一种煤岩与页岩原位含气性评价方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种煤岩与页岩原位含气性评价方法及系统，涉及石油天然气勘探和开发技术领域，解其技术方案要点是：根据气体释放行为将取心和现场解吸过程分为五个阶段，并确定各个阶段的时间零点和损失气体时间两个关键参数；根据关键参数和储层特征对各个阶段中气体解吸、气体逸出进行分析计算；分析各个阶段的气体解析量，得到岩心的一系列原位含气量，原位含气量包括总含气量、吸附气量、游离气量。本发明专利技术将取心和解吸过程分为五个阶段，并综合考虑了不同时间内仅游离气以及吸附、游离气的气体释放行为。通过此方法精确确定时间零点和损失气体时间这两个参数，能够更加准确的表征岩心在井眼提升过程中甲烷气体逸散规律。

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩与页岩原位含气性评价方法及系统
本专利技术涉及石油天然气勘探和开发
，更具体地说，它涉及一种煤岩与页岩原位含气性评价方法及系统。
技术介绍
随着世界油气能源供给的日趋紧张和常规油气勘探开发形势的日趋严峻，非常规油气已引起人们的高度重视。包括煤层气、页岩气在内的非常规油气在现有经济技术条件下展示了巨大的潜力，全球油气资源将迎来再次高峰。近十年来，煤层气和页岩气的勘探开发得到了广泛和深入地研究。随着煤层气和页岩气资源对能源供应的重要性逐步提高，人们对煤层气和页岩气资源储量的评估越来越感兴趣。大量的研究表明，储层中的煤层气和页岩气受多种地质因素影响，包括地质结构、沉积环境、水动力条件、埋深、温压条件、储层物性、物质组成等，导致原位储层中气体含量有着强烈的横向/纵向非均质异性。煤岩与页岩原位含气量常用于天然气资源量的估算或者作为储层模型和生产模拟的关键输入参数之一，此外也是影响天然气资源开发经济潜力的关键储层参数之一。因此，国内外学者对原位含气量估算非常重视，长期以来将此作为一个重要的研究方向。人们普遍认为，煤层气和页岩气主要以吸附、游离和溶解态赋存于地下储层中。通常情况下，吸附气是煤层气中的主要成分，特别是在中-高阶煤中；而在低阶煤中，游离气和溶解气的存在则不能忽略。与煤层气相比，页岩储集层中甲烷以吸附态和游离态共存，其中吸附气占总气的20％-85％。在成熟度较高的海相页岩中可忽略溶解气，陆相页岩中不可忽略。总体而言，吸附气和游离气在中高阶煤和海相页岩中占主导地位，页岩中游离气浓度比煤岩中的要高得多。由于吸附气和游离气的传输机制不同，它们的含量直接影响气体的产生。为此，测定总气体含量、吸附气和游离气含量对煤层气和页岩气的高效开采至关重要。在此背景下，如何研究设计一种煤岩与页岩原位含气性评价方法及系统是我们目前急需解决的问题，这对煤岩、页岩含气量资源潜力的客观评估、产量的科学计算以及有利目标层位和地区的筛选有着重要作用。
技术实现思路
为克服现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种煤岩与页岩原位含气性评价方法及系统，本专利技术介绍了一种新的原位含气量恢复方法，即过程分析法，该方法理想地将取心和解吸过程分为五个阶段，并综合考虑了不同时间内仅游离气以及吸附、游离气的气体释放行为。本专利技术对煤岩/页岩含气量资源潜力的客观评估、产量的科学计算以及有利目标层位/地区的筛选有着重要作用。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：第一方面，提供了一种煤岩与页岩原位含气性评价方法及系统，包括以下步骤：根据气体释放行为将取心和现场解吸过程分为五个阶段，并确定各个阶段的时间零点和损失气体时间两个关键参数；根据关键参数和储层特征对各个阶段中气体解吸、气体逸出进行分析计算；分析各个阶段的气体解析量，得到岩心的一系列原位含气量，原位含气量包括总含气量、吸附气量、游离气量。进一步的，所述取心和现场解吸过程的阶段划分具体为：第一阶段：储层压力P小于钻井泥浆重力Pg和大气压力Pa之和，P<Pg+Pa；钻井泥浆重力Pg和大气压力Pa阻止气体的逸出，气体没有逸出；随着岩心的上升，Pg+Pa逐渐降低至储层压力P，表明第一阶段终止；经历时间t1：Pi＝ρgv(td-t1)sinθ+Pa；式中，Pi为原始储层压力，MPa；ρ为钻井液密度，g/cm3；v为平均提钻速度，km/min；td为岩心在井筒中经历的提钻总时间，min；θ为钻井倾角，°；第二阶段：储层压力P等于钻井泥浆重力Pg和大气压力Pa之和，P＝Pg+Pa，且大于甲烷的临界解吸压力Pcd，P>Pcd；随着岩心的不断抬升，储层压力P逐渐降低，储层压力P突破岩心周围的压力而使游离气体逸出并损失；当储层压力P降低至临界解吸压力时，表明第二阶段终止；经历时间t2：Pcd＝ρgv(td-t2)sinθ+Pa；第三阶段：储层压力P等于钻井泥浆重力Pg和大气压Pa之和，P＝Pg+Pa，且小于甲烷的临界解吸压力，P≤Pcd；岩心基质中的吸附气体开始解吸，并开始对气体逸散量有所贡献；第四阶段：岩心到达地面，且尚未放入解吸罐中；岩心中的气体开始逸出到大气中，直到岩心放入解吸罐中为止；第五阶段：密封解吸罐中的气体释放开始，且是第四阶段的延续。进一步的，所述第二阶段的累积解吸气量具体为：将一定温度和压力条件下的自由气体浓度转换为标准条件下的自由气体浓度，公式如下：式中，Cf为过剩吸附量对应的游离气含量，m3/t；Z为气体压缩系数，无因次；Z0为标准条件下甲烷的压缩系数，0.9976；T0为标准温度，273.15K；P0为标准压力，0.101325MPa；Sw为含水饱和度，％；φ——岩心孔隙度，％；气体压缩系数Z为：式中，PC为临界压力，MPa；TC为临界温度，K；第二阶段，t1≤t<t2，从岩心逸出的累积气体含量为：式中，Zi为储层压力下的气体压缩系数，无因次；Zcd为临界解吸压力下的气体压缩系数，无因次；ρa为岩心视密度，g/cm3。进一步的，所述第三阶段的累积解吸气量具体为：过剩吸附气含量：式中，Ca为过剩吸附气含量，m3/t；ρabs为吸附气密度，g/cm3；VL为兰氏体积，m3/t；PL为兰氏压力，MPa；M为摩尔质量，g/mol；R为通用气体含量，8.314J/(mol·K)；解吸后的气体与游离气体一起流入孔隙裂缝并扩散出岩心，扩散过程服从菲克第一定律：式中，C为基质单元内平均气体浓度，cm3/g；C(P)为平衡条件下基质边缘气体浓度，cm3/g；D为扩散系数，m2/min；Fs为形态因子，m-2；t为扩散时间，min；基质系统与裂隙系统之间的气体交换率为：式中，Fg——几何因子，无因次；在第三阶段的每个平衡条件下，C(P)为：初始时刻(t＝t2)时，岩心中的初始气体浓度为：第三阶段和第四阶段的持续时间分别细分为N1和N2间隔；在[tn，tn+1]的随机时间间隔内，根据差分法可得岩心基质中的气体浓度，具体为：式中，Cn为tn时岩心基质中的平均气体浓度，m3/t；Cn+1为tn+1时岩心基质中的平均气体浓度，m3/t；C(Pn)为平衡条件下在tn时在基质边界处的气体浓度，m3/t；C(Pn+1)为平衡条件下在tn+1时在基质边界处的气体浓度，m3/t；Δt——tn和tn+1之间的时间间隔，min；其中，DFs具体为：-ln(1-Qt/Q∞)＝DFSt式中，Qt为现场累积解吸气量，m3/t；Q∞为岩心现场解吸气体和残留气体总量的总和，m3/t；在tn+1时，从岩心基质到裂缝系统的气体平均交换速率为：第三阶段，t2≤t<t3，从岩心逸出的累积气体含量为：式中，(t-t2)/Δt为整数。进一步的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤岩与页岩原位含气性评价方法，其特征是，包括以下步骤：/n根据气体释放行为将取心和现场解吸过程分为五个阶段，并确定各个阶段的时间零点和损失气体时间两个关键参数；/n根据关键参数和储层特征对各个阶段中气体解吸、气体逸出进行分析计算；/n分析各个阶段的气体解析量，得到岩心的一系列原位含气量，原位含气量包括总含气量、吸附气量、游离气量。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤岩与页岩原位含气性评价方法，其特征是，包括以下步骤：
根据气体释放行为将取心和现场解吸过程分为五个阶段，并确定各个阶段的时间零点和损失气体时间两个关键参数；
根据关键参数和储层特征对各个阶段中气体解吸、气体逸出进行分析计算；
分析各个阶段的气体解析量，得到岩心的一系列原位含气量，原位含气量包括总含气量、吸附气量、游离气量。


2.根据权利要求1所述的一种煤岩与页岩原位含气性评价方法，其特征是，所述取心和现场解吸过程的阶段划分具体为：
第一阶段：储层压力P小于钻井泥浆重力Pg和大气压力Pa之和，P<Pg+Pa；钻井泥浆重力Pg和大气压力Pa阻止气体的逸出，气体没有逸出；随着岩心的上升，Pg+Pa逐渐降低至储层压力P，表明第一阶段终止；
经历时间t1：Pi＝ρgv(td-t1)sinθ+Pa；
式中，Pi为原始储层压力，MPa；ρ为钻井液密度，g/cm3；v为平均提钻速度，km/min；td为岩心在井筒中经历的提钻总时间，min；θ为钻井倾角，°；
第二阶段：储层压力P等于钻井泥浆重力Pg和大气压力Pa之和，P＝Pg+Pa，且大于甲烷的临界解吸压力Pcd，P>Pcd；随着岩心的不断抬升，储层压力P逐渐降低，储层压力P突破岩心周围的压力而使游离气体逸出并损失；当储层压力P降低至临界解吸压力时，表明第二阶段终止；经历时间t2：Pcd＝ρgv(td-t2)sinθ+Pa；
第三阶段：储层压力P等于钻井泥浆重力Pg和大气压Pa之和，P＝Pg+Pa，且小于甲烷的临界解吸压力，P≤Pcd；岩心基质中的吸附气体开始解吸，并开始对气体逸散量有所贡献；
第四阶段：岩心到达地面，且尚未放入解吸罐中；岩心中的气体开始逸出到大气中，直到岩心放入解吸罐中为止；
第五阶段：密封解吸罐中的气体释放开始，且是第四阶段的延续。


3.根据权利要求2所述的一种煤岩与页岩原位含气性评价方法，其特征是，所述第二阶段的累积解吸气量具体为：
将一定温度和压力条件下的自由气体浓度转换为标准条件下的自由气体浓度，公式如下：



式中，Cf为过剩吸附量对应的游离气含量，m3/t；Z为气体压缩系数，无因次；Z0为标准条件下甲烷的压缩系数，0.9976；T0为标准温度，273.15K；P0为标准压力，0.101325MPa；Sw为含水饱和度，％；φ——岩心孔隙度，％；
气体压缩系数Z为：



式中，PC为临界压力，MPa；TC为临界温度，K；
第二阶段，t1≤t<t2，从岩心逸出的累积气体含量为：



式中，Zi为储层压力下的气体压缩系数，无因次；Zcd为临界解吸压力下的气体压缩系数，无因次；ρa为岩心视密度，g/cm3。


4.根据权利要求2所述的一种煤岩与页岩原位含气性评价方法，其特征是，所述第三阶段的累积解吸气量具体为：
过剩吸附气含量：



式中，Ca为过剩吸附气含量，m3/t；ρabs为吸附气密度，g/cm3；VL为兰氏体积，m3/t；PL为兰氏压力，MPa；M为摩尔质量，g/mol；R为通用气体含量，8.314J/(mol·K)；
解吸后的气体与游离气...

【专利技术属性】
技术研发人员：于荣泽，李俊乾，张磊夫，李文镖，魏永波，宋兆京，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，中国石油集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37