考虑多组分吸附的页岩气储量计算

第１卷第６期　油气藏评价与开发　ＲＥＳＥＲＶＯＩＲ　ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ　ＡＮＤ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　２０１　１年ｌ２月　考虑多组分吸附的页岩气储量计算　曹廷宽，段永刚，王容，方全堂，魏明强　（西南石油大学国家重点实验室，四川成都６１０５００）　摘要：页岩气藏是一种主要以游离态、吸附态和溶解态赋存于泥、页岩中自生自储的非常规气藏。由于页岩气存在吸附解　吸等特性，常规气藏储量计算方法没有合理考虑吸附气和游离气相所占体积而导致计算的页岩气藏储量偏高。从页岩气　藏储层特征及气体赋存形式的研究出发，研究多组分气体吸附情况下的页岩气藏地质储量计算方法。通过实例分析表明　该方法更加符合页岩气藏实际，为合理评价页岩气藏的储量和开发方案提供了科学依据。　关键词：页岩气藏；储量计算；多组分；吸附解吸；扩展Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温模型　中图分类号：ＴＥ：１２２．２　文献标识码：Ａ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｅｓ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｍｕｌｔｉ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｃａｏ　Ｔｉｎｇｋｕａｎ，Ｄｕａｎ　Ｙｏｎｇｇａｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｒｏｎｇ，Ｆａｎｇ　Ｑｕａｎｔａｎｇ　ａｎｄ　Ｗｅｉ　Ｍｉｎｇｑｉａｎｇ　（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｕｅｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｅｈｕａｎ　６１０５００，Ｃｈｊｎａ１　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｅｌｆ－ｓｔｏｒａｇｅ　ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｓｔｏｒｅｄ　ｉｎ　ｍｕｄ　ｓｈａｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｆｒｅｅ　ｓｔａｔｅ，ａｄｓｏｒｂｅｄ　ｓｔａｔｅ　ａｎｄ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｓｔａｔｅ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅ￣ｉｅｓ　ｏｆ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ，ｔｈｅ　ｃｏｎ—　ｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｅｓ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｐｒｏｐｅｒｌｙ　ａｃｃｏｕｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｖｏｌｕｍｅｓ　ｏｆ　ａｂｓｏｒｂｅｄ　ｇａｓ　ａｎｄ　ｆｒｅｅ　ｇａｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｉｎ　ａ　ｈｉｇｈｅｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｒｅｓｅｒｖｅｓ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｆｏｒｍ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｍａｄｅ　ａ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｅｓｅｒｖｅｓ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｗｉｔｈ　ｍｕｈｉ－ｃｏｍｐｏ—　ｎｅｎｔ　ｇａｓ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｈａｓ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｉｎ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，　ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｒｅｓｅｒｖｅｓ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｇｒａｍｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｒｅｓｅｒｖｅｓ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｍｕｌｔｉ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｅｘｔｅｎｄｅｄ—Ｌａｎｇｍｕｉｒ　ｉｓｏｔｈｅｒｍ　ｍｏｄｅ】　０引言　目前，页岩气勘探开发已成为世界焦点，美国、加　拿大已在多个盆地进行了页岩气商业性开采。２００９　年，美国页岩气产量占全美天然气总量近１５％…。页　岩气藏属于特低孔、特低渗、自生自储、连续富集型非　常规气藏，赋存气体由吸附气、游离气与溶解气组　成。因其资源价值、社会价值大，清洁环保，分布广，　生产周期长等特点，有着广泛的开发前景　。　针对页岩气藏吸附气和游离气之间存在吸附解　吸的动态平衡关系，李艳丽　总结了页岩气储量计算　方法以及适用条件，同时指出页岩气藏储量计算要　重视孔隙度、裂缝、吸附气、含气饱和度等问题。刘　铁成等　ｌ从物质平衡原理出发，提出了单组分吸附页　岩气藏储量计算方法。目前，尚未见到考虑多组分　吸附计算页岩气储量计算方法，并且页岩储层有大　量吸附相存在，缺乏物质平衡及孑Ｌ隙度校正　，使其　常规气藏储量计算值往往偏高。　１　页岩气储层特征及储集特性　１．１页岩储层特征　与常规气藏相比，页岩气孔隙结构存在较大差　异，其特征介于致密气和煤层气之间，有机质含量为　收稿日期：２０１１－１０—１１。　第一作者简介：曹廷宽（１９８７一），男，硕士研究生，主要从事试井、产能、油气藏动态分析方面的研究。　基金项目：国家重大专项“大型油气田及煤层气层开发”（２００８ＺＸ０５０２２）。

　７０　油气藏评价与开发　第１卷　体的摩尔质量，ｇ／ｔｏｏｌ；ｐ　——吸附相密度，ｃｍ　；　Ｐ　——Ｌａｎｇｍｕｉｒ压力，ＭＰａ；Ｐ　．删　——气体混合物的　吸附相密度，ｇ／ｃｍ。；Ｇ。　——Ｌａｎｇｍｕｉｒ存储能力，ｍ　／ｔ；　——气体混合物表观摩尔质量，ｇ／ｍｏｌ。　２．２吸附气储量计算　一般地，页岩气藏中５０％以上的气体以吸附状　态存在于页岩基质表面，对于其体积计算可以采用　Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程　”。　１）单组分体系：、　单组分吸附的Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温方程为：　Ｇ　＝Ｇ　而Ｐ　（４）　２１多组分体系：　考虑多组分吸附，将单组分Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温方程　扩展为：　南ｐ　（１＋　，÷）　那么，考虑吸附气、游离气的页岩气藏总地质储　量可以表示为：　Ｇ　：Ｇ　＋Ｇ　（６）　式中，Ｇ　——吸附气储量，ｍ　／ｔ；Ｇ　——页岩气总地　质储量，ｍ　／ｔ。　３实例分析　运用建立的页岩气藏地质储量计算模型，计算并　对比了单组分及多组分页岩气藏的地质储量，岩石　物理数据与气藏数据如表１ｔ　。气体主要考虑Ｃ。，Ｃ　，　Ｃ　，Ｃ　＋以及ＣＯ　组分，其基本组成参数如表２所示。　其中，　为吸附相摩尔分数，置为总摩尔分数。　将上述基础参数代人公式（１）～（６），计算结果如表　３所示。　由计算可知：①页岩气藏中，由于页岩基质对除　甲烷外的ｃ　Ｈ　、Ｃ　Ｈ　等组分具有吸附能力，导致采用　扩展Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温模型计算的吸附气储量比单组分　等温模型大。单组分等温模型计算的游离气储量比　扩展Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温模型的大；②采用单组分等温模　型与扩展Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温模型计算的页岩气藏地质储　量基本相等。　４结论　１）通过页岩气藏储层特征及气体在页岩中赋　存形式的分析，页岩气藏主要有游离态、吸附态与溶　解态。　２）本文在页岩气三种赋存状态分析的基础上，　建立了多组分吸附情况下的页岩气藏储量计算模　型。　３）通过实例计算的结果表明，在考虑吸附的情　况下，采用单组分等温吸附模型与扩展Ｌａｎｇｍｕｉｒ等　温吸附模型计算的吸附气与游离气储量有一定的差　异，但总地质储量基本一致。　４）研究多组分气体吸附情况下的页岩气藏地　表１　页岩岩石物理性质参数　Ｔａｂｌｅ　１　Ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｓｈａｌｅｓ　Ｇ　／（ｍ　－ｔ。）　Ｇ　／（ｍ　・ｔ’。）　Ｇ　／（ｍ　・ｔ　）　１．１４０　２．５９５　３．７３５　１．５６８　２．Ｉ１２　３．６８０　（下转第８Ｏ页）

　斜间距，多次预测井底参数，得出钻头与连通点之间　的距离、偏差，根据计算结果及时调整工具面。　３）为精确确定连通井组井口坐标，建议引进更　高精度的设备，取得目标直井轨迹，从而校正井底靶　点坐标。　４）ＲＭＲＳ目前还有一些缺陷，其分析出的方位　差与钻头位置的估测方位有关，所以结果会出现误　差。如果该仪器能独立地测出方位差，精确度将会　更高，也会在很大程度上减小定向施工的工作难度。　（上接第７Ｏ页）　质储量计算方法对合理评价气藏的储量以及制定开　发方案都具有十分重要的指导意义。　参考文献　［１】胡文瑞，翟光明，李景明．中国非常规油气的潜力和发展『Ｊ］．中　国工程科学，２０１０，１２（５）：２５—２９．　［２】张金川，徐波，聂海宽，等．中国页岩气资源勘探潜力【Ｊ】．天然　气工业，２００８，２８（６）：１３６—１４０．　［３】雷群，王红岩，赵群，等．国内外非常规油气资源勘探开发现状　及建议『Ｊ１．天然气工业，２００８，２８（１２）：７－１０．　【４】赵群，王红岩，刘人和，等．世界页岩气发展现状及我国勘探前　景『ＪＪ．天然气技术，２００８，２（３）：１　１－１４．　【５】李艳丽．页岩气储量计算方法探讨【Ｊ１．天然气地球科学，２００９，　２Ｏ（３）：４６６—４７０．　【６】刘铁成，唐海，刘鹏超，等．裂缝性封闭页岩气藏物质平衡方程　及储量计算方法［Ｊ］．天然气勘探与开发，２０１　１，３４（２）：２８—３０．　［７】　Ｒ　Ｊ　Ａｍｂｒｏｓｅ，Ｒ　Ｃ　Ｈａｒｔｍａｎ，Ｍ　Ｄｉａｚ—Ｃａｍｐｏｓ，ｅｔ　ａ１．Ｎｅｗ　参考文献　［１］　向军文．定向对接连通井技术及其新进展　．中国井矿盐，　２００２，３３（１）：２Ｏ一２２．　［２］　胡汉月．陈庆寿．ＲＭＲＳ在水平井钻进中靶作业中的应用ｌＪ］．　地质与勘探，２００８，４４（６）：８９—９２．　［３］乔磊．武Ｍ１—１煤层气多分支水平井钻井工艺初探［Ｊ】．煤田地　质与勘探，２００７，３５（１）：３４—３６．　［４］　苏义脑，窦修荣．随钻测量随钻测井与录井工具【Ｊ］．石油钻采　工艺，２００５，２７（Ｉ）：７４～７８．　（编辑杨友胜）　Ｐｏｒｅ—ｓｅａｌｅ　Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｓｈａｌｅ　Ｇａｓ　ｉｎ—ｐｌａｃｅ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ　［Ｃ】，／ＳＰＥ１３１７７２，２０１０．　【８］Ｐｈｉｌｉｐ　Ｈ　Ｎｅｌｓｏｎ．Ｐｏｒｅ—ｔｈｒｏａｔ　ｓｉｚｅｓ　ｉｎ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅｓ，ｔｉｇｈｔ　ｓａｎｄ—　ｓｔｏｎｅｓ，ａｎｄ　ｓｈａｌｅｓ们．ＡＡＰＧ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，２００９，９３（３）：３２９－３４０．　［９】Ｃ　Ｌ　Ｃｉｐｏｌｌａ，Ｅ　Ｐ　Ｌｏｌｏｎ，Ｊ　Ｃ　Ｅｒｄｌｅ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｉｎ　Ｓｈａｌｅ－Ｇａｓ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ［Ｊ１．ＳＰＥ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒ－　ｉｎｇ，２０１０，１３０）：６３８—６５３．　ｆ１０］Ｒｏｂｅｒｔｏ　Ａｇｕｉｌｅｒａ．Ｆｌｏｗ　Ｕｎｉｔｓ：Ｆｒｏｍ　Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｔｏ　Ｔｉｇｈｔ　Ｇａｓ　ｔｏ　Ｓｈａｌｅ　Ｇａｓ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ［Ｃ】／／ＳＰＥ１３２８４５，２０１０．　［１　１］Ｉ　Ｌａｎｇｍｕｉｒ．Ｔｈｅ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇａｓ　ｏｎ　Ｐｌａｎｅ　Ｓｕｒｆａｃｅｓ　ｏｆ　Ｇｌａｓｓ，　Ｍｉｃａ　ａｎｄ　Ｐｌａｔｉｎｕｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，　１９１８，４０（９）：１３６１—１３７０．　［１２】　Ｒａｙ　Ｊ　Ａｍｂｒｏｓｅ，Ｒｏｂｅｒｔ　Ｃ　Ｈａｒｔｍａｎ．Ｍｕｌｔｉ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｓｏｒｂｅｄ－ｐｈａｓｅ　Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　Ｓｈａｌｅ　Ｇａｓ－ｉｎ——ｐｌａｃｅ　Ｃａｌｅｕｌａ－－　ｔｉｏｎｓ【Ｃ】／／ＳＰＥ１４１４１６，２０１０．　（编辑杨友胜）