用等溫吸附方法正確評價泥頁巖吸附氣含量

關(guān)于吸附氣含量的獲取是頁巖氣資源評價中面臨的主要問題，目前普遍采用等溫吸附實驗方法獲取吸附氣含量。科研界一般在研究壓力和溫度對泥頁巖吸附性能影響時，對這兩個因素分開進(jìn)行討論，沒有一個整體研究思路。而泥頁巖隨著埋深的變化，其儲層溫度和壓力常常一起變化，因此研究溫度和壓力綜合作用對泥頁巖吸附特性的影響尤為重要。

由于泥頁巖中所含的溶解氣量極少，故頁巖氣總資源量可近似分解為吸附氣總量與游離氣總量之和，Q總≈Q吸+Q游，Q總：頁巖氣資源量；Q吸：吸附氣資源量；Q游：游離氣資源量。

溫度對脫附起活化作用，溫度越高，游離氣越多，吸附氣越少。物理吸附是放熱反應(yīng)，存在隨吸附溫度升高吸附量減小的特點，所以在低溫下吸附過程更容易進(jìn)行。為了考察溫度對泥頁巖吸附性能的影響程度，選擇了鄂爾多斯盆地上古生界太原組同一取樣點富有機(jī)質(zhì)泥巖樣品進(jìn)行等溫吸附實驗，實驗的最高壓力為 10.16兆帕，實驗分別在 46℃、60℃、75℃、80℃、90℃溫度下進(jìn)行，其等溫吸附曲線見圖1。

從圖1可看出，隨等溫吸附實驗溫度的升高，吸附氣量呈下降趨勢。在 46℃～90℃范圍內(nèi)，隨溫度升高吸附氣量的變化趨勢明顯，總體下降，說明溫度對飽和吸附量的影響很大；在等溫條件下，泥頁巖吸附甲烷氣量開始隨著壓力增大而增加，等吸附甲烷氣量達(dá)到飽和后又隨著壓力增大而趨于平穩(wěn)。因此吸附實驗只有在儲層溫度和壓力下進(jìn)行，才能真實反映泥頁巖的吸附特性。可見，溫度和壓力對泥頁巖吸附能力的影響不容忽視。當(dāng)?shù)貙勇裆顪囟葲]有超過100℃的情況下，可通過采樣點深度換算成對應(yīng)的溫度來做該溫度條件下的等溫吸附實驗。目前的等溫吸附實驗所給的壓力大都不超過12兆帕，實際的地層壓力要遠(yuǎn)超過這個數(shù)值，所以還不能在等溫吸附曲線上讀到地層壓力下的吸附氣含量，作者提出一個新的解決辦法，就是用該溫度條件下得到的不同壓力和吸附氣含量擬合成公式（比如，80℃條件下，Y=0.5167LN(X)+0.842，R2=0.9715，Y：吸附氣量 (立方米/噸)，X：壓力(兆帕)），然后用該樣品對應(yīng)的地層壓力代入公式計算出地層條件下的吸附氣量。當(dāng)?shù)貙勇裆顪囟纫殉^100℃的情況下，目前的等溫吸附實驗還做不了，作者提出的解決辦法是建立不同溫度條件下壓力和吸附氣含量之間的擬合公式，分別用不同的公式計算不同溫度條件下吸附氣量，然后再建立吸附氣量和對應(yīng)深度之間的關(guān)系（圖2），并擬合成公式（比如，Y=474.53X2+741.94X+3156.3，Y：吸附氣量 (立方米/噸)，X：深度(米)），然后用需要計算樣品對應(yīng)的深度代入公式計算出地層條件下該樣品的吸附氣量。