页岩含气量测试综述

薛 冰，张忠哲

（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津 300000）

页岩气发育条件及富集机理的特殊性，决定了相应获取方法和参数取值的特殊性。页岩气以吸附和游离两种状态同时赋存于泥页岩中[3-5]，天然气的富集兼具煤层气、根缘气和常规储层气的机理特点，表现为典型的天然气吸附与脱吸附、聚集与逃逸的动态过程，含气量的获取方法需相应调整和考虑。基于煤层气、致密砂岩气等含气量获取方法并考虑页岩气的地质特殊性，目前页岩气含气量获取方法主要包括以下5种，见表1.

表1 页岩气含气量获取方法

1 统计法

统计法，是根据数理统计学原理和方法收集、整理、分析已完成的勘探工作和储量成果，进行量化的分析、总结，建立预测模型，进而预测未发现油气资源量并估算总资源量，为相关决策提供依据和参考。

2 测井解释法

测井解释法是通过测井手段获得页岩含气量的方法。通过现代测井技术手段能够很方便地获得岩石孔隙度、含气饱和度、有机碳等参数。测井解释法求取页岩含气量，就是通过页岩的物性参数获得页岩的游离气量，然后通过有机碳含量和吸附气的经验公式获得页岩的吸附气含量，页岩含气量为游离气和吸附气之和。

不同测井曲线对于不同地层特征及含气性具有不同的测井响应，依据沉积背景，结合声波时差、地层电阻率曲线计算地层TOC随深度的变化关系。页岩的总有机碳含量与页岩对天然气的吸附能力之间存在正相关的线性关系。在相同压力下，页岩有机碳含量越高，甲烷吸附量越高。利用地化实验不同井、不同深度、同一目的层段的实测TOC和等温吸附气之间的配套关系，确定了不同目的层段吸附气含量与TOC关系的计算参数：

3 等温吸附法

等温吸附实验是页岩测试技术中不可缺少的重要组成部分。由于页岩气是以吸附状态赋存于泥页岩之中，因此需要人为降低储层压力，使吸附态的甲烷气体解吸变为游离态。然而，目前普遍将解吸看作是吸附的逆过程，可以简单地用Langmuir方程来表达。等温吸附曲线是确定其临界吸附/解吸压力的重要途径，它是指在固定的温度条件下，以逐步加压的方式使已经脱气的干燥泥页岩样品重新吸附甲烷，据此建立的压力和吸附气量的关系曲线，反映了页岩对甲烷气体的吸附能力。在给定的温度下，页岩中被吸附的气体压力与吸附量呈一定的函数关系，代表了页岩中游离气与吸附气之间的一种平衡关系，由等温吸附线得到的气体含量反映了页岩储层所具有的最大容量。

等温吸附获得的是页岩的最大吸附含气量，其结果往往比通过解吸法测得的结果大，反映了页岩样品对天然气的吸附能力，因此等温吸附实验一般用来评价页岩的吸附能力，确定页岩含气饱和度的等级，在求取页岩含气量大小时一般不用，只有缺少现场解吸实验数据时才用来定性地比较不同页岩含气量的大小。

4 现场解吸法

页岩快速解吸法中页岩含气量分为3部分，即解吸气量、损失气量和残余气量。解吸法测量页岩含气量时，其准确性主要取决于2点：①设法减少损失气量；②实测解吸量时应模拟地层条件，尤其是地层温度条件，这样既能反映页岩中气体在地层原始条件下的解吸速率，又能使损失气量的计算更加准确。损失气量是指岩心快速取出，现场直接装入解吸罐之前释放出的气量。损失气量是页岩含气量的重要组成部分，在钻井取心过程中，天然气散失不可避免，取心方式、测定方法、逸散时间以及损失气量的估算方法都影响到损失气量的大小。页岩残余气量是指终止解吸后仍留在岩心中的气体。页岩解吸完毕后，将岩心样品使用球磨机粉碎后放入恒温装置，残余气量即为待恢复储层温度后测量解吸出的气体总量，再换算成地面标准状态下的体积，最后计算成单位质量的含气量。

5 图版法

页岩气既要考虑页岩孔隙、裂缝空间内的游离气，也要考虑吸附于黏土颗粒有机物表面的吸附气，所以页岩气资源主要包括两部分，即游离气资源量和吸附气资源量之和：Q＝Q游离气＋Q吸附气.

根据干酪根页岩吸附气含量计算公式与游离气含量计算公式可以得到页岩含气量q的计算公式，结合公式得到I、II、III型干酪根页岩含气量理论计算值，并得到不同有机碳含量和孔隙度情况下的含气量。图1为I、II型干酪根页岩含气量部分图版。

图1 I、II型干酪根页岩含气量部分图版（TOC＝0.5%）

从上述图版可以看出，页岩含气量与深度呈正相关关系，但增大幅度随深度逐渐减小，页岩含气量增大不明显，这可能因页岩吸附气含量与游离气含量增长不同步造成[4]。在TOC和孔隙度一定时，相同深度的不同有机质类型页岩含气量具有相对差异，主要是由于不同有机质类型页岩干酪根吸附能力具有差异[5]。

6 结论

通过比较采用统计法、图版法、测井解释法、等温吸附法及现场解吸法对含气量进行预测，由于不同方法的适用条件不同，所得含气量的准确性也有差异。图版法是在一定条件下对含气量的理论计算，考虑因素较少，所得含气量能为快速评价页岩气资源潜力和预测有利区提供参考，适合在页岩气勘探阶段使用。测井解释法通过对吸附气量和游离气量的理论求解，来求取含气量，这种方法是建立在大量统计结果的基础上，所得TOC有一定的误差，进而影响到吸附气量的计算。但在无现场解吸和等温吸附数据的情况下，测井解释法计算含气量可以作为参考。等温吸附法所得的是页岩的吸附气量，反映了页岩的最大吸附能力，由于页岩气主要为吸附气和游离气，并且页岩不一定为饱和吸附状态，所以等温吸附法所获得的含气量并不等同于实际含气量，但在无现场解吸数据的情况下可以作为含气量的有效参考。现场解析法虽然在损失气量测定中存在一定误差，无法准确地获取含气量真实值，不过相对于目前勘探和生产实践，该方法基本可以满足对含气量的精度要求，是现有含气量获取方法中最为准确的。

总体而言，几种含气量获取方法在一定程度上都能反映页岩的含气量，在不同勘探程度的地区采用适当的方法，才能更好地预测含气量。