页岩含气量测试技术

科技与创新┃Science and Technology &Innovation·66·2018年第14期文章编号：2095－6835（2018）14－0066－02页岩含气量测试综述薛冰，张忠哲（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津300000）摘要：随着页岩气开发技术的日益成熟，页岩气资源成为全球能源领域的热点，尤其在美国页岩气成功勘探开发的推动下，有关页岩气理论研究也取得了突飞猛进的发展。

页岩气是指主体以吸附和游离两种状态同时赋存于具有自身生气能力的泥岩或页岩地层层系中的天然气聚集（Curtis ，2002；张金川等，2003）。

我国页岩气研究起步较晚，主要以南方海相地层为勘探重点，目前在上扬子下志留统地层中已取得了一定的勘探突破[1-5]。

关键词：页岩气；含气量；测井解释法；等温吸附法中图分类号：P618.1文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2018.14.066页岩气发育条件及富集机理的特殊性，决定了相应获取方法和参数取值的特殊性。

页岩气以吸附和游离两种状态同时赋存于泥页岩中[3-5]，天然气的富集兼具煤层气、根缘气和常规储层气的机理特点，表现为典型的天然气吸附与脱吸附、聚集与逃逸的动态过程，含气量的获取方法需相应调整和考虑。

基于煤层气、致密砂岩气等含气量获取方法并考虑页岩气的地质特殊性，目前页岩气含气量获取方法主要包括以下5种，见表1.表1页岩气含气量获取方法统计法测井解释法等温吸附法现场解吸法图版法通过对已有含气量的统计建立相应的预测模型通过测井手段获得页岩含气量的方法利用Langmuir 方程测量页岩最大吸附气含量解吸气量、损失气量和残余气量吸附气量和游离气量的理论计算图版1统计法统计法，是根据数理统计学原理和方法收集、整理、分析已完成的勘探工作和储量成果，进行量化的分析、总结，建立预测模型，进而预测未发现油气资源量并估算总资源量，为相关决策提供依据和参考。

页岩气实验测试技术一、页岩气富集机理及实验测试特殊性页岩气是指主体上以吸附和游离状态赋存于泥、页岩（部分粉砂岩）地层中的天然气聚集。

张金川、金之钧等在研究吐哈盆地天然气问题时注意到了页岩气，随后对页岩气特点和聚集机理进行了探讨，并对页岩气进行了界定，认为页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集，在页岩气藏中，天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中，为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式；张金川等（2006）进一步明确了页岩气具有煤层气和根源气在聚集意义上的双重特征，吸附机理的存在提高了页岩气资源量并延伸了勘探领域，页岩气可能是中国南方地区油气进一步勘探的重要突破口；薛会等（2006）从天然气成因机理和成藏机理两个方面对天然气类型进行划分，对页岩气进行研究；孙超等（2007）通过页岩气藏和深盆气藏的对比研究，认为页岩气藏的形成需要大面积、厚层页岩，裂缝是其重要储集空间，排烃方式以扩散作用为主，短距离运移，在低孔低渗储层形成的隐蔽圈闭中聚集，气藏中常具异常地层压力。

1、页岩气富集机理页岩气是一种重要的非常规天然气类型，与常规天然气相比，其生成、运移、赋存、聚集、保存等过程及成藏机理既有许多相似之处，又有一些不同点，页岩气成藏的生烃条件及过程与常规天然气藏相同，泥页岩的有机质丰度、有机质类型和热演化特征决定了其生烃能力和时间；在烃类气体的运移方面，页岩气成藏体现出无运移或短距离运移的特征，泥页岩中的裂缝和微孔隙成了主要运移通道，而常规天然气成藏除了烃类气体在泥页岩中的初次运移以外，还需在储集层中通过断裂、孔隙等输导系统进行二次运移；在赋存方式上，二者差别较大，首先，储集层和储集空间不同（常规天然气储集于碎屑岩或碳酸盐岩的孔隙、裂缝、溶孔、溶洞中，页岩气储集于泥页岩粘土矿物和有机质表面、微孔隙中）。

检验检测国内外页岩含气量测定方法标准比较研究赵 丹1,2 张文锦1,2 何家欢1,2 王 丽1,2 张 灯1 王佳琪1,2易 力1,2 安珏东1,2 张 伟1,2（1.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院；2.页岩气评价与开采四川省重点实验室）摘 要：全球油气行业正在向以页岩气为代表的非常规资源转型。

页岩含气量作为进行页岩气藏资源评价的关键参数，其重要性愈发凸显。

但目前国际范围内仅中国制定了页岩含气量测定方法标准，国外则借用煤层气相应标准。

本文通过比较国内外页岩含气量测定方法，论证了中国标准更符合页岩气生产实际，说明了在全球范围内推广该标准的必要性。

国际标准的制定将提升石油企业国际影响力和行业话语权，为建设世界一流企业发挥重要推动作用。

关键词：页岩气，含气量测定，方法标准，国内外Comparative Study on the Standard of Measurement Method of Shale GasContent at Home and AbroadZHAO Dan 1, 2 ZHANG Wen-jin 1, 2 HE Jia-huan 1, 2 WANG Li 1, 2 ZHANG Deng 1WANG Jia-qi 1, 2 YI Li 1, 2 AN Jue-dong 1, 2 ZHANG Wei 1, 2(1. Exploration and Development Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company;2. Shale Gas Evaluation and Exploitation Key Laboratory of Sichuan Province ）Abstract: The global oil and gas industry is transitioning to unconventional resources, notably shale gas. As a key parameter for resource evaluation of shale gas reservoir, shale gas content is becoming more and more important. But at present, only China has developed the standard on shale gas content measurement method, and foreign countries have adopted the corresponding standard on coalbed methane. By comparing the measurement methods of shale gas content at home and abroad, this paper demonstrates that the Chinese standard is more consistent with the actual production of shale gas, and shows the necessity of promoting the standard worldwide. The formulation of international standards will enhance the international influence and industrial discourse power of petroleum enterprises, and play an important role in promoting the construction of world-class enterprises.Keywords: shale gas, gas content measurement, method and standard, at home and abroad作者简介：赵丹，现就职于中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院，中级工程师，从事油气田开发分析实验工作。

吸附时间吸附时间（τ）是指样品所含气体被解吸出63.2%时所用的时间，一般以天为单位。

吸附时间可采用图解法或计算方法求取。

计算方法如下：首先，计算出占总气量63.2%所对应的气体体积： V63.2%＝VT×63.2% 式中： V63.2%——占总气量63.2%所对应的气体体积，单位为立方厘米（cm3）； VT——为损失气、自然解吸气和残余气体积总和，单位为立方厘米（cm3）；其次，计算各实测数据点的时间和各点的累计气体体积（标准状态）；然后，在累计体积数据中找出V63.2%所在的区间；最后，利用直线内插方法求出V63.2%所对应的时间，即为τ值。

恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 21
吸附时间的测定损失气 30000 解吸气残余气 24000 18000 解吸量/cm3 12000 吸附时间 6000 0 -6000 0 50 100 150 200 250 300 350 (T+t1/2 恒泰尚合能源技术（北京）有限公司 22
谢谢。

页岩含气量现场测试中损失气量的计算方法对比分析页岩含气量现场测试技术在油气开发中得到了极为广泛的应用，结合页岩气的储存特点，往往存在于孔隙或裂缝之中，对于其含气量的计算，是确定地质中气储量的关键手段，结合其储量，确定具体的后续开发方案。

本文选择了三种常见的损失气量计算方法进行对比分析，确定几种方法的特点，以便于结合具体的要求选择合适的损失气量计算方法。

标签：页岩;含气量;现场测试;损失气量;气体扩散前言：随着油气开发技术的飞速发展，页岩气的勘探开发工作也有了明显的改善，近些年来，已经探明了多个页岩气地质储层，并且储量在进一步的增加，页岩气年产量逐年提升。

页岩气本身是以游离或者吸附状态存在于页岩的裂缝及孔隙中，一般选择的页岩含气量测试方法包括直接测试和间接测试两种，相比之下，直接测试法的结果更加精确，而且速度较快，是目前页岩含气量测试的常见方法。

1.页岩含气量现场测试中损失气量的计算方法1.1损失气量的计算流程为了更好的确定页岩含气量现场测试中损失气量的计算方法的合理性，选择了某页岩气井采集样品，展开现场含气量的测试，并且分析其损失气量。

对于页岩气的采集和剩余气量的计算都在钻井现场完成，并且统计时间间隔参数。

采集完成之后，将钻去的页岩岩心放到解吸罐中，然后剩余空间用砂质填满密封。

在温度控制器的控制下，将其加热到储层标准温度。

每隔5min间隔记录一次解吸气量，知道日平均解吸量小于10cm3时，测试结束。

记录现场测试的各项参数结果，计算损失气量。

1.2损失气量的计算方法对损失气量的计算主要是计算钻取岩心到岩心注入解吸罐密封期间，岩心内散失的气体体积，其中损失时间是极为关键的时间参数，直接影响到计算结果。

损失时间的计算为从钻井循环介质（大多数为泥浆）遇到储层的时间到岩心之后提升深度一半的时间之和。

一般情况下，选择的损失气量计算方法为USBM法、多项式拟合法和Amoco曲线拟合法几种。

其中，USBM法是目前在天然气损失气量计算中最为常见的计算方法，也应用范围极广;多项式拟合法是在USBM法基础之上有所改进，能拟合时间的跨度更大，在页岩气行业应用较为广泛，精度也较好;Amoco曲线拟合法是一种适用范围极广的方法，适用于所有的解吸数据，简化扩散方程求解，以曲线拟合来估算损失气量。

第38卷第10期石 油 学 报 Vol.38 No.10 2017 年 10 月ACTA PETROLEI SINICA Oct.2017文章编号：0253-2697(2017)10-1189-05D O I:10. 7623/s y x b2〇m〇009预加压测试页岩含气量新方法姚光华1熊伟2胥云2王晓泉1宜伟1董卫军1杜宏宇1龚齐森1 (重庆矿产资源开发有限公司重庆40122.中国石油勘探开发研究院廊坊分院河北廊坊05007)摘要：页岩含气量是页岩气藏储量计算的重要参数，对气藏评价和开发指标计算有重要意义。

现场解吸是测试页岩含气量的主要 方法，但由于损失气量占含气量的40%〜80%，使传统方法的测试结果饱受质疑。

结合国内外新的测试方法，提出了一种预加压测试页岩含气量的新方法，可以规避损失气量的计算，大幅度提高测试精度。

在井场，将岩心置于高压罐内，用增压泵将甲烷注入岩 心直至压力达到预定压力，在储层温度下，待压力稳定后解吸测试页岩含气量。

该方法对于是否已知储层压力的不同情况，采取不同的测试流程。

如果已知储层压力，预加压使岩心压力达到储层压力，解吸结果就是页岩含气量；如果储层压力未知，则可通过建 立页岩含气量计算理论公式求解。

测试流程为先对1个岩心开展超过吸附饱和压力的2次加压（压力均超过20 M P a)及解吸测试，然后利用理论公式和2次加压解吸结果，得到单位质量页岩内的吸附气量和任意压力下的游离气量计算公式。

在后期测试出储层 压力后，根据游离气计算公式，计算出该压力下的游离气量，游离气量与吸附气量之和即为页岩的含气量。

关键词：页岩；含气量；损失气；吸附气；预加压中图分类号：135 文献标识码：AA new method of pre-pressurized test on shale gas contentYao Guanghua1Xiong Wei2Xu Yun2Wang Xiaoquan1Yi Wei1Dong Weijun1Du Hongyu1Gong Qisen1(1. Chongqing Mineral Resources Development Co. Ltd. ，Chongqing A0W23，China；2. Lang f a n g Branch，PetroChinaResearch Institute o f Petroleum. Exploration and Development，Hebei Lang f a n g065007，China)Abstract：S h a le ga s con ten t is a n im portan t p aram eter for sh a le gas reservoir reserve estim ation,w hich is of great sign ifican ce to th e eval­u a tion of g as reservoir a n d th e calcu lation of developm ent index.F ield desorption is a m ajor m ethod for m easu rin g sh a le ga s content,a n d th e lost g as volum e accounts for40%-80%of sh a le g as content.However，th e test resu lts of such con vention al m ethod a re q u ite ques­tion able.In th is study,ba sed on th e new test m ethods a new pre-pressu rizing m ethod w as proposed to m easu re sh ale ga s content，w hich could avoid calcu latin g th e lost g as volum e a n d greatly in crea sed th e test accuracy.At w ell site,th e cores w ere p laced in a h igh-pressu re container，p ressu rized to a given pressu re by in jectin g m eth an e by booster pum p；u n d er th e form ation tem perature,th e sh a le ga s content w as desorbed a n d tested till th e pressu re stab ilizes.This m ethod adopt tw o differen t processes in tw o cases,i.e. ,w h eth er th e form ation pressu re is know n or not before experim ent.If th e form ation pressure is known,th e cores a re pre-pressu rized to reach form ation pressure，a n d th e desorption resu lt is exactly th e sh ale gas content.If th e form ation pressu re is unknown,a th eoretical modll is establish ed to calcu late sh a le ga s content.The test process is a s below：firstly,a core is p ressu rized tw ice to exceed th e adsorbed satu­ration pressu re(over20 MPa)for desorption test,th en th e desorption resu lts of tw ice p ressu rization s a re u sed to solve th e th eoretical e­q u a tion a n d obtain th e calcu lation equ a tion s of adsorbed ga s volum e for a u n it m ass of sh a le a n d th e free ga s volum e u n d er an y pressure. W hen th e form ation pressu re is tested later,th e calcu lation equ a tion of free ga s is adopted to calcu late th e free ga s volum e u n d er th is pressure，a n d th e su m of free ga s volum e a n d absorbed gas volum e is eq u a l to sh a le g as content.K ey words：shale；gas content；lost gas；adsorbed gas；pre-pressurizing引用：姚光华，熊伟，胥云，王晓泉，宜伟，董卫军，杜宏宇，龚齐森.预加压测试页岩含气量新方法[J1石油学报，2017,(10) :1189-1193，i m Cite:YAO Guanghua，XIONG Wei，XU Yun，WANG Xiaoquan，YI Wei，DONG Weijun，DU Hongyu，GONG Qisen.八new m ethod of pre-pressurized test on sh ale gas content[J].八e ta P etrolei Sinica，2017,38(10):1189-m i l99.页岩气是以游离气和吸附气两种方式共存于页岩 中的非常规天然气资源。

页岩含气量现场测试技术研究摘要：页岩含气量是计算原地气量的关键参数，对含气性评价和资源储量预测均具有重要意义。

目前页岩含气量测试方法有现场解吸法、等温吸附法和测井解释法。

本文对页岩含气量现场测试技术进行分析。

关键词：页岩；含气量；测试技术1页岩气与煤层气的异同点页岩气是指位于暗色泥页岩层系中的天然气，以吸附在干酪根和黏土颗粒表面和游离在天然裂缝及粒间孔隙为主要赋存形式。

通常情况下，在页岩气藏中，天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，甚至砂岩地层中，为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式。

暗色页岩在中国分布广泛，页岩气资源丰富。

无论在宏观上的成藏特征、多孔介质类型以及开采方法和技术方面，还是在微观的天然气赋存特征、基质孔隙尺度以及基质吸附气的解吸和流动特征方面，页岩气与煤层气都具有类似性，也有一定的区别，故页岩气的开发很大程度上借鉴于开发历史较早的煤层气开采经验。

页岩气和煤层气的赋存方式都为吸附气、游离气、溶解气三类。

对于页岩气来说，吸附气一般介于20%～85%，游离气介于25%～30%，溶解气一般小于0.1%；对于煤层气来说，吸附气一般介于80%～90%，游离气一般介于8%～12%，溶解气一般小于1%。

页岩气和煤层气都属于双孔介质，同时具有基质和裂缝，因储层不同而存在一定的差异。

页岩气藏的基质孔隙直径一般介于5～1000nm，而煤层气藏的基质孔隙直径一般介于0.4～2960nm，其渗透率都小于1×10-3mD，两者基质特征差别不大。

页岩气藏的裂缝渗透率一般介于0.01～0.1mD，而煤层气藏的裂缝渗透率一般介于0.1～100mD之间。

因此，煤储层的裂缝渗透率明显高于页岩储层，页岩气的开采难度也较大。

2页岩含气量测定方法2.1解吸气量测定方法解吸气量是指岩心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。

直接测定含气量的解吸方式有自然解吸和快速解吸两种。

自然解吸耗时长，测定过程中可通过适当提高解吸温度和连续观测，合理而有效地缩短测定周期。

页岩含气量测试综述摘要：现阶段，我国科学技术显著提升，页岩气开发技术的日益成熟，页岩气资源成为全球能源领域的热点，尤其在美国页岩气成功勘探开发的推动下，有关页岩气理论研究也取得了突飞猛进的发展。

页岩气是指主体以吸附和游离两种状态同时赋存于具有自身生气能力的泥岩或页岩地层层系中的天然气聚集。

我国页岩气研究起步较晚，主要以南方海相地层为勘探重点，本文对页岩含气量测试进行分析。

关键词：页岩气；含气量；测试1页岩含气量概述计算页岩原地储量的一个关键参数就是页岩含气量。

由于页岩气有游离气、吸附气两种赋存形式，而赋存形式受压力、温度的影响，因此，页岩储层不能像常规储层那样直接用容积法来确定储量多少，而是要通过实验测定页岩含气量。

页岩含气量测定方法有直接法和间接法。

间接法主要是根据实验室样品的等温吸附曲线，在已知储层压力和温度的情况下分析页岩的含气量；直接法则是将出筒后的岩心尽快装罐，先后将其加热至地层流体温度、井底温度，使用计量装置获得解吸气量，通过解吸气量与时间的关系曲线回归出岩心从井底到井口的损失气量，然后粉碎样品得到井底温度下的残余气量，最后将损失气量、解吸气量、残余气量三者相加，得到储层页岩含气量。

解吸气量可通过现场实测数据得到，通常“现场页岩含气量”是指解吸气量。

虽然国内外学者均认为损失气量的计算受理论假设条件与实际情况不符的影响，但鉴于直接法具有实验过程快速简便、能够现场拿到实验数据、能第一时间为勘探开发决策提供数据支撑等特点，在页岩气勘探开发过程中仍扮演着重要角色。

国内外针对直接法的研究主要集中于损失气量计算、页岩含气量的控制因素等方面，但是如何通过改进硬件设备来准确测定解吸过程中的含气量方面同样至关重要。

2页岩含气量测试方法2.1现场解吸法现场解吸法是测定页岩含气量最直接的方法，是目前主要的直接法测量页岩含气量的方法之一。

现场解吸法是在钻井过程中，将所取页岩岩样密闭保存于金属解析罐中运往实验室，利用水浴加热的方法，模拟实际地层条件，对岩心进行解析测试分析。

一种用于页岩现场含气量解吸气量测量装置及方法1. 背景页岩气是一种重要的非常规天然气资源，而对于页岩气勘探开发而言，准确测量页岩气的含气量和解吸气量是至关重要的。

目前常用的含气量解吸气量测量装置存在测量不准确、操作复杂、成本高等问题，因此需要研发一种能够满足页岩现场测量需求的装置及方法。

2. 技术原理范明提出了一种用于页岩现场含气量解吸气量测量的装置及方法，其主要技术原理为利用特制的装置将页岩气样品置于适当的环境条件下，通过控制压力、温度和时间等参数，使得气体从页岩样品中解吸出来，然后通过一定的测量手段，测得页岩气的含气量和解吸气量。

3. 技术特点（1）装置简单：该装置采用了一种简单的结构设计，方便在现场进行操作，并且可以通过简单的维护保养来保证测量的准确性。

（2）操作便捷：范明设计了一种简单易操作的方法，能够在现场快速、准确地完成页岩气的含气量解吸气量测量。

（3）成本低廉：与传统的测量装置相比，范明提出的装置和方法成本较低，适合进行大规模的页岩气勘探开发。

4. 应用前景范明提出的一种用于页岩现场含气量解吸气量测量的装置及方法，将极大地推动页岩气资源的勘探开发工作。

通过该装置和方法可以快速准确地获取页岩气的含气量和解吸气量数据，为页岩气的资源评价、勘探开发提供了重要的技术支持。

5. 结语范明的装置及方法为页岩气资源的勘探开发提供了一种简单、快捷、准确的测量手段，具有广阔的应用前景和推广价值。

随着技术的不断完善和成熟，相信范明提出的装置及方法将为页岩气产业的发展做出积极的贡献。

页岩气是一种非常规天然气资源，其开发和利用对于能源行业具有重要意义。

在页岩气的勘探开发过程中，含气量和解吸气量是两个关键参数，直接影响着页岩气资源的评价和开发效果。

研发一种简单、高效、经济的装置和方法，用于现场测量页岩气的含气量和解吸气量显得尤为重要。

范明提出的这种新型装置和方法的技术原理是基于特制装置的气体解吸实验，在设定的环境条件下，控制气体从页岩样品中解吸出来，然后通过测量手段得到含气量和解吸气量数据。