[发明专利]一种基于井场解析实验的岩石含气量计算方法

说明书

本发明公开了一种基于井场解析实验的岩石含气量计算方法，采用综合考虑了气体膨胀、脱附和滑脱效应的气体流动物理模型，通过拟合井场解析气实验数据确定物理模型中的气体渗透率参数，再结合页岩岩芯深度、泥浆密度、初始地层压力和起钻过程等地质参数，运用已知物理模型数值计算岩芯内气体解析过程，从而确定初始压力条件下岩石原地含气量，以及岩石当为页岩时游离气和吸附气的比例。

技术领域

本发明涉及非常规油气勘探开发技术领域，特别是涉及一种基于井场解析实验的岩石含气量计算方法。

背景技术

非常规页岩气和致密砂岩气已成为全球能源结构中的重要构成部分，但不同来源的资源量评估数据存在很大的差异，原因在于原地含气量的计算还没有形成统一的方法与规范。现阶段确定页岩原地含气量的方法主要有公式计算法和现场实验法。完善的公式计算法由Ambrose等(Ambrose et al.,2012,Shale gas-in-place calculations Part I:New pore-scale considerations,SPE Journal,219-229)提出，其根本核心是三相孔隙(水-吸附气-游离气)模型，修正了吸附气占据的孔隙空间，分别计算储层条件下的游离气量和吸附气量，基于该方法结合相应的实验测试可较准确地评价页岩含气量(CN108593493A)，但是体积法只能提供静态含气量数据。现场实验法即现场含气量解析实验(Canister Test)，广泛用于测量煤或页岩岩芯样品释放的气体体积，然后采用USBM直接法分析解析气数据来确定岩芯中的含气量(Bertard et al.,1970,Determination ofdesorbable gas concentration of coal(Direct Method)，International Journal ofRock Mechanics and Mining Science,7:43-65；Kissell et al.,1973,The directmethod of determining methane content of coalbeds for ventilation design,USBureau of Mines Report of Investigations 7767,p.22)。根据USBM直接法将岩芯含气量分为损失气、解析气和残余气三部分，解析气和残余气通过现场解析实验获得，损失气通过拟合解析气数据再前推至零点时间获得，最早采用线性外推方法获得损失气量，但当损失气量超过总气量的20％或是岩芯埋藏深且超压时(Bertard et al.,1970；Yee et al.,1993)，线性外推法变得不准确，低估含气量，而多项式外推方法往往会高估损失气量(Diamond et al.,2001)。对于页岩气来讲，一般埋藏深度超过2000m，取芯过程耗时，损失气量一般都超过总气量的20％，超压地层损失气量更大。另外，直接法对零点时间的确定(Kissell et al.,1973)是经验性的。更重要的是，直接法无法描述页岩中游离气和吸附气复杂的流动机理。如果仅对零点时间和损失时间进行校正也无法用直接法获得准确的页岩含气量(CN105203428B)。正是现场实验方法在准确恢复损失气量方面存在诸多的不确定性，一系列解析模拟装置和实验方法相继提出用于评估页岩含气量(CN106168565A，CN106970001A，CN104713802B，CN105675434B，CN106370260B，CN106525637A，CN107192632A，CN107462491A，CN107727530A，CN108254289A，CN108469396A，CN108627414A，CN110095375A)，这些模拟装置基本都具有复杂的设计结构，在实际实施过程中存在诸多难以实现的细节，更重要的是，这些理想的模拟装置和实验方法面对深层超高压页岩气(埋深大于4000m)将会一筹莫展。科学的理论计算方法在页岩含气量和储量评估方面具有更广阔的应用前景。专利CN108240952A提出了一种解析法计算页岩含气量的方法，将井场解析实验获得的含气量数据分别与多个经验公式进行误差分析，最终得到吸附气量拟合公式和游离气量拟合公式，众所周知，经验公式只针对特定地区特定层系已有详尽研究成果的情况才适用，且经验公式很可能存在本质错误。因此，专利CN108240952A公布的页岩含气量计算方法在实践中不具备广阔的应用前景。