頁巖氣儲量計算方法改進

張天宇，張舶航，徐芳艮

（成都理工大學能源學院，四川成都　610059）

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頁巖氣儲量計算方法改進

張天宇，張舶航，徐芳艮

（成都理工大學能源學院，四川成都610059）

摘要：頁巖氣資源做為重要的接替資源，核算頁巖氣儲量是儲量評價的核心內容之一。通過分析實例和相關文獻，傳統方法計算的頁巖氣儲量有被放大的可能。為此，考慮傳統方法測量頁巖孔隙度不準確的問題，本文提供了一種在不改變測量原理和儀器的前提下修正孔隙度測量值的方法，進而提高容積法的計算精度并節約測量成本。利用本方法儲量計算值精度較改進之前提高了20 %。實例計算表明：（1）本方法與豐度法計算結果較為一致；（2）等溫吸附曲線擬合的好壞將直接決定孔隙度的計算精度，進而影響儲量計算的精度。

關鍵詞：頁巖氣；儲量；計算；改進

目前，全球范圍內頁巖氣資源量相當于致密氣和煤層氣資源量的總和，占三種非常規天然氣總量的一半左右[1]。我國南方頁巖氣成藏地質條件優越，頁巖氣資源豐富，頁巖埋藏深度較深，有機質豐度高，構造分布穩定。2005年以來，我國對四川盆地頁巖氣做了初步估算，認為其資源量達到7.14×1012m3～14.6×1012m3，而整個四川盆地現有常規天然氣資源量為7.2×1012m3，我國的頁巖氣資源量十分巨大。

1　常規儲量計算方法

《頁巖氣儲量計算與評價技術規范》中的容積法儲量計算公式[2]。

計算公式如下。

吸附氣地質儲量計算公式：

游離氣地質儲量計算公式：

其中：Ф-孔隙度，小數；Sgi-含氣飽和度，小數；Bgi-氣體體積系數；Psc-地面標準壓力，MPa；T-中部地層溫度，K；Pi-中部地層壓力，MPa；Tsc-地面標準壓力，MPa；Zi-原始氣體偏差系數。

筆者認為，該公式計算的頁巖氣儲量被無意識地擴大，原因不在于容積法本身，而在于容積法所使用的重要參數－孔隙度的測量出現問題。因此，儲量需要對常規方法測量實驗數據進行校正，才能應用于儲量計算。

2　常規孔隙度測量方法

筆者主要以氣體壓縮法為例，介紹孔隙度的矯正方法。其他類似原理的測量方式都可以運用此方法進行校正。其他壓縮法儀器原理（見圖1）。

圖1　壓縮法儀器原理示意圖Fig.1 Instrument principle schematic of compression method

氣體壓縮法原理以波義爾-馬里奧特定律為基礎，對于大巖芯和小巖芯、規則和不規則外形的樣品都可以使用，在普通油氣藏的孔隙度測量中，該方法較為普遍且精度較高[3]。氣體首先充入標準體積室，并記錄壓力P1。隨后切斷氣源，將標準體積室內的氣體放入樣品室使之達到平衡，由此即可計算出巖石的固體體積。

設定樣品室的體積已知為V2，當其中放置有一塊固體為Vm的巖樣時，如果氣體處于等溫狀態，壓力由P1變化到P2則有：

于是：

這樣固體體積即為：

3　孔隙度測量值矯正

圖2　頁巖氣體積概念模型Fig．2 Shale gas volume conceptual model

孔隙度的測量仍然使用上述原理，但是由于頁巖有吸附作用，當標準室的氣體進入樣品室后，樣品室壓力升高，一部分氣體被吸附在頁巖空隙的內壁上，并不占據空隙空間（見圖2），因此，實際上是一部分氣體被吸附，并不是所有的氣體都留存在孔隙中[4]。測量所得的壓力將偏低，所計算的固體體積的值也將偏低。因此，必須通過等溫吸附曲線計算頁巖的吸附量，校正測試所得的壓力，進而較為準確的計算儲量[5]。

隨著數字化校園理念的提出，高校越來越重視信息化管理的重要性，利用數字化、信息化等技術手段對高校固定資產進行動態管理，準確地掌握固定資產的使用現狀，從而進行合理配置，避免固定資產大批量閑置，發揮固定資產最大效益，為高校實現自身資源的優化配置奠定基礎。

考慮頁巖吸附的校正方法如下：

利用等溫吸附曲線計算出P2壓力下頁巖吸附量M吸，并將其換算為P2壓力下的體積。由于在常規測量方法中，吸附氣也被算作占據了孔隙體積，因此常規方法計算出來的固體體積Vm還要再加上吸附氣在P2壓力下的體積V吸，才是真正的固體體積。公式如下：

4　實例計算與分析

筆者利用實際的頁巖氣藏儲量計算參數和實驗數據，使用改進前后兩種方法分別計算地質儲量。由于某區塊各層巖石物性相似，因此對某區塊三口頁巖氣井取芯數據進行適當處理，以使計算較為簡便但又不失準確性。

（1）首先，是獲取本區塊的等溫吸附曲線。利用實驗室設備測定所取巖心的等溫吸附曲線，并對三口井的巖芯吸附數據校正并進行擬合（見圖3）。該區塊的擬合曲線是：

圖3　吸附測試數據Fig.3 Adsorption test data

通過圖3可以看出，校正擬合后的等溫吸附曲線擬合度為98.82 %，符合計算的精度要求。

（2）其次，由于等溫吸附曲線吸附量單位為g/cm3，因此還要將吸附氣的質量M吸換算為壓力為P2時的體積V吸。其中：

P=0.1 MPa；ρ=2.66 g/cm3。P為大氣壓。C為頁巖單位體積吸附質量，該數值可由等溫吸附曲線矯正后，依據擬合曲線得到。

（3）最后利用常規的孔隙度測量儀器對巖心的孔隙度進行測量。某區塊YY1-YY3井所取巖心不同測試壓力下實驗結果（見表1）。

通過對實驗數據進行回歸分析（見圖4）可以看出矯正后孔隙度的測量值為2.7 %左右，而用傳統方法計算的孔隙度則達到6.6 %左右，兩者相差60 %。

表1　實驗數據及結果統計表Tab．1 Statistics of the experimental data and results

圖4　實驗數據回歸分析Fig.4 The experimental data regression analysis

頁巖氣分為游離氣和吸附氣，吸附氣主要利用豐度法進行計算，而游離氣則可以使用容積法和豐度法。利用容積法和豐度法分別計算游離氣，驗證改進方法的準確性[6]。豐度法計算游離氣的公式為：計算數據（見表2，表3）。

表2　儲量計算參數表Tab.2 Parameter table of reserves estimation

表3　儲量計算參數表Tab．3 Result table of reserves estimation

利用實際的頁巖氣藏數據的計算結果看，豐度法和改進后的容積法儲量計算結果較為接近。改進方法計算的儲量是常規方法計算儲量的65 %，豐度法的計算結果與改進方法的結果較為接近，佐證了改進后儲量計算方法的準確性。

5　結論和建議

（1）采用筆者改進的頁巖氣儲量計算方法得到的頁巖氣儲量計算精度較常規方法提高20 %。

（2）本方法的優點在于，不需要新增大量儀器，不需要大量改變原有的測量原理，就能夠得到較為可靠的頁巖氣藏儲量，節約時間和成本。

（3）改進的方法核心在于準確測量等溫吸附曲線，進而較為準確的計算孔隙度。

（4）雖然經過初步估算，我國頁巖氣儲量十分豐富，但是必須要經過大量勘探和實驗，才能確定最終儲量。

符號說明：

Gx-吸附氣總量，108m3；Ag-含氣面積，km2；h-有效厚度，m；ρy-頁巖質量密度，t/m3；Cx-吸附氣豐度，m3/t；Ф-孔隙度，小數；Sgi-含氣飽和度，小數；Bgi-氣體體積系數；Psc-地面標準壓力，MPa；T-中部地層溫度，K；Pi-中部地層壓力，MPa；Tsc-地面標準壓力，MPa；Zi-原始氣體偏差系數；Gy-游離氣總量，108m3；Cy-游離氣豐度，m3/t。

參考文獻：

［1］曲占慶，等.多組分和吸附對頁巖氣儲量計算的影響［J］.特種油氣藏，2012，（3）：114-116+143+157.

［2］葛楠.頁巖氣儲量評價方法［J］.山西科技，2015，（1）：69-72.

［3］趙鵬飛，余杰，楊磊.頁巖氣儲量評價方法［J］.海洋地質前沿，2011，（7）：57-63.

［4］李艷麗.頁巖氣儲量計算方法探討［J］.天然氣地球科學，2009，（3）：466-470.

［5］石曉兵，楊火海，范翔宇，黃兵.頁巖氣儲量計算的新方法［J］.天然氣工業，2012，（4）：60-62+123-124.

［6］曹廷寬，等.考慮多組分吸附的頁巖氣儲量計算［J］.油氣藏評價與開發，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

中圖分類號：TE155

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）02-0027-04