一种页岩气藏含气量测试方法和装置.pdf

本发明公开了一种页岩气藏含气量测试方法和装置，页岩气藏含气量测试装置，包括高压氮气进气装置、高压天然气进气装置、第一六通阀、增压泵、第二六通阀、抽空装置、恒温箱、岩心解吸流动模型、压力传感器、环压控制泵和气体计量装置；高压氮气进气装置和高压天然气进气装置通过管线经过第一六通阀和增压泵后与第二六通阀连接，所述抽空装置与第二六通阀连接，第二六通阀通过管线经设置在恒温箱中的岩心解吸流动模型后与气体计量装置连接，所述岩心解吸流动模型分别与用于压力传感器和用于跟踪调节岩心解吸流动模型围压的环压控制泵连接。本发明装置实现了通过物理模拟方法研究气藏开发过程页岩气解附，测定了页岩气开采过程中产气量。

权利要求书
1.  一种页岩气藏含气量测试装置，其特征在于，包括高压氮气进气装置、高压天然气进气装置、第一六通阀、增压泵、第二六通阀、抽空装置、恒温箱、岩心解吸流动模型、压力传感器、环压控制泵和气体计量装置；
所述高压氮气进气装置和高压天然气进气装置通过管线经过第一六通阀和增压泵后与第二六通阀连接，所述抽空装置与第二六通阀连接，第二六通阀通过管线经设置在恒温箱中的岩心解吸流动模型后与气体计量装置连接，所述岩心解吸流动模型分别与压力传感器和用于跟踪调节岩心解吸流动模型围压的环压控制泵连接。

2.  一种使用权利要求1所述测试装置的页岩气藏含气量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采集页岩气藏单井同一位置岩心并钻取气藏柱状天然岩心，测试岩心物性参数，收集气藏静态特征参数；所述测试岩心物性参数包括孔隙度、含水饱和度、有机质含量和岩心质量；所述气藏静态特征参数包括气藏地层温度、地层压力和上覆压力；
2）将岩心放入上述页岩气藏含气量测试装置中，在室温下抽空饱和天然气，然后升温到地层温度，系统压力加压到地层压力，围压为气藏上覆压力；温度、压力稳定24小时后开始实验，测试降压开采时不同压力下产出气量；
3）根据气体的等温吸附规律劈分游离气和吸附气，计算地层条件下等温吸附曲线。

3.   根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1）中气藏天然岩心是从实际页岩气藏储层钻取的，气藏天然岩心直径为2.5cm，单块长度5至8cm，累计长度25至30cm。

4.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中具体如下：

2.  1）在页岩气藏含气量测试装置中放入岩心，所述岩心为干燥岩心或已知岩心含水饱和度的含水岩心；

2.  2）在室温下，页岩气藏含气量测试装置抽空饱和天然气：抽空装置是对岩心解吸流动模型抽空，至真空压力-0.1MPa，关闭抽空装置，打开高压气源、增压泵充填天然气至地层压力，确保模型及管线被纯天然气充填；岩气藏含气量测试装置系统压力保持在地层压力下稳定24小时，让天然气在页岩中扩散、吸附充分达到平衡；

2.  3）使用环压控制泵跟踪调节围压至气藏上覆压力；

2.  4）每次降压开采时，打开阀门从高压降低2至6MPa，然后关闭阀门，监测系统压力变化，保持压力至少稳定3至8小时，测量此时产出气量，记录产出气对应的压力；再开展下一次降压测试，至无产气量，测试结束。

5.   根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中，计算气体降压膨胀时，需考虑气体的压缩因子的影响；孔隙游离气为劈分出的游离气减去测试系统的死体积。

说明书一种页岩气藏含气量测试方法和装置
技术领域
本发明涉及页岩气开发技术领域，尤其涉及一种页岩气藏含气量测试方法和装置。
背景技术
    目前页岩含气量测定方法可以分为两类：直接法（解吸法）和间接法（等温吸附实验法）。解吸法是测量页岩含气量最直接的方法，利用现场钻井岩心和有代表性岩屑测定实际含气量，测量页岩含气量包括损失气量、解吸气量和残余气量。损失气是指岩石从井下提到地面到装罐密封这段时间从岩石中解吸出来的气体，无法测量，推算损失气量是准确预测页岩含气量的关键；解吸气是样品装罐后自然解吸采用量管计量；残余气是通过粉碎岩石样品的方法使气体解吸出来的方法来测量。
等温吸附实验法是指通过等温吸附实验、测井解释等方法推测吸附气含量和游离气含量。吸附气含量通过等温吸附模拟实验，建立吸附气含量与压力、温度的关系模型；实验过程是将岩样品碾碎成粒径0.1∽0.5mm的颗粒，然后放入恒温装置中测试不同压力下气体的吸附量，由压力和吸附量绘制出吸附等温线，根据兰氏模型计算吸附气含量。游离气量通过测井解释资料确定游离气的有效孔隙度和含气饱和度来获得，页岩气藏中游离气有效孔隙度为基质孔隙度和裂缝孔隙度二者之和，利用声波、中子、密度和核磁共振等测井资料可以测得基质孔隙度，通过双侧向测井资料计算出较为精确裂缝孔隙度；含气饱和度在建立岩石电阻率、泥质水电阻率、有效孔隙度同地层混合水电阻率关系式的基础上，利用阿尔奇公式计算得到。
解吸法测量页岩含气量，测量结果容易受到取心方式、测定方法、损失气量计算方法、测量储层含气量（解吸气、残余气）精度、气体解吸温度等因素的影响，推算损失气量误差大。目前开展的页岩吸附量测试均参照煤层气吸附量的实验技术标准，采用粉碎页岩颗粒而忽略了孔隙结构的影响，更不能充分表征含水饱和度对吸附气的作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种页岩气藏含气量测试方法和装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种页岩气藏含气量测试装置，包括高压氮气进气装置、高压天然气进气装置、第一六通阀、增压泵、第二六通阀、抽空装置、恒温箱、岩心解吸流动模型、压力传感器、环压控制泵和气体计量装置；
所述高压氮气进气装置和高压天然气进气装置通过管线经过第一六通阀和增压泵后与第二六通阀连接，所述抽空装置与第二六通阀连接，第二六通阀通过管线经设置在恒温箱中的岩心解吸流动模型后与气体计量装置连接，所述岩心解吸流动模型分别与压力传感器和用于跟踪调节岩心解吸流动模型围压的环压控制泵连接。
本发明装置工作原理和过程如下：
采用从页岩储层取得天然岩心，根据储层地质特征排列、装填岩心至岩心解吸流动模型，通过环压控制泵加围压（围压为气藏上覆压力），抽空装置对系统抽空；用高压气源、增压泵向岩心孔隙充填高压天然气，加压到地层压力，在一定温度（25℃或地层温度）下保持24小时压力稳定。打开岩心解吸流动模型的阀门，放出一定量气体，使系统压力降低2∽6MPa，然后关闭阀门，用气体计量装置计量产气量；同时，监测系统压力变化，至少稳定3∽8小时，记录产出气对应的压力降，再开展下一次降压测试，至无产气量，测试结束。通过气体计量装置、压力监测装置自动监测、采集、处理数据。根据气体的等温吸附规律进行劈分吸附气和游离气，计算等温吸附曲线。
根据上述装置，本发明还提供一种页岩气藏含气量测试方法，该方法包括以下步骤：
1）采集页岩气藏单井同一位置岩心并钻取气藏柱状天然岩心，测试岩心物性参数，收集气藏静态特征参数；所述测试岩心物性参数包括孔隙度、含水饱和度、有机质含量和岩心质量；所述气藏静态特征参数包括气藏地层温度、地层压力和上覆压力；
2）将岩心放入上述页岩气藏含气量测试装置中，在室温下抽空饱和天然气，然后升温到地层温度，系统压力加压到地层压力，围压为气藏上覆压力；温度、压力稳定24小时后开始实验，测试降压开采时不同压力下产出气量;
3）根据气体的等温吸附规律劈分游离气和吸附气，计算等温吸附曲线；
按上述方案，所述步骤2）中具体如下：
2.1）在页岩气藏含气量测试装置中放入岩心，所述岩心为干燥岩心或已知岩心含水饱和度的含水岩心；
2.2）在室温下，页岩气藏含气量测试装置抽空饱和天然气：抽空装置是对岩心解吸流动模型抽空，至真空压力-0.1MPa，关闭抽空装置，打开高压气源、增压泵充填天然气至地层压力，确保模型及管线被纯天然气充填；岩气藏含气量测试装置系统压力保持在地层压力下稳定24小时，让天然气在页岩中扩散、吸附充分达到平衡；
2.3）使用环压控制泵跟踪调节围压至气藏上覆压力；
2.4）每次降压开采时，打开阀门从高压降低2∽6MPa，然后关闭阀门，监测系统压力变化，保持压力至少稳定3∽8小时，测量此时产出气量，记录产出气对应的压力；再开展下一次降压测试，至无产气量，测试结束。
按上述方案，所述步骤1）中气藏天然岩心是从实际页岩气藏储层钻取的，气藏天然岩心直径为2.5cm，单块长度5∽8cm，累计长度25∽30cm。
按上述方案，所述步骤3）中，计算气体降压膨胀时，需考虑气体的压缩因子的影响；孔隙游离气为劈分出的游离气减去测试系统的死体积。
本发明产生的有益效果是：本发明装置模拟了气藏环境和气藏开发方式，再现了气藏生产过程中产气量、压力等参数变化规律，实现了通过物理模拟方法研究气藏开发过程页岩气解附，测定了页岩气开采过程中产气量，为确定不同赋存状态气的游离气量与吸附气量，提供了数据支撑。本发明装置自动化程度高、数据自动监测、采集、处理、准确。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2为页岩不同压力与含气量关系曲线；
图3为砂岩不同压力与含气量关系曲线（无气体吸附）；
图4为页岩等温吸附曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，页岩气藏含气量测试装置，包括高压氮气进气装置1、高压天然气进气装置2、第一六通阀3、增压泵4、抽空装置5、第二六通阀6、恒温箱7、岩心解吸流动模型8、压力传感器9、环压控制泵10和气体计量装置11；
高压氮气进气装置1和高压天然气进气装置2通过管线经过第一六通阀3和增压泵4后与第二六通阀6连接，抽空装置5与第二六通阀6连接，第二六通阀6通过管线经设置在恒温箱7中的岩心解吸流动模型8后与气体计量装置11连接，岩心解吸流动模型8分别与压力传感器9和用于跟踪调节岩心解吸流动模型围压的环压控制泵10连接。
由高压气源提供的高压氮气、天然气，最大压力12 MPa；
增压泵，最大输出压力可达50 MPa；
岩心解吸流动模型，可装入直径2.5cm岩心，最大岩心组合长度30cm，压力50MPa；
环压控制泵跟踪调节围压，最大压力70 MPa；
抽空装置是对岩心解吸流动模型抽空，至真空压力-0.1MPa，压力范围－0.1∽0MPa；
压力监测压力范围0∽50 MPa；
恒温箱温度范围：室温∽100℃，；
气体监测装置用于测试产出气体25℃时体积，流量范围0∽1000ml。
本发明装置工作原理和过程如下：
采用从页岩储层取得天然岩心，根据储层地质特征排列、装填岩心至岩心解吸流动模型，通过环压控制泵加围压（围压为气藏上覆压力），抽空装置对系统抽空，饱和天然气，用高压气源、增压泵向岩心孔隙充填高压天然气，加压到地层压力，在一定温度（25℃或地层温度）下保持24小时压力稳定。打开出阀门，放出一定量气体，使系统压力降低2∽6MPa，然后关闭阀门，用气体计量装置计量产气量；同时，监测系统压力变化，至少稳定3∽8小时，记录产出气对应的压力降，再开展下一次降压测试，至无产气量，测试结束。通过气体计量装置、压力监测装置自动监测、采集、处理数据。根据气体的等温吸附规律进行劈分吸附气和游离气，计算等温吸附曲线。
本发明页岩气藏含气量和吸附气量测试方法，依照以下步骤进行：
1）采集页岩气藏单井同一位置岩心并钻取气藏柱状天然岩心，测试岩心物性参数，收集气藏静态特征参数；所述测试岩心物性参数包括孔隙度、含水饱和度、有机质含量和岩心质量；所述气藏静态特征参数包括气藏地层温度、地层压力和上覆压力；
本实施例中气藏中页岩物性参数如下：具有颗粒粒径小于0.03mm、粘土矿物和长英质矿物含量大于50%、孔隙为纳米级大小、渗透率小于0.1md。
天然岩心是从实际气藏储层钻取的，直径为2.5cm，单块长度5∽8cm，累计长度25∽30cm。
气藏地层温度50∽100℃，地层压力20∽50MPa，上覆压力40∽70MPa。
2）按照图1所示安装模拟装置，在室温下抽空饱和天然气，然后升温到地层温度，系统压力加压到地层压力，围压为气藏上覆压力；温度、压力稳定24小时后开始实验，测试降压开采时不同压力下产出气量；
步骤2）所述储层地质特征是页岩气储层非均质性。
步骤2）所述模拟装置抽空饱和天然气，是抽空装置是对岩心解吸流动模型抽空，至真空压力-0.1MPa，关闭抽空装置，打开高压气源、增压泵充填天然气至地层压力，确保模型及管线保证被纯天然气充填。
步骤2）所述测试装置系统压力应保持在地层压力下稳定24小时，让天然气在页岩中扩散、吸附充分达到平衡。如我国某页岩气田，地层温度86℃，气藏原始压力32∽38，平均井深2400m，岩石密度2.56g/cm3，计算上覆岩层压力为61.4MPa，所以，优选岩心围压61MPa，岩心孔隙压力32MPa。
步骤2）所述装置中放入岩心可以是干燥岩心，也可以是含水岩心（要清楚岩心含水饱和度），整个测试系统要保证不渗漏（32MPa下10小时压力降小于0.1MPa）。
步骤2）所述降压开采时，打开阀门从高压降低2∽6MPa，然后关闭阀门，测量此时产出气量，同时，监测系统压力变化，压力至少稳定3∽8小时，记录产出气对应的压力；再开展下一次降压测试。
步骤2）所述降压开采时在系统压力15MPa以上时，要测试至少4个压力下天然气产出量；在系统压力15MPa以下时，要至少测试6个压力下天然气产出量；测试曲线如图2所示。
3）劈分游离气和吸附气，最后计算地层条件下等温吸附曲线；步骤3）中劈分过程是根据气体的等温吸附规律，高于15MPa以后气体达到吸附平衡，吸附量达到最大值，高压下产出的气体都是岩心孔隙空间中游离气，低压下产出的是游离气和吸附气；没有吸附气时孔隙产气量与压力成线性关系（如图3所示）。
步骤3）所述劈分出不同压力下游离气后（图2中直线表示游离气变化），剩余气体则为产出的吸附，计算出不同压力下的等温吸附量（如图4所示）；
步骤3）所述计算气体降压膨胀时，考虑气体的压缩因子的影响；孔隙游离气为劈分出的游离气减去测试系统的死体积。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。