[发明专利]一种基于甲烷碳同位素的页岩含气量评估方法

说明书

本发明提供了一种基于甲烷碳同位素的页岩含气量评估方法，通过计算和实验结果的匹配来估计相关参数，利用页岩气解析放气过程中甲烷碳同位素值的变化，与放气过程中的气体采收率建立对应关系，实现总气量的计算。该方法一方面可以计算出损失气量、解析气量和残余气量，另一方面又可以计算出自由气量和吸附气量。本发明的同位素分馏一方面可以将损失气、解吸气、残余气都计算出来；另一方面又可以将自由气、吸附气都算出来。

技术领域

本发明涉及石油工程领域，特别是涉及一种评估页岩含气量时利用甲烷碳同位素的分馏表征解析过程的方法。

背景技术

页岩气是滞留于烃源岩中聚集形成的天然气藏，具有典型的“自生自储”的特点，主要以吸附和游离的方式赋存于页岩中。其中吸附气含量介于20～85％之间(平均为50％)，是页岩气的重要组成部分，在很大程度上决定着页岩中的含气量。虽然富有机质泥页岩地层层系中可能广泛含气，但只有地层中的含气量达到一定水平(如美国的含气量底限为0.5m³/t-1.0m³/t)并形成相对富集时，才具有工业开发价值。如果泥页岩地层中的含气量太低，达不到一定水平，那么在目前的经济技术条件下可能就不具备工业开发的条件，对这部分页岩气开展的资源评价就无实际意义了。页岩气的勘探开发已经引起国内外广泛地关注和重视，北美页岩气勘探开发的巨大成功更是掀起了页岩气的热潮。

与美国等发达国家相比，中国的页岩气勘探开发研究尚处于快速起步阶段，尤其在页岩含气量实验方法和评价技术方面研究还比较薄弱。页岩含气量是页岩气资源评价、有利区优选、勘探开发部署等的关键参数和重要依据，针对页岩含气量分析的实验和理论研究迫在眉睫。

现有对含气量评估方法主要包括直接法和间接法两种。

直接法是对页岩样品进行解析测量，然后通过计算去拟合实验结果得到含气量。直接法主要包括USBM法、ACF法和MCF法；

(1)USBM方法借鉴煤层气的评价方法，解析量可以通过实验相对准确获取，研究含气量的关键在于估算损失气量。当采收率小于0.5的时候解吸气量与时间的1/2次方成正比。由于样品在最初的几个小时里面温度与储层温度不同，采用初始的解析数据计算会带来误差，不能反映真实的气体扩散特征；

(2)ACF方法可以使用所有的可用解析数据，ACF方法考虑从零时刻到解吸结束这个过程是连续的，可以用统一扩散模型描述；

(3)在MCF中，区分宏孔和微孔，建立双孔扩散模型。

但上述方法在估算损失气量时存在不准确的问题。损失气量是指在钻井、提钻直到密封装罐之前逸散的天然气量，通常为游离气及靠近岩心表面的吸附气。损失气量无法通过实验测量，一般通过计算求取。在计算过程中，岩心解吸测定前的暴露时间这一参数的确定尤为重要。由于早期扩散速度快，损失气量是非常大的一部分，需要对这部分进行准确的定量评估，但直接法对损失气量的计算方式非常粗糙，同时其残余气量测量方式也不够准确。

间接法分别测量自由气量和吸附气量，然后求出总含气量。其测自由气量依赖于孔隙度的测试，而吸附气量则利用高压甲烷吸附实验得到。对于游离气部分，通常借助于地质模型来描述气藏的几何形态，通过对气藏厚度、孔隙度、含水饱和度及储层的平面展布进行评估来确定模型所需参数，将这些参数输入到地质模型，从而确定气藏的体积。结合气藏压力、温度条件下的流体性质，评估出气藏中单位岩石游离气的体积。对于吸附气部分，页岩的吸附能力可以通过甲烷等温吸附实验，建立吉布斯模型、势差模型或兰格缪尔模型来计算得到。间接法存在问题：实测吸附解吸时，很难保证与实际地层条件一致，而且测试时将岩芯磨成粉末，与实际情况同样存在差异。

发明内容

本发明的目的是要提供一种涉评估页岩含气量时利用甲烷碳同位素的分馏表征解析过程的方法。

特别地，本发明提供一种基于甲烷碳同位素的页岩含气量评估方法，包括：