CN112394157A - 一种测量页岩吸附气量与游离气量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量页岩吸附气量与游离气量的方法,该测量方法包括如下步骤:1)选取页岩岩心样品,测得基本物性参数;2)进行衰竭开发实验,绘制生产时间和实验总产气量关系曲线;3)根据校正的游离气量计算公式和校正的兰格缪尔吸附公式,设置校正系数的初始数值,绘制生产时间和计算总产气量关系曲线;4)判断步骤2)和步骤3)分别得到的关系曲线是否满足预设条件,判断为否则调整校正系数,重复步骤3)直至满足预设条件,进入步骤5);5)绘制计算总产气量、计算游离气量、计算吸附气量分别与生产时间的关系曲线,获得实时吸附气量、实时游离气量和实时总产气量。本发明能够实时计算生产时间的吸附气和游离气的量。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气勘探开发技术领域。更具体地,涉及一种测量页岩吸附气量与游离气量的方法。
背景技术
作为极具发展潜力的非常规气藏,页岩气赋存方式与常规气藏不同,页岩气主要以游离态和吸附态为主,游离气主要赋存于页岩储层的裂缝、基质孔隙或有机质纳米孔中,吸附气主要赋存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面。国内外不同页岩气田的吸附气比例一般在20%-80%之间,吸附气对产出对高效开发页岩气具有重要意义。由于页岩储层极低的孔、渗和复杂的赋存、输运状态,页岩气流动机理非常复杂,黏性流、滑移、扩散及解吸附各种作用机理耦合在一起,不能采用常规气藏的渗流方程或产能公式计算产量,其产量曲线具备特有的L型生产特征,初期产量高,递减快,后期稳产期长,仅仅利用压力、产量数据采用经验法或者半经验法的预测效果往往很差。
目前页岩气开发中,虽然有大量的方法确定页岩气含气量中吸附气与游离气比例,但是这并不代表页岩产气量中吸附气与游离气的比例,因为页岩中吸附气和游离气在页岩中的存在状态不一样,因此其动用条件和采出的先后顺序也不一样。目前尚没有合适定量的方法有效区分不同生产阶段产气量中游离气与吸附气的量,无法合理解释页岩井的单井产量差异大、递减规律不明确等问题,在一定程度上制约了页岩气的高效开发。
因此,针对页岩储层产气量中无法区分吸附气和游离气量的现状,本发明提供了一种测量页岩吸附气量与游离气量的方法,为生产制度优化和开发方案制定提供依据。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种测量页岩吸附气量与游离气量的方法。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种测量页岩吸附气量与游离气量的方法,包括如下步骤:
1)选取页岩岩心样品,测得基本物性参数;
2)对页岩岩心样品进行衰竭开发实验,得到实验岩心压力、实验温度、生产时间和实验总产气量,绘制生产时间和实验总产气量的关系曲线;
3)根据校正的游离气量计算公式和校正的兰格缪尔吸附公式,设置两个公式中校正系数的初始数值,结合基本物性参数、实验岩心压力和实验温度,绘制生产时间和计算总产气量的关系曲线;
4)判断步骤2)和步骤3)分别得到的关系曲线是否满足预设条件,判断为否则调整两个公式中校正系数的数值,重复步骤3),直至满足预设条件,进入步骤5);
5)绘制计算总产气量、计算游离气量、计算吸附气量分别与生产时间的关系曲线,获得实时吸附气量、实时游离气量和实时总产气量。
本发明中所述生产时间为衰竭开发实验中,从开采页岩岩心样品中页岩气的起始时间至开采结束的时间。
优选地,步骤1)中所述基本物性参数包括质量、长度、直径、孔隙度、兰格缪尔体积和兰格缪尔压力。
优选地,步骤2)中所述衰竭开发实验具体包括如下步骤:
将页岩岩心样品置于岩心夹持器中,加围压至设定压力;
打开气源,将页岩岩心样品饱和页岩气,饱和完成后,打开岩心夹持器出口端开始页岩岩心样品开采,测量页岩岩心样品开采过程中实验岩心压力、实验温度、生产时间和实验总产气量;
其中,所述页岩岩心样品开采过程中实验岩心压力为通过压力测量装置测得的岩心夹持器入口端压力;
所述页岩岩心样品开采过程中实验总产气量为通过流量计量装置测得的岩心夹持器出口端的产气量。
优选地,所述将页岩岩心样品饱和页岩气具体包括如下步骤:
打开气源,将页岩气注入页岩岩心样品中,通过第一压力传感器记录岩心夹持器入口端压力,通过第二压力传感器记录岩心夹持器出口端压力,出口端压力和入口端压力达到设定压力时关闭气源,待出口端压力和入口端压力稳定时页岩岩心样品充分饱和页岩气。
优选地,所述出口端压力和入口端压力稳定为48h内出口端压力和入口端压力的变化量小于1%。
优选的,步骤3)中所述校正的游离气量计算公式如公式(I)所示,
式(I)中,
Gfree表示生产时间t时刻的计算游离气量,单位为m3;
V表示岩心样品视体积,单位为m3;
φM表示岩心孔隙度,%;
Tsc表示标准状况下的温度,单位为K;
Pi表示生产时间0时刻的实验岩心压力,单位为MPa;
T表示实验温度,单位为K;
Zi表示原始压力下气体压缩因子,无量纲;
Psc表示标准状况下的压力,单位为0.1MPa;
P表示生产时间t时刻的实验岩心压力,单位为MPa;
Z表示气体压缩因子,无量纲;
其中,V通过步骤1)测得的页岩岩心样品的长度和直径计算得到;φM通过步骤1)测得;Pi、T和P通过步骤2)测得。
优选的,步骤3)中所述校正的兰格缪尔吸附公式如公式(II)所示,
式(II)中,
Gab表示生产时间t时刻的计算吸附气量,单位为m3;
M0表示页岩岩心样品的质量,单位为t;
VL表示兰格缪尔体积,单位为m3/t;
Pi表示生产时间0时刻的实验岩心压力,单位为MPa;
PL表示兰格缪尔压力,单位为MPa;
β表示吸附气校正系数,无量纲,取值范围为0~1的常数;
ρgi表示生产时间0时刻的实验岩心压力下的气体密度,单位为kg/m3;
ρg表示生产过程中的气体密度,单位为kg/m3;
其中,M0、VL和PL通过步骤1)测得;Pi、T和P通过步骤2)测得。
优选的,步骤3)中所述计算总产气量通过公式(III)计算得到,
Gt=Gfree+Gab(III);
式(III)中,
Gt表示生产时间t时刻的计算总产气量,单位为m3;
Gfree表示生产时间t时刻的计算游离气量,单位为m3;
Gab表示生产时间t时刻的计算吸附气量,单位为m3。
优选地,步骤4)中所述预设条件为对应不同的生产时间,计算总产气量与实验总产气量的拟合误差小于5%。
本发明还提供了一种上述方法使用的测量页岩吸附气量与游离气量的装置,包括:
中间容器,具有容纳页岩气的内腔;
动力输出装置,连接所述中间容器的进口,用于输出不同的驱动压力以驱替所述中间容器中的页岩气经由管线传输至岩心夹持器中的岩心;
流量控制器,该流量控制器的进口连接所述中间容器的出口,用于控制流入岩心夹持器的流体流量;
气源,连接所述流量控制器的进口;
内部设有岩心的岩心夹持器,该岩心夹持器的进口通过单向阀连接所述流量控制器的出口;
围压输出装置,连接所述岩心夹持器的围压输入口,用于向所述岩心夹持器提供围压;
流量计量装置,该流量计量装置的进口连接所述岩心夹持器的出口,用于测量岩心夹持器中的流体流量;
压力测量装置,包括:
设置于所述单向阀和所述岩心夹持器进口之间的第一压力传感器,用于测量所述岩心夹持器进口的气体压力值,并将测量的进口气体压力值传输至计算机;
设置于所述流量计量装置与所述岩心夹持器出口之间的第二压力传感器,用于测量所述岩心夹持器出口的气体压力值,并将测量的出口气体压力值传输至计算机;
连接第一压力传感器和第二传感器的压力巡检仪;
以及计算机,用于实时记录岩心夹持器进口的气体压力值以及出口的气体压力值,并根据进口的气体压力值以及出口的气体压力值计算进口与出口之间的压差。本领域技术人员可以理解的是,本发明提供的装置中各组件之间可通过管线连接。
优选地,所述压力测量装置还包括设于所述围压输出装置和所述岩心夹持器之间的第三压力传感器,用于测量所述围压泵施加至所述岩心夹持器的压力。
优选地,所述岩心加持器设于恒温箱中。
优选地,所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均设于恒温箱中。
优选地,所述气源和所述流量控制器之间设有第一调节阀,用于控制入口***压力。
优选地,所述中间容器和所述流量控制器之间设有第二调节阀,用于控制中间容器出口***压力。
优选地,所述动力输出装置为ISCO泵。
优选地,所述围压输出装置为围压泵。
优选地,所述流量计量装置为流量计。
本发明的有益效果如下:
本发明建立了衰竭式开发模拟实验装置,通过实验曲线和数学模型计算,能够实时计算不同生产阶段与生产时间的吸附气和游离气的量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明提供的测量页岩吸附气量与游离气量的装置示意图;
图2示出本发明实施例1中计算总产气量和实验总产气量的曲线对比图;
图3示出本发明实施例1中不同生产时间的计算总产气量、计算吸附气量和计算游离气量的曲线图;
其中,1-中间容器,2-动力输出装置,3-流量控制器,4-气源,41-第一调节阀,5-岩心夹持器,6-围压输出装置,7-流量计量装置,8-压力测量装置,81-第一压力传感器,82-第二压力传感器,83-压力巡检仪,84-计算机,85-第三压力传感器,9-单向阀,10-恒温箱,11-第二调节阀。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种测量页岩吸附气量与游离气量的装置,具体地,结合图1,包括:
中间容器1,具有容纳页岩气的内腔;
动力输出装置2,连接所述中间容器1的进口,用于输出不同的驱动压力以驱替所述中间容器中的页岩气经由管线传输至岩心夹持器中的岩心,具体可以为动力泵,其中动力泵可以是ISCO泵;
流量控制器3,该流量控制器3的进口连接所述中间容器1的出口,用于控制流入岩心夹持器的流体流量;
气源4,连接所述流量控制器3的进口;
内部设有岩心的岩心夹持器5,该岩心夹持器5的进口通过单向阀9连接所述流量控制器3的出口;
围压输出装置6,连接所述岩心夹持器5的围压输入口,用于向所述岩心夹持器5提供围压,具体可以为围压泵;
流量计量装置7,该流量计量装置7的进口连接所述岩心夹持器5的出口,用于测量岩心夹持器5中的流体流量,具体可以为流量计。
压力测量装置8,包括:
设置于所述单向阀9和所述岩心夹持器5进口之间的第一压力传感器81,用于测量所述岩心夹持器5进口的气体压力值,并将测量的进口气体压力值传输至计算机84;
设置于所述流量计量装置7与所述岩心夹持器5出口之间的第二压力传感器82,用于测量所述岩心夹持器5出口的气体压力值,并将测量的出口气体压力值传输至计算机84;
连接第一压力传感器和第二传感器的压力巡检仪83;
以及计算机84,用于实时记录岩心夹持器进口的气体压力值以及出口的气体压力值,并根据进口的气体压力值以及出口的气体压力值计算进口与出口之间的压差。本领域技术人员可以理解的是,本发明提供的装置中各组件之间可通过管线连接,例如,所述动力输出装置通过管线连接所述中间容器的进口,所述流量控制器的进口通过管线连接所述中间容器的出口,所述气源通过管线连接所述流量控制器的进口,所述岩心夹持器的进口通过管线上设有的单向阀连接所述流量控制器的出口,所述围压输出装置通过管线连接所述岩心夹持器的围压输入口,所述流量计量装置的进口通过管线连接所述岩心夹持器的出口等。
作为本发明一个优选的实施方式,所述压力测量装置8还包括设于所述围压输出装置6和所述岩心夹持器5之间的第三压力传感器85,用于测量所述围压泵施加至所述岩心夹持器的压力。
作为本发明一个优选的实施方式,所述岩心加持器5设于恒温箱10中;恒温箱可以控制实验温度为储层温度,变化幅度小于0.1℃,实现储层条件下页岩气的产气规律的模拟;进一步地,所述第一压力传感器81和所述第二压力传感器82均设于恒温箱10中。
作为本发明一个优选的实施方式,所述气源4和所述流量控制器3之间设有第一调节阀41,用于控制气源气体的流速。
作为本发明一个优选的实施方式,所述中间容器1和所述流量控制器3之间设有第二调节阀11,用于控制中间容器1气体的输出。
下面,通过实施例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供了一种测量页岩吸附气量与游离气量的方法,使用如图1所示的装置,包括如下步骤:
1)选取页岩岩心样品,测得基本物性参数,包括质量75.7g,长度5cm、直径2.52cm、孔隙度0.38、兰格缪尔体积2.5m3/t和兰格缪尔压力3MPa;
2)对页岩岩心样品进行衰竭开发实验,具体包括:
将页岩岩心样品在105℃下烘干48小时,在干燥环境中冷却至室温放入岩心夹持器,加围压至35MPa;
打开气源,将甲烷气注入页岩岩心样品中,通过第一压力传感器记录岩心夹持器入口端压力,通过第二压力传感器记录岩心夹持器出口端压力,出口端压力和入口端压力达到30MPa时关闭气源,待出口端压力和入口端压力稳定时页岩岩心样品充分饱和甲烷气;
饱和完成后,打开岩心夹持器出口端进行页岩岩心样品开采,测量页岩岩心样品开采过程中实验岩心压力、实验温度、生产时间和实验总产气量;绘制生产时间和实验总产气量的关系曲线;
3)根据公式(I)~(III),设置游离气校正系数和吸附气校正系数的初始数值,结合步骤1)得到的基本物性参数、步骤2)得到的实验岩心压力和实验温度,得到计算总产气量,绘制生产时间和计算总产气量的关系曲线;
4)判断步骤2)和步骤3)分别得到的关系曲线是否满足计算总产气量与实验总产气量的拟合误差小于5%,判断为否则调整游离气校正系数和吸附气校正系数,重复步骤3),直至满足预设条件,进入步骤5);
图2示出计算总产气量和实验总产气量的曲线对比图;从图2中可看出计算结果与实验结果高度拟合,误差小于5%,说明计算参数合理,可以采用计算产气曲线代替实际累产气量曲线;
5)绘制计算总产气量、计算游离气量、计算吸附气量分别与生产时间的关系曲线,获得实时吸附气量、实时游离气量和实时总产气量;
如图3所示,得到不同生产时间产气量中吸附气量和游离气量。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种测量页岩吸附气量与游离气量的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)选取页岩岩心样品,测得基本物性参数;
2)对页岩岩心样品进行衰竭开发实验,得到实验岩心压力、实验温度、生产时间和实验总产气量,绘制生产时间和实验总产气量的关系曲线;
3)根据校正的游离气量计算公式和校正的兰格缪尔吸附公式,设置两个公式中校正系数的初始数值,结合基本物性参数、实验岩心压力和实验温度,绘制生产时间和计算总产气量的关系曲线;
4)判断步骤2)和步骤3)分别得到的关系曲线是否满足预设条件,判断为否则调整两个公式中校正系数的数值,重复步骤3),直至满足预设条件,进入步骤5);
5)绘制计算总产气量、计算游离气量、计算吸附气量分别与生产时间的关系曲线,获得实时吸附气量、实时游离气量和实时总产气量。
2.根据权利要求1所述的测量页岩吸附气量与游离气量的方法,其特征在于,步骤1)中所述基本物性参数包括质量、长度、直径、孔隙度、兰格缪尔体积和兰格缪尔压力。
3.根据权利要求1所述的测量页岩吸附气量与游离气量的方法,其特征在于,步骤2)中所述衰竭开发实验具体包括如下步骤:
将页岩岩心样品置于岩心夹持器中,加围压至设定压力;
打开气源,将页岩岩心样品饱和页岩气,饱和完成后,打开岩心夹持器出口端开始页岩岩心样品开采,测量页岩岩心样品开采过程中实验岩心压力、实验温度、生产时间和实验总产气量;
其中,所述页岩岩心样品开采过程中实验岩心压力为通过压力测量装置测得的岩心夹持器入口端压力;
所述页岩岩心样品开采过程中实验总产气量为通过流量计量装置测得的岩心夹持器出口端的产气量。
4.根据权利要求3所述的测量页岩吸附气量与游离气量的方法,其特征在于,所述将页岩岩心样品饱和页岩气具体包括如下步骤:
打开气源,将页岩气注入页岩岩心样品中,通过第一压力传感器记录岩心夹持器入口端压力,通过第二压力传感器记录岩心夹持器出口端压力,出口端压力和入口端压力达到设定压力时关闭气源,待出口端压力和入口端压力稳定时页岩岩心样品充分饱和页岩气。
5.根据权利要求4所述的测量页岩吸附气量与游离气量的方法,其特征在于,所述出口端压力和入口端压力稳定为48h内出口端压力和入口端压力的变化量小于1%。
6.根据权利要求1所述的测量页岩吸附气量与游离气量的方法,其特征在于,步骤3)中所述校正的游离气量计算公式如公式(I)所示,
式(I)中,
Gfree表示生产时间t时刻的计算游离气量,单位为m3;
V表示岩心样品视体积,单位为m3;
φM表示岩心孔隙度,%;
Tsc表示标准状况下的温度,单位为K;
Pi表示生产时间0时刻的实验岩心压力,单位为MPa;
T表示实验温度,单位为K;
Zi表示原始压力下气体压缩因子,无量纲;
Psc表示标准状况下的压力,单位为0.1MPa;
P表示生产时间t时刻的实验岩心压力,单位为MPa;
Z表示气体压缩因子,无量纲;
其中,V通过步骤1)测得的页岩岩心样品的长度和直径计算得到;φM通过步骤1)测得;Pi、T和P通过步骤2)测得。
7.根据权利要求1所述的测量页岩吸附气量与游离气量的方法,其特征在于,步骤3)中所述校正的兰格缪尔吸附公式如公式(II)所示,
式(II)中,
Gab表示生产时间t时刻的计算吸附气量,单位为m3;
M0表示页岩岩心样品的质量,单位为t;
VL表示兰格缪尔体积,单位为m3/t;
Pi表示生产时间0时刻的实验岩心压力,单位为MPa;
PL表示兰格缪尔压力,单位为MPa;
β表示吸附气校正系数,无量纲,取值范围为0~1的常数;
ρgi表示生产时间0时刻的实验岩心压力下的气体密度,单位为kg/m3;
ρg表示生产过程中的气体密度,单位为kg/m3;
其中,M0、VL和PL通过步骤1)测得;Pi、T和P通过步骤2)测得。
8.根据权利要求1所述的测量页岩吸附气量与游离气量的方法,其特征在于,步骤3)中所述计算总产气量通过公式(III)计算得到,
Gt=Gfree+Gab (III);
式(III)中,
Gt表示生产时间t时刻的计算总产气量,单位为m3;
Gfree表示生产时间t时刻的计算游离气量,单位为m3;
Gab表示生产时间t时刻的计算吸附气量,单位为m3。
9.根据权利要求1所述的测量页岩吸附气量与游离气量的方法,其特征在于,步骤4)中所述预设条件为对应不同的生产时间,计算总产气量与实验总产气量的拟合误差小于5%。
10.一种测量页岩吸附气量与游离气量的装置,其特征在于,所述装置用于测量页岩吸附气量与游离气量,其包括:
中间容器,具有容纳页岩气的内腔;
动力输出装置,连接所述中间容器的进口;
流量控制器,该流量控制器的进口连接所述中间容器的出口;
气源,连接所述流量控制器的进口;
内部设有岩心的岩心夹持器,该岩心夹持器的进口通过单向阀连接所述流量控制器的出口;
围压输出装置,连接所述岩心夹持器的围压输入口;
流量计量装置,该流量计量装置的进口连接所述岩心夹持器的出口;
压力测量装置,包括:
设置于所述单向阀和所述岩心夹持器进口之间的第一压力传感器;
设置于所述流量计量装置与所述岩心夹持器出口之间的第二压力传感器;
连接第一压力传感器和第二传感器的压力巡检仪;
以及计算机;
优选地,所述压力测量装置还包括设于所述围压输出装置和所述岩心夹持器之间的第三压力传感器;
优选地,所述岩心加持器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均设于恒温箱中;
优选地,所述气源和所述流量控制器之间设有第一调节阀;所述中间容器和所述流量控制器之间设有第二调节阀;
优选地,所述动力输出装置为ISCO泵;所述围压输出装置为围压泵;所述流量计量装置为流量计。
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