页岩气储量计算方法改进

张天宇，张舶航，徐芳艮

（成都理工大学能源学院，四川成都　610059）



页岩气储量计算方法改进

张天宇，张舶航，徐芳艮

（成都理工大学能源学院，四川成都610059）

摘要：页岩气资源做为重要的接替资源，核算页岩气储量是储量评价的核心内容之一。通过分析实例和相关文献，传统方法计算的页岩气储量有被放大的可能。为此，考虑传统方法测量页岩孔隙度不准确的问题，本文提供了一种在不改变测量原理和仪器的前提下修正孔隙度测量值的方法，进而提高容积法的计算精度并节约测量成本。利用本方法储量计算值精度较改进之前提高了20 %。实例计算表明：（1）本方法与丰度法计算结果较为一致；（2）等温吸附曲线拟合的好坏将直接决定孔隙度的计算精度，进而影响储量计算的精度。

关键词：页岩气；储量；计算；改进

目前，全球范围内页岩气资源量相当于致密气和煤层气资源量的总和，占三种非常规天然气总量的一半左右[1]。我国南方页岩气成藏地质条件优越，页岩气资源丰富，页岩埋藏深度较深，有机质丰度高，构造分布稳定。2005年以来，我国对四川盆地页岩气做了初步估算，认为其资源量达到7.14×1012m3～14.6×1012m3，而整个四川盆地现有常规天然气资源量为7.2×1012m3，我国的页岩气资源量十分巨大。

1　常规储量计算方法

《页岩气储量计算与评价技术规范》中的容积法储量计算公式[2]。

计算公式如下。

吸附气地质储量计算公式：

游离气地质储量计算公式：

其中：Ф-孔隙度，小数；Sgi-含气饱和度，小数；Bgi-气体体积系数；Psc-地面标准压力，MPa；T-中部地层温度，K；Pi-中部地层压力，MPa；Tsc-地面标准压力，MPa；Zi-原始气体偏差系数。

笔者认为，该公式计算的页岩气储量被无意识地扩大，原因不在于容积法本身，而在于容积法所使用的重要参数－孔隙度的测量出现问题。因此，储量需要对常规方法测量实验数据进行校正，才能应用于储量计算。

2　常规孔隙度测量方法

笔者主要以气体压缩法为例，介绍孔隙度的矫正方法。其他类似原理的测量方式都可以运用此方法进行校正。其他压缩法仪器原理（见图1）。

图1　压缩法仪器原理示意图Fig.1 Instrument principle schematic of compression method

气体压缩法原理以波义尔-马里奥特定律为基础，对于大岩芯和小岩芯、规则和不规则外形的样品都可以使用，在普通油气藏的孔隙度测量中，该方法较为普遍且精度较高[3]。气体首先充入标准体积室，并记录压力P1。随后切断气源，将标准体积室内的气体放入样品室使之达到平衡，由此即可计算出岩石的固体体积。

设定样品室的体积已知为V2，当其中放置有一块固体为Vm的岩样时，如果气体处于等温状态，压力由P1变化到P2则有：

于是：

这样固体体积即为：

3　孔隙度测量值矫正

图2　页岩气体积概念模型Fig．2 Shale gas volume conceptual model

孔隙度的测量仍然使用上述原理，但是由于页岩有吸附作用，当标准室的气体进入样品室后，样品室压力升高，一部分气体被吸附在页岩空隙的内壁上，并不占据空隙空间（见图2），因此，实际上是一部分气体被吸附，并不是所有的气体都留存在孔隙中[4]。测量所得的压力将偏低，所计算的固体体积的值也将偏低。因此，必须通过等温吸附曲线计算页岩的吸附量，校正测试所得的压力，进而较为准确的计算储量[5]。

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考虑页岩吸附的校正方法如下：

利用等温吸附曲线计算出P2压力下页岩吸附量M吸，并将其换算为P2压力下的体积。由于在常规测量方法中，吸附气也被算作占据了孔隙体积，因此常规方法计算出来的固体体积Vm还要再加上吸附气在P2压力下的体积V吸，才是真正的固体体积。公式如下：

4　实例计算与分析

笔者利用实际的页岩气藏储量计算参数和实验数据，使用改进前后两种方法分别计算地质储量。由于某区块各层岩石物性相似，因此对某区块三口页岩气井取芯数据进行适当处理，以使计算较为简便但又不失准确性。

（1）首先，是获取本区块的等温吸附曲线。利用实验室设备测定所取岩心的等温吸附曲线，并对三口井的岩芯吸附数据校正并进行拟合（见图3）。该区块的拟合曲线是：

图3　吸附测试数据Fig.3 Adsorption test data

通过图3可以看出，校正拟合后的等温吸附曲线拟合度为98.82 %，符合计算的精度要求。

（2）其次，由于等温吸附曲线吸附量单位为g/cm3，因此还要将吸附气的质量M吸换算为压力为P2时的体积V吸。其中：

P=0.1 MPa；ρ=2.66 g/cm3。P为大气压。C为页岩单位体积吸附质量，该数值可由等温吸附曲线矫正后，依据拟合曲线得到。

（3）最后利用常规的孔隙度测量仪器对岩心的孔隙度进行测量。某区块YY1-YY3井所取岩心不同测试压力下实验结果（见表1）。

通过对实验数据进行回归分析（见图4）可以看出矫正后孔隙度的测量值为2.7 %左右，而用传统方法计算的孔隙度则达到6.6 %左右，两者相差60 %。

表1　实验数据及结果统计表Tab．1 Statistics of the experimental data and results

图4　实验数据回归分析Fig.4 The experimental data regression analysis

页岩气分为游离气和吸附气，吸附气主要利用丰度法进行计算，而游离气则可以使用容积法和丰度法。利用容积法和丰度法分别计算游离气，验证改进方法的准确性[6]。丰度法计算游离气的公式为：计算数据（见表2，表3）。

表2　储量计算参数表Tab.2 Parameter table of reserves estimation

表3　储量计算参数表Tab．3 Result table of reserves estimation

利用实际的页岩气藏数据的计算结果看，丰度法和改进后的容积法储量计算结果较为接近。改进方法计算的储量是常规方法计算储量的65 %，丰度法的计算结果与改进方法的结果较为接近，佐证了改进后储量计算方法的准确性。

5　结论和建议

（1）采用笔者改进的页岩气储量计算方法得到的页岩气储量计算精度较常规方法提高20 %。

（2）本方法的优点在于，不需要新增大量仪器，不需要大量改变原有的测量原理，就能够得到较为可靠的页岩气藏储量，节约时间和成本。

（3）改进的方法核心在于准确测量等温吸附曲线，进而较为准确的计算孔隙度。

（4）虽然经过初步估算，我国页岩气储量十分丰富，但是必须要经过大量勘探和实验，才能确定最终储量。

符号说明：

Gx-吸附气总量，108m3；Ag-含气面积，km2；h-有效厚度，m；ρy-页岩质量密度，t/m3；Cx-吸附气丰度，m3/t；Ф-孔隙度，小数；Sgi-含气饱和度，小数；Bgi-气体体积系数；Psc-地面标准压力，MPa；T-中部地层温度，K；Pi-中部地层压力，MPa；Tsc-地面标准压力，MPa；Zi-原始气体偏差系数；Gy-游离气总量，108m3；Cy-游离气丰度，m3/t。

参考文献：

［1］曲占庆，等.多组分和吸附对页岩气储量计算的影响［J］.特种油气藏，2012，（3）：114-116+143+157.

［2］葛楠.页岩气储量评价方法［J］.山西科技，2015，（1）：69-72.

［3］赵鹏飞，余杰，杨磊.页岩气储量评价方法［J］.海洋地质前沿，2011，（7）：57-63.

［4］李艳丽.页岩气储量计算方法探讨［J］.天然气地球科学，2009，（3）：466-470.

［5］石晓兵，杨火海，范翔宇，黄兵.页岩气储量计算的新方法［J］.天然气工业，2012，（4）：60-62+123-124.

［6］曹廷宽，等.考虑多组分吸附的页岩气储量计算［J］.油气藏评价与开发，2011，（6）：68-70+80.

Shale gas reserves calculation method for the improvement

ZHANG Tianyu，ZHANG Bohang，XU Fanggen
（College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China）

Abstract:Shale gas resources as one of important resource, accounting of shale gas reserves is one of the core content of reserves evaluation.Through the analysis of examples and related literature, the traditional method to calculate reserves of shale gas has the potential to be amplified.Therefore, considering the traditional way to measure shale porosity inaccurate problem, this paper provides a without change the measuring principle and instrument correction method of measurement value of porosity, thus improving the calculation precision of volumetric method and saving the cost of measurement.Using this method calculation of reserves value accuracy is improved by 20 % before.Example calculation shows that,（1）of this method and the method of abundance calculation results are consistent.（2）The stand or fall of isothermal adsorption curve fitting will directly determine the calculation precision of porosity, thus affecting the precision of the calculation of reserves.

Keywords：shale gas；reserves；calculation；improve

*收稿日期：2015－11-10

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.02.007

中图分类号：TE155

文献标识码：A

文章编号：1673-5285（2016）02-0027-04