[发明专利]页岩释气过程中甲烷碳同位素变化的分析方法

说明书

本发明属于地质勘探和开发技术领域，涉及一种页岩释气过程中甲烷碳同位素变化的分析方法。该分析方法包括，对页岩岩样现场解析，获取吸附气的分馏系数和剩余比，以及获取游离气的分馏系数和剩余比，从而得到页岩岩样从提钻到现场解吸过程页岩释气中甲烷同位素的变化规律。本发明提供的页岩释气过程中甲烷碳同位素变化的分析方法，通过建立的数学模型模拟得到页岩释气中甲烷碳同位素的变化规律，可用于示踪页岩气开发的状态。

技术领域

本发明属于地质勘探和开发技术领域，更具体地，涉及一种页岩释气过程中甲烷碳同位素变化的分析方法。

背景技术

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料。对于页岩气成因、页岩气的碳同位素倒转的机制、生产过程中甲烷碳同位素的变化规律和产能预测等问题均是油田工业中的关键问题。

烃类生成过程中其碳同位素值会随着成熟度增加、运移聚集、微生物作用及其他烃类混入等作用而发生规律性的变化，因此烃类稳定碳氢同位素常用于油气运移示踪，有机母质类型、源岩沉积环境、成熟度的判识等。其中甲烷碳同位素组成的计算通常根据¹³CH₄与¹²CH₄压力比或摩尔比，根据下述公式计算其对国际标准PDB的δ：

岩心释气过程通常包括岩心从提钻到解吸实验的整个过程，该过程可划分为以下三个有序步骤：

(1)提钻过程：岩芯从井底到井口，这个过程通常需要数小时至数十个小时，取决于钻井效果；

(2)地面处理：岩芯到达地面从井筒中取出至装入解吸罐密封，这个过程通常不超过半小时；

(3)解吸过程：从解吸罐密封至解吸实验结束取出岩芯，这个过程通常需要数十个小时，取决于解吸气量与页岩孔隙结构。

步骤(1)提钻过程和步骤(2)地面处理过程中散失的气体，无法获取。步骤(3)实则为岩心现场解吸实验，人为干预页岩中气体逸出的量。岩心现场解吸实验包括两部分：一阶解吸和二阶解吸。其中，一阶解吸是指在与地层泥浆循环温度相同条件下持续水浴解吸，解吸的时间通常为2－3个小时；二阶解吸是在一阶解吸之后提高解吸温度继续对页岩岩心进行解吸，直至气体的解吸量趋于稳定的过程。

在页岩气资源量的评价中，利用甲烷等温吸附模拟实验结果计算页岩的吸附气量，利用地层温压条件孔隙空间核定游离气的量。

现有的论文文献1(埋藏条件下页岩气赋存形式研究，俞凌杰等，石油实验地质，2016年7月，第38卷第4期)基于重量法等温吸附实验，分析因素TOC含量、温度、湿度对页岩吸附能力的影响，并通过建立这3个因素与吸附能力的经验关系来获取埋藏条件下的吸附气量。此外，通过孔隙空间扣除孔隙水和吸附气占据空间来厘定游离气占据空间，并基于甲烷状态方程(PR方程)获取游离气密度，从而构建埋藏条件下游离气赋存计算方法。

现有的论文文献2(川东南地区五峰组-龙马溪组页岩现场解吸气特征及其意义，杨振恒等.，天然气地球科学，2017年2月，第28卷第4期)页岩岩心解吸气甲烷碳同位素特征研究发现，碳同位素值随解吸时间的变化发生明显分馏效应，甲烷碳同位素的比值逐渐变大。然而页岩岩心提钻过程中，岩心从井底到井口，赋存其中的部分气体释放(损失气)，无法获得该部分气体样品进行分析，因此上述研究缺乏损失气的同位素变化数据，从而缺乏对页岩岩心释气过程甲烷碳同位素组成变化规律的整体认识。若能获得页岩岩心中甲烷气体释放全过程的同位素变化规律，与页岩气井生产数据结合，对于示踪页岩气井的开发状态具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩释气过程中甲烷碳同位素变化的分析方法。