

步骤200，利用所述内部压力值、外部压力值、吸附量和孔隙度分别计算出两种同位素甲烷由岩屑内部扩散出来的气体扩散通量、表面覆盖率和吸附量，根据控制体积内的自由气量和吸附气量的变化之和等于从边界流入的气量，建立质量守恒方程；

步骤300，将质量守恒方程转换为对两种同位素甲烷的分压求解，计算出两种同位素甲烷在任一时刻的分压，然后求出任一时刻两种同位素甲烷累积放气量，计算累积同位素值，与岩屑解析实验进行匹配，如果误差大则返回步骤100重新给定参数，如果误差小则进入下一步骤；

步骤400，对两种同位素分压取初始状态，则将两种同位素量相加可得到岩屑的总含气量，同时可根据前述获取任一时刻两种同位素甲烷累积放气量计算出自由气量、吸附气量、损失气量、解析气量和残余气量。

2.根据权利要求1所述的页岩含气量评估方法，其特征在于，

所述步骤200中，计算气体扩散通量的公式如下：

式中，N_i为气体组分i的扩散通量，i值取1和2并对应C13甲烷和C12甲烷，p_i为气体组分i的分压，φ_f为孔隙度，τ为迂曲度，p为内部压力，r为纳米孔道半径，μ为气体粘度，R为普适气体常数，T为温度K，D_K,i为气体i的Knudsen扩散系数，对于纳米管而言，为

M_i为气体i的摩尔质量。

3.根据权利要求2所述的页岩含气量评估方法，其特征在于，

所述步骤200中的表面覆盖率计算公式如下：

式中，θ_i为组分i在流动通道壁面的表面覆盖率，b_i通过下式进行计算：

b_i＝K/p⁰ (4)

式中p⁰是标准压力，K为Langmuir系数，可以表示为

q＝E_a-E_d是吸附热，Δs⁰＝Rln(A_a/A_d)是吸附的标准熵。

4.根据权利要求3所述的页岩含气量评估方法，其特征在于，

所述步骤200中的吸附量计算公式如下：

V_i,stp＝V_Lθ_i (6)

V_i,stp为组分i的吸附量，V_L为极限吸附量；

单位体积岩屑吸附气中组分i的摩尔数：

式中，ρ_shale为岩屑密度，ρ_gi,stp为组分i在标况下的密度,M_i为组分i的摩尔质量。

5.根据权利要求4所述的页岩含气量评估方法，其特征在于，

建立质量守恒方程的过程如下：

根据控制体积内的自由气变化量和吸附气变化量之和等于从边界流入的气量，得到质量守恒方程

式中，V为控制体积，φ_r为存储气空间孔隙度，ρ_g1,stp和ρ_g2,stp分别两种同位素在标况下的密度，和为时间偏导，为控制体积内的自由气变化量，为控制体积内吸附气变化量，等于从控制体积边界流入的气量之和。