页岩气储量计算的新方法

石晓兵 杨火海 范翔宇 黄兵

1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学

2.西南石油大学石油工程学院 3.中国石油川庆钻探工程公司钻采工艺技术研究院

页岩气储量计算的新方法

石晓兵1杨火海2范翔宇2黄兵3

1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学

2.西南石油大学石油工程学院 3.中国石油川庆钻探工程公司钻采工艺技术研究院

分析以有的成果和文献后认为，传统方法计算出的页岩气储量存在被无意识扩大的可能。为此，考虑页岩储层孔隙尺寸对页岩气地质储量的影响，根据页岩气物理特性和地球化学特性提出了一种基于孔隙尺寸计算页岩气地质储量的新模型，使页岩气地质储量的计算精度较传统方法提高了20%。实例计算结果表明：①在孔隙半径为2 nm时，页岩气地质储量达到最大峰值，当孔隙半径大于6 nm后，页岩气储量不随孔隙半径的增加而增加；②储量计算模型的建立和修正十分必要，没有任何两个地方的页岩气储量模型是完全一样的，因此很有必要建立一个国内页岩气储量计算的数据库。

页岩气 储量 计算 常规模型 精度 吸附相 修正 数据库

1 国内外页岩气资源概况

全球范围内页岩气资源量为456×1012m3，基本相当于煤层气与致密砂岩气资源量的总和，占3种非常规天然气总资源量的50%左右。我国南方海相地层发育区具有优越的页岩气成藏地质条件和丰富的页岩气资源，古生界发育震旦系、寒武系、志留系等多套海相黑色硅质页岩建造，分布稳定，埋藏深度浅，有机质丰度高，在盆地内部、向斜区以及隆起的低部位等有利于页岩气藏的形成与富集。2005年以来，中国石油对四川盆地南部下寒武统筇竹寺组页岩气资源量做了初步估算，认为其页岩气资源量为7.14×1012～14.6 ×1012m3，而整个四川盆地现有常规天然气资源量为7.2×1012m3，表明我国页岩气资源量巨大［1］。

2 页岩气储量计算新方法研究

2.1 常规储量计算方法

利用常规孔隙体积模型进行页岩气储量计算的一般公式为：

笔者认为：利用传统方法计算出的页岩气储量被无意识地扩大。笔者基于孔隙尺寸对页岩气储量计算方法进行了修正和改进，推导出更适用于页岩气储量计算的新方法。

2.2 岩气储量计算新方法

把页岩气总孔隙体积分成吸附气体体积、自由气体体积和孤立的孔隙体积（图1），在考虑吸附气体积的基础上提出了用于计算页岩气中自由气储量的新方法。即

2.3 孔隙体积的吸附相校正

新方法中考虑到了吸附气体体积（图2），笔者通过最初和最终压力步骤方程对其进行校正。即

在等温分析过程中，孔隙体积在后续的每个压力步骤中进一步减小。根据吸附气的摩尔分数使用吉布斯等温线（Gibbs）来确定。

利用状态方程将Gibbs等温线转化为孔隙体积，然后用Gibbs修正系数（ρf／ρs）对孔隙体积进行调整。即

图3 Gibbs校正下的甲烷等温线图

图3给出了有体积校正与无体积校正情况下的等温线曲线图。从图3中可以看出：随着压力的增加，有体积校正与无体积校正的储气能力误差明显增大，最大误差为38.46%。因而，在当前储层温度和压力条件下进行孔隙体积吸附相的校正显得十分必要。

孔隙体积还与页岩的细颗粒、基质总有机质有很大关系，图4给出了总有机碳含量与含气量的关系。

3 实例计算与分析

笔者通过两种不同储层特征的页岩气藏对页岩气储量计算新模型进行了实例分析（表1）。

表1 相关计算参数表

图5给出了A、B两种页岩的地质储量计算结果。结果表明：新模型计算的页岩A的自由气和总吸附气能力分别下降了17.7%和13.2%；页岩B的自由气和总吸附气能力分别下降了37.8%和21.9%。

图6、7、8分别给出了孔隙度、地层压力和含水饱和度对地页岩气质储量的影响结果。从图可知，利用传统方法计算出的页岩气储量均大于利用改进后的新方法计算出的页岩气储量。当孔隙度为6%时，传统方法与新方法计算得到的页岩气储量误差为20.23%；当地层压力为27.5 MPa时，传统方法与新方法计算得到的页岩气储量误差为15.07%；当含水饱和度为35%时，传统方法与新方法计算得到的页岩气储量误差为19.35%。

图5 A、B两种页岩的页岩气地质储量图

图6 孔隙度对两种计算方法的影响图

图7 地层压力对两种计算方法的影响图

图8 含水饱和度对两种计算方法的影响图

图9给出了孔隙半径对页岩气储量的影响结果。从图9中可以看出：在孔隙半径为2 nm时，页岩气地质储量达到最大峰值，当孔隙半径大于6 nm后，页岩气储量不随空隙半径的增加而增加。

图9 孔隙半径对地质储量的影响图

4 结论和建议

1）采用笔者提出的页岩气储量计算新模型得到的页岩气储量计算精度较常规方法提高了20%。

2）通过计算实例得到：在孔隙半径为2 nm时，页岩气地质储量达到最大峰值；当孔隙半径大于6 nm后，页岩气储量不随孔隙半径的增加而增加。

3）模型的建立和修正十分必要，没有任何两个地方的页岩气储量模型完全一样，因此很有必要建立一个国内储量计算的数据库。

4）虽然经过初步估算我国页岩气储量非常可观，但是必须要经过实际的勘探开发来判断最终的储量。

符 号 说 明

Gst为页岩气总地质储量，m3／t；Gf为自由气存储能力，m3／t；Ga为吸附气存储能力，m3／t；GsL为Langmuir存储能力，m3／t；p为压力，MPa；pL为Langmuir压力，MPa；ρb为页岩气体积密度，g／cm3；Sw为含水饱和度，无量纲；So为含油饱和度，无量纲；Bg为页岩气地层体积系数，无量纲；Vv0、Vv1、Vv2分别为原始孔隙体积、第1步孔隙体积和第2步孔隙体积，m3；＾M为表观天然气分子量，mol；n为摩尔数；ρs为吸附相密度，g／cm3；ρf为自由气相密度，g／cm3；G′a为Gibbs等温存储能力，m3／t。

［1］聂海宽，唐玄，边瑞康.页岩气成藏控制因素及中国南方页岩气发育有利区预测［J］.石油学报，2009，30（4）：488－489.

［2］李艳丽.页岩气储量计算方法探讨［J］.天然气地球科学，2009，20（3）：466－469.

New methods for shale gas reserves calculation

Shi Xiaobing1，Yang Huohai 2，Fan Xiangyu2，Huang Bing3
（1.State Key Laboratory of Oil ＆Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；2.School of Petroleum Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；3.Drilling and production technology research institute，Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Guanghan，Sichuan 618300，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 4，pp.60－62，4／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

It has been analyzed that the traditional methods for shale gas reserve calculation will probably result in exaggerated estimation.In view of this，with the influence of shale pore sizes on geological reserves taken into consideration，a new model is proposed for the reserve calculation based on pore sizes according to the physical and geochemical properties of shale gas.With this new method，the calculation accuracy is increased by 20 percent compared to the traditional methods.The case study shows that when the pore radius is 2 nm，the shale reserves reach the maximum value，but when the pore radius is larger than 6 nm，the reserves will not change along with the increase of the pore radius；it is necessary to establish and revise the model of reserve estimation because no reserve models are the same in any two different areas，and thereby it is strongly recommended to build a data base for reserve estimation in China.

shale gas，reserve，estimation，conventional model，adsorption phase，correction

石晓兵等.页岩气储量计算的新方法.天然气工业，2012，32（4）：60－62.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.014

石晓兵，1967年生，教授，博士；现从事石油工程教学与科研工作。地址：（610500）四川省成都市新都区新都大道8号。电话：（028）83037007。E－mail：shixbyy＠163.com

（修改回稿日期 2012－02－10 编辑 韩晓渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.014

Shi Xiaobing，professor，born in 1967，is mainly engaged in the research and teaching of petroleum engineering.

Add：No.8，Xindu Avenue，Xindu District，Chengdu，Sichuan 610500，P.R.China

Tel：＋86－28－8303 7007 E－mail：shixbyy＠163.com