一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，基于吸附势和吸附相体积关系曲线的唯一性，从理论上推导出了利用已知页岩样品单一吸附曲线求取不同深度页岩储层等温吸附模型参数的计算公式和计算方法，结合求得的吸附模型参数和目标深度页岩储层压力可快速预测出页岩储层吸附甲烷能力。本方法操作简便，除了用于快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力外，还可用于快速预测不同深度煤层吸附甲烷能力，在页岩气及煤层气勘探开发中具有广泛的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法
本专利技术涉及非常规天然气勘探开发
，尤其涉及一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法。
技术介绍
页岩储层吸附甲烷能力的确定是页岩气藏勘探开发的先导性和基础性工作，对于页岩气藏储量计算和开发方案编制具有重要影响。在页岩气探井钻探现场，可通过取芯进行解吸测试获得页岩储层吸附甲烷能力，但是在岩芯从地层取出井筒过程中逸散的甲烷难以准确估算。此时，通过室内等温吸附实验测试页岩储层吸附甲烷能力成为一种可行的选择。然而，室内等温吸附实验对仪器设备精度要求较高，且整个测试过程中各压力点下达到吸附解吸动态平衡所需时间较长，有时一个样品的测试周期长达一周，这些因素导致页岩等温吸附实验成本高昂且耗时耗力。此外，通过等温吸附实验只能获得某一特定温度下的吸附曲线，而页岩储层在纵向上存在温度梯度，因此想要计算不同深度页岩储层吸附甲烷能力必然要求在更多测试温度下开展等温吸附实验，其工作量和测试费用也随之大大增加。因此，有必要开展不同深度页岩储层吸附甲烷能力预测研究工作，以便快速低成本获取页岩气藏储量等参数，为页岩气藏勘探评价及开发提供有力支撑。
技术实现思路
本专利技术主要是克服现有技术中的不足之处，本专利技术的目的是提供一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法。为达到以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：S1：将泥页岩样品粉碎制备成60-80目的颗粒；S2：将上述样品颗粒放置于恒温箱中，每隔24小时用微量电子天平称量一次，直到相邻两次称量样品的质量变化小于2％为止，此步骤的目的是烘干样品中的水分；S3：将上述烘干后的样品迅速装入样品缸并连续抽真空，利用真空条件进一步去除样品吸附的杂质气体和水分；S4：采用容积法或重量法等温吸附实验装置，在恒定参考温度T0下测试上述样品在不同压力下的过剩吸附量，获得过剩吸附量随压力变化曲线；S5：利用修正的超临界Langmuir等温吸附模型拟合步骤S4中实验测得的过剩吸附量数据，获得参考温度T0下的Langmuir体积VL0、Langmuir压力PL0和吸附相甲烷密度ρad；S6：在NIST化学数据库中查询获得当温度为T0、压力为PL0时的自由相甲烷密度ρg0；S7：假定预测储层深度为h，温度为Tx，甲烷在该深度处页岩储层中的吸附曲线对应的Lanmguir压力为PLx，计算出与之相对应的自由相甲烷密度为ρgx；S8：利用P-R真实气体状态方程，结合步骤S7中计算得到的自由相甲烷密度ρgx和储层温度Tx，计算出对应的Langmuir压力PLx；S9：获得预测储层压力Px，利用上述步骤得到的Langmuir等温吸附模型参数计算页岩储层吸附甲烷能力。进一步的，所述步骤S1中将泥页岩样品粉碎的方法可以参照GB/T19560-2008标准。进一步的，所述步骤S2中恒温箱中的温度设置为80℃，所述步骤S3中连续抽真空的时间为24小时。进一步的，所述步骤S5中修正的超临界Langmuir等温吸附模型：式中，Vex为步骤S4中实验测得的过剩吸附量，cm3/g；VL为Langmuir体积，cm3/g；PL为Langmuir压力，MPa；P为吸附解吸平衡压力，MPa；ρad为吸附相甲烷密度，g/cm3；ρg为自由相甲烷密度，g/cm3。不同压力点下的自由相甲烷密度ρg从NIST化学数据库中查询获得，在该数据库中只需要输入温度和压力即可准确获得自由相甲烷密度值。进一步的，所述步骤S6中的自由相甲烷密度ρg0可在NIST化学数据库中直接输入温度T0和压力PL0准确获得。进一步的，所述步骤S7中页岩储层深度为h时对应的储层温度Tx可采用测井资料数据，也可采用公式简便计算为：Tx＝T地面+ΔT×h上式中，h表示页岩储层埋深，m；Tx表示页岩储层深度为h时对应的储层温度，K；ΔT为纵向上地层温度梯度，K/m；T地面表示地面温度，K。进一步的，所述步骤S7中自由相甲烷密度ρgx的计算公式如下：上式中，T0表示实验参考温度，K；Tx表示页岩储层深度为h时对应的储层温度，K；ρg0为参考温度T0时的实验数据拟合获得的Langmuir压力PL0下的自由相甲烷密度，g/cm3；ρgx表示页岩储层深度为h时，在储层温度Tx和对应的Langmuir压力PLx下的自由相甲烷密度，g/cm3；需要注意的是，此时PLx是未知的；ρg0由步骤S6查询获得。进一步的，所述步骤S7中对应温度Tx和压力PLx的自由相甲烷密度ρgx计算公式推导过程如下：根据Polanyi吸附势理论，1mol气体分子被孔道吸附所发生的自由能变化可表示为：上式中，A为吸附势，J/mol；R为通用气体常数，取值8.314J/(mol·K)；T为吸附测试温度，K；P0为饱和蒸气压，MPa；P为吸附解吸平衡压力，MPa。对于超临界甲烷吸附，上式中的饱和蒸气压没有实际物理意义，需要进行相应的替换。为此，Sakurovs等人(2007)提出采用吸附相甲烷密度代替饱和蒸气压，采用自由相甲烷密度代替吸附解吸平衡压力，可以得到：上式中，R为通用气体常数，取值8.314J/(mol·K)；T为吸附测试温度，K；ρad为吸附相甲烷密度，g/cm3；ρg为自由相甲烷密度，g/cm3。此外，甲烷在孔道中的吸附相体积计算公式为：上式中，V为吸附相体积，cm3/g；Vab为甲烷在页岩中的绝对吸附量，cm3/g；M为甲烷摩尔分子质量，取值16.0428g/mol；ρad为吸附相甲烷密度，g/cm3。绝对吸附量表达式为：上式中，VL为Langmuir体积，cm3/g；PL为Langmuir压力，MPa；P为吸附解吸平衡压力，MPa。根据吸附势理论，吸附势和吸附相体积之间存在唯一的关系曲线，且与温度无关，即：上式中，V为吸附相体积，cm3/g；VL为Langmuir体积，cm3/g；PL为Langmuir压力，MPa；P为吸附解吸平衡压力，MPa；M为甲烷摩尔分子质量，取值16.0428g/mol；ρad为吸附相甲烷密度，g/cm3；R为通用气体常数，取值8.314J/(mol·K)；T为吸附测试温度，K；ρg为自由相甲烷密度，g/cm3；f表示吸附势与吸附相体积之间的关系函数。研究表明，对于同一页岩样品，由于其吸附位是固有的，当压力不断增加后不同温度下的绝对吸附量会趋于一致，即VL只与页岩样品相关。将吸附相甲烷密度ρad视为定值，在温度为参考温度T0和预测储层温度Tx，压力等于各自温度下的Langmuir压力PL0和PLx时，可知其吸附相体积应该相等。由吸附势和吸附相体积关系曲线的唯一性可得：即可推得：上述公式中，R为通用气体常数，取值8.314J本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：/nS1：将泥页岩样品粉碎制备成60-80目的颗粒；/nS2：将上述样品颗粒放置于恒温箱中，每隔24小时用微量电子天平称量一次，直到相邻两次称量样品的质量变化小于2％为止，此步骤的目的是烘干样品中的水分；/nS3：将上述烘干后的样品迅速装入样品缸并连续抽真空，利用真空条件进一步去除样品吸附的杂质气体和水分；/nS4：采用容积法或重量法等温吸附实验装置，在恒定参考温度T

【技术特征摘要】
1.一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：
S1：将泥页岩样品粉碎制备成60-80目的颗粒；
S2：将上述样品颗粒放置于恒温箱中，每隔24小时用微量电子天平称量一次，直到相邻两次称量样品的质量变化小于2％为止，此步骤的目的是烘干样品中的水分；
S3：将上述烘干后的样品迅速装入样品缸并连续抽真空，利用真空条件进一步去除样品吸附的杂质气体和水分；
S4：采用容积法或重量法等温吸附实验装置，在恒定参考温度T0下测试上述样品在不同压力下的过剩吸附量，获得过剩吸附量随压力变化曲线；
S5：利用修正的超临界Langmuir等温吸附模型拟合步骤S4中实验测得的过剩吸附量数据，获得参考温度T0下的Langmuir体积VL0、Langmuir压力PL0和吸附相甲烷密度ρad；
S6：在NIST化学数据库中查询获得当温度为T0、压力为PL0时的自由相甲烷密度ρg0；
S7：假定预测储层深度为h，温度为Tx，甲烷在该深度处页岩储层中的吸附曲线对应的Lanmguir压力为PLx，计算出与之相对应的自由相甲烷密度为ρgx；
S8：利用P-R真实气体状态方程，结合步骤S7中计算得到的自由相甲烷密度ρgx和储层温度Tx，计算出对应的Langmuir压力PLx；
S9：获得预测储层压力Px，利用上述步骤得到的Langmuir等温吸附模型参数计算页岩储层吸附甲烷能力。


2.如权利要求1中所述的一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，其特征在于，所述步骤S1中将泥页岩样品粉碎的方法可以参照GB/T19560-2008标准。


3.如权利要求1中所述的一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，其特征在于，所述步骤S2中恒温箱中的温度设置为80℃，所述步骤S3中连续抽真空的时间为24小时。


4.如权利要求1中所述的一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，其特征在于，所述步骤S5中修正的超临界Langmuir等温吸附模型：



式中，Vex为步骤S4中实验测得的过剩吸附量，cm3/g；VL为Langmuir体积，cm3/g；PL为Langmuir压力，MPa；P为吸附解吸平衡压力，MPa；ρad为吸附相甲烷密度，g/cm3；ρg为自由相甲烷密度，g/cm3；不同压力点下的自由相甲烷密度ρg从NIST化学数据库中查询获得，在该数据库中只需要输入温度和压力即可准确获得自由相甲烷密度值；所述步骤S6中的自由相甲烷密度ρg0也是在NIST化学数据库中直接输入温度T0和压力PL0准确获得。


5.如权利要求1中所述的一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，其特征在于，所述步骤S7中页岩储层深度为h时对应的储层温度Tx可采用测井资料数据，也可采用公式简便计算为：
Tx＝T地面+ΔT×h
上式中，h表示页岩储层埋深，m；Tx表示页岩储层深度为h时对应的储层温度，K；ΔT为纵向上地层温度梯度，K/m；T地面表示地面温度，K。


6.如权利要求1中所述的一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，其特征在于，所述步骤S7中自由相甲烷密度ρgx的计算公式如下：



上式中，T0表示实验参考温度，K；Tx表示页岩储层深度为h时对应的储层温度，K；ρg0为参考温度T0时的实验数据拟合获得的Langmuir压力PL0下的自由相甲烷密度，g/cm3；ρgx表示页岩储层深度为h时，在储层温度Tx和对应的Langmuir压力PLx下的自由相甲烷密度，g/cm3；需要注意的是，此时PLx是未知的；ρg0由步骤S6查询获得。


7.如权利要求1中所述的一种快速预测不同深度页岩储层吸附甲烷能力的方法，其特征在于，所述步骤S7中对应温度Tx和压力PLx的自由相甲烷密度ρgx计算公式推导过程如下：
根据Polanyi吸附势理论，1mol气体分子被孔道吸附所发生的自由能变化可表示为：



上式中，A为吸附势，J/mol；R为通用气体常数，取值8.314J/(mol·K)；T为吸附测试温度，K；P0为饱和蒸气...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘香禺，赵玉龙，张烈辉，何晓，佘朝毅，吴建发，张芮菡，唐慧莹，郭晶晶，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51