页岩气藏地质储量优化计算方法
何浪;梅海燕;胡欣芮;张茂林;毛恒博
【摘要】精确评价地质储量是页岩气藏开发规划的重要一步,虽然理论方法不断完善,但仍存在不足.在页岩气藏中,吸附气不仅包含甲烷,还存在一定比例的乙烷等其他烃类气体,应采用多组分吸附模型计算吸附气储量.同时,天然裂缝中大量存在的天然气也不能忽略.此外,干酪根中也溶解了一定的气体,忽略会导致较大误差.采用多组分吸附模型,考虑了吸附相占据的孔隙度、裂缝游离气及干酪根中的溶解气,建立了一种优化的页岩气藏地质储量计算模型.实例分析发现,裂缝游离气和溶解气占总储量的比例分别为10.41％和7.05％,传统方法计算得到的吸附气储量偏小,基质游离气储量偏大,总储量偏小.为了合理评价页岩气藏地质储量,应采用多组分吸附模型,考虑吸附相孔隙度且不能忽略裂缝游离气及干酪根中的溶解气.
【期刊名称】《石油钻采工艺》
【年(卷),期】2019(041)002
【总页数】6页(P197-202)
【关键词】地质储量;页岩气藏;多组分吸附;裂缝游离气;溶解气;吸附相孔隙度【作者】何浪;梅海燕;胡欣芮;张茂林;毛恒博
【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院;西南石油大学石油与天然气工程学院;西南石油大学石油与天然气工程学院;长江大学非常规油气湖北省协同创新中心;中国石油长庆油田公司采油十二厂
【正文语种】中文
【中图分类】TE155
页岩气属于非常规油气资源，主要以游离气、吸附气及少量溶解气的形式储存于泥页岩层系中，吸附气比例一般介于20%～85%之间［1］。目前，国内的页岩气藏类型主要为干气气藏，其产出气体几乎只含有甲烷；在国外，如美国Bakken、Eagle Ford页岩区，产出气中存在很大比例的乙烷等其他烃类［2］。通常页岩气储量计算方法有3种：类比法、容积法和物质平衡方程法［3］。类比法能用于勘探初期粗略评价气藏地质储量，张金华、李宏勋等分别提出了类比法的适用条件［4-5］。容积法主要用于计算气藏静态地质储量，徐海霞、陈元千等初步建立了页岩气藏静态地质储量的计算模型，但未考虑吸附分子层占据的孔隙度［6-7］；Ambrose等考虑吸附相占据的孔隙度，并考虑多组分的吸附，改进了页岩气藏地质储量计算模型，但未考虑溶解气［8］；姜瑞忠等从吸附相分子角度推导了页岩气储量计算公式，但也只考虑了单一甲烷分子构成的吸附相分子层［9］。物质平衡法能够确定页岩气藏动用地质储量，计算时则需要大量生产数据，众多学者在采用此方法计算页岩气藏动用储量时，未考虑干酪根中的溶解气，使得计算结果产生较大误差［10-11］；杨龙等建立一种考虑溶解气的物质平衡方程，通过实例计算发现溶解气占据总储量的4.69%，在进行储量计算时不能忽视溶解气的贡献，但该方程没有考虑多组分的吸附［12］。为了更准确地计算页岩气藏储量，采用多组分吸附模型，考虑裂缝游离气、干酪根中的溶解气及吸附相占据的孔隙度，建立了一种改进的页岩气藏地质储量计算模型。
1 游离气和多组分吸附气储量计算
在页岩气藏中，气体的分布如图1所示，部分气体以游离态的形式分布在岩石基质和裂缝中，部分气体吸附在岩石基质中，并占据一定的孔隙空间，剩余气体主要溶解在干酪根中。
1.1 吸附相占据的孔隙度
页岩气藏中，不流动的吸附分子层占据着一定的孔隙空间，导致实际游离气孔隙度低于基质孔隙度，吸附相占据的孔隙度计算如下。
图1 页岩气藏各部分气体体积分布Fig.1 Gas volume distribution in each part
of the shale gas reservoir
(1)单组分吸附孔隙度为
(2)多组分吸附孔隙度为
式中，φa为吸附相孔隙度；c为常数，取值4.654 5×10-5；M、Mmul分别为
纯组分和多组分吸附相摩尔质量，g/mol；ρb 为岩石密度，g/cm3；ρs、ρsmix
分别为单组分和多组分吸附相密度，g/cm3；VL为Langmuir吸附体积，10-3
m3/kg；VLi、VLj分别为吸附相中第 i、j组分的 Langmuir吸附体积，10-3
m3/kg；n 为吸附相的组分种数；p为地层压力，MPa；pL为Langmuir压力，MPa；pLi、pLj分别为吸附相中第 i、j组分的Langmuir吸附压力，MPa；yi、
yj分别为吸附相中第i、j组分的摩尔分数。
1.2 多组分吸附相密度
Dubinin等人提出利用范德华状态方程能较为准确地计算多组分吸附相密度［13］
式中，a为范德华常数，m3·MPa·mol；V为气体摩尔体积，cm3/mol；b 为综合体积常数，cm3/mol；T 为地层温度，K；R为通用气体常数，通常取8.314
J/(mol·K)。
多组分气体的拟临界压力为
多组分气体的拟临界温度为
式中，ppc为拟临界压力，MPa；pci为吸附相中第i组分的临界压力，MPa；Tpc为拟临界温度，K；Tci为吸附相中第i组分的临界温度，K。
前人已通过实验证明拟临界点处压力对气体摩尔体积的一阶和二阶偏导数都为零，联立方程可得
则多组分吸附相密度为
式中，Mi为吸附相中第i组分气体摩尔质量，g/mol。
1.3 游离气储量
游离气赋存于基质和裂缝双重孔隙介质当中，根据Ambrose等推导的基质中游离气储量计算方法为［14］
式中，Gfm为基质中游离气储量，m3/m3；φm为岩石基质孔隙度；Sw为束缚水饱和度；Bg为天然气体积系数，m3/m3。
页岩气藏在原始状态下存在大量的天然裂缝，因此不可忽略天然裂缝中的游离气。根据已知的基质孔隙度，可计算天然裂缝的孔隙度为［15］
式中，φf为裂缝孔隙度；ω为裂缝基质存储容量比；cm为基质系统压缩系数，MPa-1；cf为裂缝系统压缩系数，MPa-1。
因此天然裂缝中游离气的储量为
式中，Gff为裂缝中游离气的储量，m3/m3；Sf为裂缝中束缚水的饱和度。
