頁巖含氣量計算方法研究現狀及發展

張楠 張懷貴 鄒媛

摘 要：頁巖氣是一種非常重要的新型化石能源，其含氣量是選擇有利區和評價資源潛能的參數，也是評價頁巖開采價值的重要指標。現如今，測定頁巖含氣量的主要方法有：現場解吸法、等溫吸附實驗法、測井解釋分析法、主控因素的擬合方法等。這些方法都有它們各自的適用條件和對應的優缺點，本文通過系統研究，分析總結各類方法的原理、特點及適用范圍，為頁巖氣勘探開發研究提供依據。

關鍵詞：頁巖氣;含氣量;現場解析;等溫吸附

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.072

0 引言

2013年6月，EIA公布的數據表明，全球頁巖氣可采用資源量為206.68×1012m3，其中，中國資源量為31.57×1012m3，位列第一。但中國的頁巖氣勘探開發與美國等技術成熟的國家相比，仍處在初-中級階段，特別是在重要參數——頁巖含氣量的實驗測試方面，依舊沒有特定的行業標準及技術方法，各種方法的特點不同，適用范圍也各不相同。

1 頁巖含氣量的研究方法

頁巖氣是指主體位于泥頁巖層系及其夾層中以吸附或游離狀態為主要存在方式的天然氣聚集[1-2]。測定頁巖含氣量的方法大體分為直接法和間接法兩類。直接法是指根據實地鉆井取心和有代表性的巖石碎屑來測定其實際含氣量，間接法是指采用泥頁巖其他地質參數通過計算或者擬合等方法計算、推測頁巖含氣量的方法 [3]。

1.1 現場解吸法

測定頁巖含氣量最直接的方法是現場解吸法，是目前主要的直接法測量頁巖含氣量的方法之一。現場解吸法是在鉆井過程中，將所取頁巖巖樣密閉保存于金屬解析罐中運往實驗室，利用水浴加熱的方法，模擬實際地層條件，對巖心進行解析測試分析。用解吸法測定的含氣量是由損失氣量、解吸氣量和殘余氣量三部分組成的。解吸氣量是巖心被裝進解吸罐之后所解吸出來的總氣體量，通常持續兩周到四個月之間，一周內的平均解吸速度小于10cm3/d時就即可結束解吸;殘余氣量是結束解吸之后依舊殘存在試樣中的那一部分氣體，巖樣需要被裝進封閉的球磨罐中來進行破碎，放入恒溫設備中，待溫度恢復至儲層溫度之后便依照特定的時間間隔進行反復解吸，一周內連續解吸的氣體量直到不大于10cm3/d時，再測定其殘余氣量;損失氣量是指將巖心迅速取出，并在裝入解吸罐之前放出的氣體含量，但是沒有辦法測量出來這部分氣體，需要根據耗損的時間及解吸氣量變化趨勢，結合數學模型反推損失氣量[4]。

在測定的過程中，取心方式、測定方法和氣體解吸溫度等多種要素都會影響到測量結果，需要從儀器設備、取心方式、損失氣推算方法等多方面采取措施，提高其測試準確程度。

1.2 等溫吸附實驗法

等溫吸附法是計算頁巖吸附氣含氣量最常用間接方法之一，與解吸實驗是互逆的兩個實驗。目前，對頁巖儲層吸附特征的研究依然主要是借助煤層氣的等溫吸附實驗儀器、測量方法和理論，來建立溫度與吸附氣量壓力和吸附氣量的關系模型。頁巖氣的勘探實踐結果顯示，頁巖吸附氣絕大多數服從于Langmuir 等溫吸附公式：

式中：：理論含氣量，m3/t;：Langmuir體積，m3/t;：Langmuir壓力，Mpa;——頁巖地層壓力，Mpa。

實驗進行的溫度和壓力對實驗結果有一定影響，需要慎重選擇，且等溫吸附實驗測得的是頁巖的最大吸附氣量，可能出現大于頁巖實際含氣量的情況，因此在實用等溫吸附實驗值時也需考慮實際情況，酌情使用。

1.3 測井解釋分析法

測井解釋分析法是利用測井資料通過計算分別求出總含氣量中游離氣和吸附氣各自含量[5]，綜合分析測井資料確定出富含有機質的頁巖含氣量，已在北美地區頁巖氣勘探開發過程中普遍應用。這種方法首先要建立測井曲線與頁巖TOC、元素含量、含氣量等參數之間的關系，在此基礎上，利用測井曲線對頁巖的含氣量進行計算。

1.4 主控因素擬合法

大量研究成果顯示，有機質豐度、有機質成熟度、孔隙度、滲透率、礦物組成等地質因素均為頁巖含氣量主控因素，還會同時受到埋深、地層壓力、地層溫度等外部因素影響。通過對受控因素分析，建立其相關性，優選出主要影響因素，并建立頁巖含氣量與主控因素之間的定量模型，這種擬合計算的含氣量間接獲得方法，在具有一定勘探成果的研究區取得了良好的應用效果。

王功軍、王冬梅[6]擬合了含氣量與和之間的關系：

式中，為含氣量，m3/t;為有機碳含量，%;為鏡質體反射率，%。

需要指出的是，不同地區、不同巖性主要影響因素是不一樣的，必須通過一定的前期研究對主控因素進行優選才能保證擬合公式的準確性。

2 頁巖氣含氣量計算方法對比

通過系統分析目前主要的頁巖含氣量測試方法，對比其特征，本文總結出了各類方法的優缺點（表1）。

3 趨勢展望

我國頁巖氣勘探開發研究正在快速發展推進，新思路的涌現、新儀器的應用都將加速其研究進程。頁巖含氣量參數獲取作為頁巖氣資源研究的重要領域，技術也將愈發成熟。目前，我國現場解吸實驗測試設備已經獲得重要進步，設備精密程度大大提升，完全能夠滿足頁巖含氣量測試精度要求，這將推進現場解吸法的進一步推廣應用;同時，各勘探資料豐富的老油氣區均通過大量數據的支撐，完善各種間接計算、推算方法，有利于降低研究成本;此外，各類物理模擬方法也不斷有新成果產出，在頁巖含氣量獲得方法領域探索新方法。

4 結論

（1）目前人類對油氣資源需求不斷增長，非常規頁巖氣的開發應用備受全球關注。頁巖氣高效率的開發對國內外的理論研究和勘探實踐工作具有重大意義，為將來的發展打下牢固的基礎。頁巖含氣量是頁巖氣勘探開發研究的重要決定性參數之一，對含氣量的準確獲得一直是頁巖氣資源研究的重點和難點。

（2）目前，測定頁巖含氣量的主要方法有直接法和間接法兩種，直接法主要包括現場解吸法;間接法主要包括等溫吸附實驗法、測井解釋分析法、主控因素的擬合法等。

（3）經過綜合分析得出：現場解吸法能夠直接獲得頁巖中的實際含氣量數值，是最為準確的方法之一，但其對儀器設備要求較高;各類間接計算法的應用有利于降低研究成本，但其準確程度受到數據量大小、研究者經驗豐富程度等較多因素的影響，各類方法均有待完善。

參考文獻：

[1]Mavor M.Bamett shale gas-in-place volume including sorbed and free gas volume [C].AAPG Southwest Section Meeting Fort Worth，Texas，2003.

[2]李新景，胡素云，程克明.北美裂縫性頁巖氣勘探開發的啟示[J].石抽勘探與開發，2007，34（04）：392-400.

[3]李玉喜，喬德武，姜文利等.頁巖氣含氣量和頁巖氣地質評價綜述[J].地質通報，2011，30（2/3）：308-317.

[4]唐穎，張金川，劉珠江等.解吸法測量頁巖含氣量及其方法的改進[J].天然氣工業，2011，31（10）：108-128.

[5]石文睿，張占松，張建平，et al.建南東岳廟段頁巖氣常規測井解釋模型研究--以JYHF-1井為例[J].天然氣勘探與開發，2014，37（02）：29-34.

[6]王功軍，王冬梅.頁巖層含氣量評價方法研究[J].內江科技，2013

，34（03）：23.

研究課題：六盤水師范學院大學生項目：《貴州地區五峰-龍馬溪組頁巖含氣量研究》，項目編號：LPSSYDXS17085.

作者簡介：張楠（1998-），女，本科，研究方向：地質資源與地質工程。