页岩含气量现场测试技术进展与发展趋势

doi:10.13745/j.esf.sf.2023.9.30

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (1): 315-326.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.30

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页岩含气量现场测试技术进展与发展趋势

张金川¹^,²(), 王香增³, 李中明⁴, 刘树根⁵, 牛嘉亮¹^,², 袁天姝¹^,², 李兴起¹^,², 唐玄¹^,²

1.中国地质大学(北京) 能源学院, 北京 100083
2.自然资源部页岩气资源战略评价重点实验室, 北京 100083
3.陕西延长石油(集团)有限责任公司, 陕西西安 710075
4.河南省地质研究院, 河南郑州 450016
5.西华大学, 四川成都 610039

收稿日期:2023-09-08 修回日期:2023-10-10 出版日期:2024-01-25 发布日期:2024-01-25
作者简介:张金川(1964—),男,教授,长期从事非常规天然气地质研究工作。E-mail: zhangjc@cugb.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(41927801);云南省重大专项(202302AF080001);云南省重点研发计划项目(202303AA080006)

Technological progress and trend in shale gas on-site testing—a critical review

ZHANG Jinchuan¹^,²(), WANG Xiangzeng³, LI Zhongming⁴, LIU Shugen⁵, NIU Jialiang¹^,², YUAN Tianshu¹^,², LI Xingqi¹^,², TANG Xuan¹^,²

1. School of Energy Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China
2. Key Laboratory for Strategic Evaluation of Shale Gas Resources, Ministry of Natural Resources, Beijing 100083, China
3. Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Xi’an 710075, China
4. Henan Geological Research Institute, Zhengzhou 450016, China
5. Xihua University, Chengdu 610039, China

Received:2023-09-08 Revised:2023-10-10 Online:2024-01-25 Published:2024-01-25

摘要/Abstract

摘要：

含气量是页岩气勘探评价及生产决策中的关键性基础参数,大三段式现场含气量解吸是准确、经济、快捷的首选方法。有别于煤层气思路,页岩含气量在测试原理、方法、技术及仪器等方面均取得了重要进展。无管化测试技术和小三段式测量方法的提出和应用,在提高解吸气测试精度的同时提供了更多有价值的信息。从借鉴于煤层气的条件回推法到多点测量约束拟合法,页岩损失气测量方法更加摆脱了对假设条件的依赖。基于非接触式扭矩传递的方法原理,实现了残余气测试过程中的全程气密。双三段式的含气量准确测量,为总含气量、游吸比、可采系数等含气结构参数的分析和求取奠定了基础,但页岩的可采气量并不是损失气和解吸气的简单加和。高精度含气量现场解吸的应用领域广泛,高精度解吸数据的系统获得、含气结构多参数的预测评价、智能评价技术的实践应用等,是页岩含气量现场解吸发展的基本方向。

关键词: 页岩气, 含气量, 含气结构, 技术进展, 发展趋势

Abstract:

Gas content is a key parameter for shale gas evaluation and production decision-making, while on-site determination of desorption gas content using “large three-stage” desorption curves is preferred based on accuracy, cost, and speed considerations. Different from coalbed methane, shale gas content analysis has made significant progress in testing methodologis, methods, technologies, and instruments. The adaptation of pipeless testing technology using “small three-stage” desorption curves provides more valuable information while improving the accuracy of desorption gas testing. From conditional extrapolation, borrowed from coalbed methane, to multi-point constraint fitting, shale gas loss can now be calculated with less dependency on assumptions. Based on the principle of non-contact torque transmission, whole-process air sealing during residual gas testing has been achieved. Accurate gas content measurement using dual three-stage desorption curves lays the foundation for calculating key parameters such as total gas content, free/absorption ratio, and recoverable coefficient. However, the total recoverable shale gas is not simply the sum of lost and desorbed gases. High-precision, on-site desorption gas content analysis has wide applications. Its development directions include systematic high-precision data acquisition, mult-parameter evaluation, and intelligent-evaluation technology application.

Key words: shale gas, gas content, gas-bearing structure, technical progress, development tendency

中图分类号:

TE132.2

张金川, 王香增, 李中明, 刘树根, 牛嘉亮, 袁天姝, 李兴起, 唐玄. 页岩含气量现场测试技术进展与发展趋势[J]. 地学前缘, 2024, 31(1): 315-326.

ZHANG Jinchuan, WANG Xiangzeng, LI Zhongming, LIU Shugen, NIU Jialiang, YUAN Tianshu, LI Xingqi, TANG Xuan. Technological progress and trend in shale gas on-site testing—a critical review[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(1): 315-326.

图/表 6

图1 页岩气解析过程与赋存状态关系原理示意图

Fig.1 Shale gas occurrences at different desorption stages

表1 页岩与煤岩差异性比较

Table 1 Comparison between shale and coal rock

岩性	沉积环境	单层厚度/m	孔隙度/ %	孔缝结构特点	总有机碳含量/%	有机质类型	含气量/ (m³·t^-1)	游吸比	单井产气量/ (m³·d^-1)	可采率/ %	主要伴生产物
煤岩	潮坪、潟湖、三角洲等	<10	2~8	微裂缝	≤80	Ⅲ型	10~30	0.11~ 9.00	1 000~ 40 000	10~60 (平均25)	氦气、氩气、氮气、二氧化碳及油页岩等
富有机质页岩	陆棚、深湖- 半深湖、潮坪、潟湖、三角洲等	10~200	1~5	有机孔	≤20	Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ型	2~10	0.25~ 4.00	1 000~ 500 000	10~30 (平均20)	氦气、氩气、氮气、二氧化碳及页岩油等

图2 浮力排水法现场解析仪(a据文献[32]修改;b据文献[55]修改;c据文献[59]修改)

Fig.2 Different buoyancy drainage setups for on-site desorption gas analysis. Modified after [32,55,59].

图3 无管化含气量现场解吸系列设备 a—无管化解析仪;b—三点关联/多点约束法损失气测量仪;c—搅拌式球磨粉碎法残余气测量仪。①自动记录探头;②集气量筒;③压力平衡调节器;④内置解吸罐或样品腔的恒温箱;⑤操控箱;⑥自动补水;⑦现场计算与材料箱;⑧非接触式扭矩传递装置;⑨带加热功能的粉碎罐。

Fig.3 Instrument series for pipeless on-site desorption gas content analysis

图4 页岩气解吸过程与赋存方式关系(据文献[2]修改)

Fig.4 Gas content and occurrence changes during desorption process. Modified after [2].

图5 页岩样品小三段式现场解吸曲线示例

Fig.5 Example of small three-stage desorption curves for on-site desorption gas content analysis

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