一种评价泥页岩储层各组分赋存吸附态甲烷量方法

1.本发明涉及一种评价泥页岩储层各组分赋存吸附态甲烷量方法，属于天然气勘探开发技术领域。


背景技术：

2.页岩气是主要以吸附和游离等两种状态赋存于具有生烃能力泥页岩等地层中的天然气聚集，吸附气是页岩气储层中页岩气的主要赋存方式之一。在四川盆地及周缘高成熟度海相泥页岩储层中页岩气以甲烷为主。目前国内外地质研究人员认为页岩气储层中所赋存的吸附气含量至少占页岩气总含气量的40%，尤其是在常压页岩气储层中吸附气所占的比例更高，吸附气含量对页岩气资源量的贡献具有举足轻重作用。此外随着页岩气被开采，储层孔隙流体压力降低，吸附态页岩气解吸为游离态，对缓解页岩气储层压力迅速降低和维持页岩气井生产周期具有重要作用。因此，页岩气储层中所赋存吸附气含量直接影响页岩气储层的含气量，是计算页岩气资源量、优选有利区和制定页岩气井开发方案的重要指标。目前，评价页岩气储层赋存吸附气含量的实验方法主要是借鉴研究煤层气的等温吸附实验。等温吸附实验是引用gb/t 9560
‑
2004煤的高压等温吸附试验方法，评价页岩气储层赋存吸附气的能力，即最大的赋存吸附气含量。等温吸附实验是将一定粒度（60
‑
80目）的页岩样品置于密封容器中，测定其在相同温度、不同压力条件下达到吸附平衡时所吸附的甲烷等试验气体的体积；然后根据langmuir单分子层吸附理论，通过理论计算出表征页岩气对甲烷等试验气体吸附特性的兰氏体积v
l
，兰氏压力p
l
，以及等温吸附曲线。除了等温吸附实验外，页岩气勘探研究方面还采用岩心现场解析实验和测井解释等定量评价页岩气储层赋存吸附气量。但是，等温吸附实验、岩心现场解析实验和测井解释等三种方法的分析费用相对比较昂贵，前两种方法需要在钻井时进行取心操作，并进行大量样品分析，测井解释评价页岩气吸附页岩气能力方法的核心技术垄断在斯伦贝谢等跨国公司手中。
3.为此，本发明通过对同一块岩心样品制备储层样品、富集干酪根、除去有机质、提纯黏土矿物、除去有机质与黏土矿物等样品，开展toc含量、干酪根碳元素含量、x
‑
衍射全岩、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析。构建不同温度、各压力下各组分赋存吸附气量评价模型。利用最小二乘法建立目标函数求解不同温度、各压力下各组分赋存吸附甲烷量，确定各组分langmuir体积和压力。在此基础上评价目的层段泥页岩储层各组分在不同温度、各压力下赋存吸附态甲烷量。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：提供一种评价泥页岩储层各组分赋存吸附态甲烷量方法，实现对各温度、压力条件下页岩气储层中有机质、各黏土矿物和各其它矿物赋存吸附态甲烷量进行评价。克服现有技术、方法操作复杂和费用高昂的缺点。
5.本发明采用的技术方案是：一种评价泥页岩储层各组分赋存吸附态甲烷量方法，其特征在于：
步骤1：对同一块岩心样品分别制备储层样品、富集干酪根样品、除去有机质的储层样品、提纯黏土矿物样品、除去有机质与黏土矿物的储层样品等5块子样品，这5块子样品的编号分别为1、2、3、4和5；步骤2：对步骤1制备的储层样品开展toc含量、x
‑
衍射全岩、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，对富集干酪根样品开展toc含量、干酪根碳元素含量、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，对除去有机质样品开展toc含量、x
‑
衍射全岩、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，对提纯黏土矿物开展toc含量、x
‑
衍射全岩、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，对除去有机质与黏土矿物等样品开展toc含量、x
‑
衍射全岩、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，按照下列公式确定单位质量各子样品中有机质、各黏土矿物和各其它矿物质量，中有机质、各黏土矿物和各其它矿物质量，中有机质、各黏土矿物和各其它矿物质量，式中，m
om
‑
i
是单位质量的编号为i样品中有机质质量，单位是g/g，w(toc) i
是编号为i样品中有机碳质量百分比，单位是%，w(c
om
)是富集干酪根样品中有机碳元素质量百分比，单位是%，m
clay
‑
i
‑
x
是单位质量的编号为i样品中第x种黏土矿物质量，单位是g/g，w(clay) i
是编号为i是样品中所有黏土矿物质量百分比，单位是%，r(clay) i
‑
x
是编号为i样品中第x种黏土矿物质量占总黏土矿物质量的百分比，单位是%，m
other
‑
i
‑
y
是单位质量的编号为i样品中第y种非黏土矿物质量，单位是g/g，w(other) i
‑
y
是样品i样品中第y种非黏土矿物质量百分比，单位是%，i=1、2、
…
、5，是子样品的编号，x=1、2、
…
、m，是不同种类的黏土矿物编号，y=1、2、
…
、n，是不同种类的非黏土矿物编号，m和n分别是储层样品中黏土矿物和非黏土矿物的种类数量；步骤3：依据步骤2中获得单位质量各子样品中有机质、各黏土矿物、各其它矿物质量和甲烷等温吸附实验结果，按照下列公式构建不同温度、各压力条件下泥页岩储层中有机质、各黏土矿物和各其它矿物赋存吸附态甲烷量评价模型式中，m
om
‑1、m
om
‑2、m
om
‑3、m
om
‑4和m
om
‑5分别是单位质量的编号为1至5样品中有机质质
量，单位是g/g，v
om
‑
j
‑
k
是单位质量有机质在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，m
clay
‑1‑
x
、m
clay
‑2‑
x
、m
clay
‑3‑
x
、m
clay
‑4‑
x
和m
clay
‑5‑
x
分别是单位质量的编号为1至5样品中第x种黏土矿物质量，单位是g/g，v
clay
‑
x
‑
j
‑
k
是单位质量的第x种黏土矿物在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，m
other
‑1‑
y
、m
other
‑2‑
y
、m
other
‑3‑
y
、m
other
‑4‑
y
和m
other
‑5‑
y
分别是单位质量的编号为1至5样品中第y种非黏土矿物质量，单位是g/g，v
other
‑
y
‑
j
‑
k
是单位质量的第y种非黏土矿物在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，v1‑
j
‑
k
、v2‑
j
‑
k
、v3‑
j
‑
k
、v4‑
j
‑
k
和v5‑
j
‑
k
分别是单位质量的储层样品在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，i=1、2、
…
、5，是子样品的编号，x=1、2、
…
、m，是不同种类的黏土矿物编号，y=1、2、
…
、n，是不同种类的非黏土矿物编号，m和n分别是储层样品中黏土矿物和非黏土矿物的种类数量，j=1、2、
…
、u，是温度的编号，k=1、2、
…
、w，是压力的编号，u是温度编号的总个数，w是压力编号的总个数；步骤4：利用最小二乘法建立如下目标函数，当目标函数值最小时获得不同温度、各压力下泥页岩储层中有机质、各黏土矿物和各其它矿物赋存吸附态甲烷量，依据langmuir等温吸附模型，确定在不同温度下有机质、各黏土矿物和各其它矿物的langmuir体积和langmuir压力，式中，v
om
‑
j
‑
k
是单位质量有机质在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，v
clay
‑
x
‑
j
‑
k
是单位质量的第x种黏土矿物在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，v
other
‑
y
‑
j
‑
k
是单位质量的第y种非黏土矿物在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，v
i
‑
j
‑
k
是单位质量的编号为i储层样品在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，m
om
‑
i
是单位质量的编号为i样品中有机质质量，单位是g/g，m
clay
‑
i
‑
x
是单位质量的编号为i样品中第x种黏土矿物质量，单位是g/g，m
other
‑
i
‑
y
是单位质量的编号为i样品中第y种非黏土矿物质量，单位是g/g，i=1、2、
…
、5，是子样品的编号，x=1、2、
…
、m，是不同种类的黏土矿物编号，y=1、2、
…
、n，是不同种类的非黏土矿物编号，m和n分别是储层样品中黏土矿物和非黏土矿物的种类数量，j=1、2、
…
、u，是温度的编号，k=1、2、
…
、w，是压力的编号，u是温度编号的总个数，w是压力编号的总个数；步骤5：依据步骤4中确定在不同温度下有机质、各黏土矿物和各其它矿物的langmuir体积和langmuir压力，按照下列公式建立各组分langmuir等温吸附模型，评价目的层段相同岩相储层中各组分在不同温度、各压力下赋存吸附态甲烷量，式中，v是单位质量的单一组分赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，p是压力，单位是mpa，p
l
是该单一组分的langmuir压力，单位是mpa，v
l
是该单一组分的langmuir体积，单位是
cm3/g。
6.本发明的有益效果：本发明一种评价泥页岩储层各组分赋存吸附态甲烷量方法，实现对各温度、压力条件下页岩气储层中有机质、各黏土矿物和各其它矿物赋存吸附态甲烷量进行评价，而且该评价方法易于操作、费用低廉，所评价的各温度、压力条件下页岩气储层各组分赋存吸附态甲烷量是页岩气勘探和开发中所必需的重要参数。
附图说明
7.图1是本发明的流程图。
8.图2 是储层中各组分在温度为60℃、75℃和90℃、压力范围0
‑
40mpa下赋存吸附态甲烷量。
9.具体实施方式：实施例1：如图1所述，一种评价泥页岩储层各组分赋存吸附态甲烷量方法，含有以下步骤；步骤1：对同一块岩心样品分别制备储层样品、富集干酪根样品、除去有机质的储层样品、提纯黏土矿物样品、除去有机质与黏土矿物的储层样品等5块子样品，这5块子样品的编号分别为1、2、3、4和5，其中编号为2至5的子样品分别通过下列方法进行制备。
10.对粉碎为40目的泥页岩储层样品进行甲醇和甲苯抽提除去样品中固体沥青，然后对残余物依次用hcl、hf和crcl2溶液侵泡12小时以上，除去样品中的碳酸盐矿物、硅酸盐矿物和黄铁矿，随后用蒸馏水清洗残余物，并在80
°
c条件下烘干，获得富集干酪根样品。
11.将粉碎为40目的泥页岩储层样品放入浓度为6%、温度为60
‑
70
°
c的naocl溶液中并搅拌，使粉末泥页岩样品颗粒悬浮于溶液中约2小时，然后然后用蒸馏水离心洗涤样品、除去残余的溶液，随后在80
°
c条件下烘干，获得除去有机质的储层样品。
12.对粉碎为40目的泥页岩储层样品进行蒸馏水侵泡48小时以上，除去样品中的可溶盐类，加入分散剂六偏磷酸钠溶液，并用超声波搅碎剂搅拌30分钟以上，使黏土矿物分散悬浮在蒸馏水溶液中，依据斯托克定律静置约7小时后提取悬浮液上部10cm进行离心分离获得固体颗粒物，向固体颗粒物中加入h2o2溶液，并将混合液烧饼置于60
°
c水浴中氧化残留物中的有机质，再次离心分离样品，获得提纯黏土矿物样品。
13.将上述提纯黏土矿物过程中静置7小时后非悬浮液离心分离获得固体颗粒物，向固体颗粒物中加入h2o2溶液，并将混合液烧饼置于60
°
c水浴中氧化残留物中的有机质，再次离心分离样品，获得除去有机质与黏土矿物的储层样品。
14.步骤2：对步骤1制备的储层样品开展toc含量、x
‑
衍射全岩、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，对富集干酪根样品开展toc含量、干酪根碳元素含量、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，对除去有机质样品开展toc含量、x
‑
衍射全岩、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，对提纯黏土矿物开展toc含量、x
‑
衍射全岩、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，对除去有机质与黏土矿物等样品开展toc含量、x
‑
衍射全岩、黏土矿物相对量和甲烷等温吸附等实验分析，按照下列公式确定单位质量各子样品中有机质、各黏土矿物和各其它矿物质量，结果见表1。5块子样品在温度分别为60℃、75℃和90℃，压力分别为1mpa、2mpa、3mpa、4mpa、5mpa、6mpa、7mpa、8mpa、9mpa和10mpa时甲烷等温吸附实验结果见表2。
[0015]15.式中，m
om
‑
i
是单位质量的编号为i样品中有机质质量，单位是g/g，w(toc) i
是编号为i样品中有机碳质量百分比，单位是%，w(c
om
)是富集干酪根样品中有机碳元素质量百分比，单位是%，m
clay
‑
i
‑
x
是单位质量的编号为i样品中第x种黏土矿物质量，单位是g/g，w(clay) i
是编号为i是样品中所有黏土矿物质量百分比，单位是%，r(clay) i
‑
x
是编号为i样品中第x种黏土矿物质量占总黏土矿物质量的百分比，单位是%，m
other
‑
i
‑
y
是单位质量的编号为i样品中第y种非黏土矿物质量，单位是g/g，w(other) i
‑
y
是样品i样品中第y种非黏土矿物质量百分比，单位是%，i=1、2、
…
、5，是子样品的编号，x=1、2、
…
、m，是不同种类的黏土矿物编号，y=1、2、
…
、n，是不同种类的非黏土矿物编号，m和n分别是储层样品中黏土矿物和非黏土矿物的种类数量，值均为3。
[0016]
表1表2
步骤3：依据步骤2中获得单位质量各子样品中有机质、各黏土矿物、各其它矿物质量和甲烷等温吸附实验结果，按照下列公式构建不同温度、各压力条件下泥页岩储层中有机质、各黏土矿物和各其它矿物赋存吸附态甲烷量评价模型。
[0017]
式中，m
om
‑1、m
om
‑2、m
om
‑3、m
om
‑4和m
om
‑5分别是单位质量的编号为1至5样品中有机质质量，单位是g/g，v
om
‑
j
‑
k
是单位质量有机质在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，m
clay
‑1‑
x
、m
clay
‑2‑
x
、m
clay
‑3‑
x
、m
clay
‑4‑
x
和m
clay
‑5‑
x
分别是单位质量的编号为1至5样品中第x种黏土矿物质量，单位是g/g，v
clay
‑
x
‑
j
‑
k
是单位质量的第x种黏土矿物在编号
为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，m
other
‑1‑
y
、m
other
‑2‑
y
、m
other
‑3‑
y
、m
other
‑4‑
y
和m
other
‑5‑
y
分别是单位质量的编号为1至5样品中第y种非黏土矿物质量，单位是g/g，v
other
‑
y
‑
j
‑
k
是单位质量的第y种非黏土矿物在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，v1‑
j
‑
k
、v2‑
j
‑
k
、v3‑
j
‑
k
、v4‑
j
‑
k
和v5‑
j
‑
k
分别是单位质量的储层样品在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，i=1、2、
…
、5，是子样品的编号，x=1、2、
…
、m，是不同种类的黏土矿物编号，y=1、2、
…
、n，是不同种类的非黏土矿物编号，m和n分别是储层样品中黏土矿物和非黏土矿物的种类数量，值分别为3和4，j=1、2、
…
、u，是温度的编号，k=1、2、
…
、w，是压力的编号，u是温度编号的总个数，其值为3，w是压力编号的总个数，其值为10。
[0018]
步骤4：利用最小二乘法建立如下目标函数，当目标函数值最小时获得温度分别为60℃、75℃和90℃，压力分别为1mpa、2mpa、3mpa、4mpa、5mpa、6mpa、7mpa、8mpa、9mpa和10mpa时泥页岩储层中有机质、各黏土矿物和各其它矿物赋存吸附态甲烷量，结果见表3。依据langmuir等温吸附模型，确定在温度分别为60℃、75℃和90℃时有机质、各黏土矿物和各其它矿物的langmuir体积和langmuir压力，结果见表4。
[0019]
式中，v
om
‑
j
‑
k
是单位质量有机质在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，v
clay
‑
x
‑
j
‑
k
是单位质量的第x种黏土矿物在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，v
other
‑
y
‑
j
‑
k
是单位质量的第y种非黏土矿物在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，v
i
‑
j
‑
k
是单位质量的编号为i储层样品在编号为j的温度和编号为k的压力下赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，m
om
‑
i
是单位质量的编号为i样品中有机质质量，单位是g/g，m
clay
‑
i
‑
x
是单位质量的编号为i样品中第x种黏土矿物质量，单位是g/g，m
other
‑
i
‑
y
是单位质量的编号为i样品中第y种非黏土矿物质量，单位是g/g，i=1、2、
…
、5，是子样品的编号，x=1、2、
…
、m，是不同种类的黏土矿物编号，y=1、2、
…
、n，是不同种类的非黏土矿物编号，m和n分别是储层样品中黏土矿物和非黏土矿物的种类数量，j=1、2、
…
、u，是温度的编号，k=1、2、
…
、w，是压力的编号，u和k的值分别为3和10。
[0020]
表3
表4
步骤5：依据步骤4中确定在不同温度下有机质、各黏土矿物和各其它矿物的langmuir体积和langmuir压力，按照下列公式建立各组分langmuir等温吸附模型，评价目的层段储层中有机质、伊利石、伊蒙混层、绿泥石、石英、长石、碳酸盐岩、黄铁矿在温度为60℃、75℃和90℃、压力范围0
‑
40mpa下赋存吸附态甲烷量，结果见图2。
[0021]
式中，v是单位质量的单一组分赋存吸附态甲烷量，单位是cm3/g，p是压力，单位是mpa，p
l
是该单一组分的langmuir压力，单位是mpa，v
l
是该单一组分的langmuir体积，单位是cm3/g。