董周賓

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊)，山東濟(jì)寧 272100)

1 研究現(xiàn)狀

頁巖氣是主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。作為一種非常規(guī)能源，對國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康發(fā)展起到積極地推動作用[1-4]。頁巖含氣量是指每噸頁巖中所含頁巖氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，測試方法主要有測井解釋法、等溫吸附法、現(xiàn)場解吸法等，其中最直接、最經(jīng)濟(jì)的方法是現(xiàn)場解吸法。在鉆探綜合錄井現(xiàn)場使用含氣量現(xiàn)場解吸設(shè)備操作進(jìn)行，方法簡單易行，成本相對較低[5]。頁巖含氣量可作為頁巖氣資源潛力評價、儲量計算的重要依據(jù)[6-8]。目前，國內(nèi)頁巖含氣量現(xiàn)場解吸沿用煤層氣的測定方法，一般采用USBM法解吸裝置，主要由解吸罐、集氣量筒和恒溫設(shè)備等組成[9-16]。

基于中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心實施的多項頁巖氣調(diào)查井鉆探工程項目，隨鉆開展了頁巖含氣量現(xiàn)場解吸測試工作。在野外實際工作過程中發(fā)現(xiàn)部分發(fā)育較差暗色烴源巖的解吸含氣量相對較高，解吸氣體不可燃，顯示甲烷含量較低；而發(fā)育較好暗色烴源巖的解吸含氣量非常低，解吸氣體可燃，顯示甲烷含量較高。二者解吸氣量差異相對較大，并與解吸氣體成分檢測結(jié)果情況不符。這種異?，F(xiàn)象在下?lián)P子地區(qū)頁巖氣調(diào)查井鉆探工程涇頁1井前期解吸過程中尤為明顯，直接關(guān)系到錄井成果與地質(zhì)調(diào)查成果報告的質(zhì)量，很大程度上影響到研究區(qū)域頁巖氣地質(zhì)調(diào)查后續(xù)工作的開展。

2 現(xiàn)場解吸影響因素調(diào)查

結(jié)合多個頁巖氣項目含氣量現(xiàn)場解吸所遇到的數(shù)據(jù)偏差及異常問題，對影響現(xiàn)場解吸含氣量異常區(qū)合理圈定的因素進(jìn)行統(tǒng)計分析，如表1所示。

表1 質(zhì)量因素統(tǒng)計分析表

由表1可見，頁巖含氣量現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)異常的原因中操作過程及方法不規(guī)范占62.26%，是導(dǎo)致頁巖含氣量現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)偏差大的主要影響因素。

3 主要因素分析

對影響頁巖含氣量現(xiàn)場解吸操作過程及方法的影響因素進(jìn)行了現(xiàn)場驗證與分析，經(jīng)整理后見圖1，主要包括5大項，14個末端影響因素，表2分別對這些末端因素進(jìn)行了驗證。

表2 末端因素驗證分析表

圖1 因果分析圖

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和測試驗證，解吸儀未調(diào)試好、解吸梯度不當(dāng)和解吸罐未充分裝滿樣品是導(dǎo)致頁巖含氣量現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的3個主要原因。

4 現(xiàn)場解吸技術(shù)優(yōu)化的研究

經(jīng)過對頁巖含氣量現(xiàn)場解吸結(jié)果的主要影響因素的分析，獲取相對可靠的解吸數(shù)據(jù)需要考慮準(zhǔn)確調(diào)試解吸儀、設(shè)置科學(xué)合理的現(xiàn)場解吸梯度、盡量減少解吸罐內(nèi)水分幾個方面。

(1)根據(jù)操作說明，對現(xiàn)場操作人員進(jìn)行解吸儀操作技能培訓(xùn)，并通過理論和實踐雙重考核。將解吸儀精確調(diào)試至工作狀態(tài)，以適應(yīng)錄井現(xiàn)場需求，確保巖心出筒后快速進(jìn)入解吸罐。

(2)解吸時模擬實際地層條件，設(shè)置科學(xué)合理的現(xiàn)場解吸溫度梯度和時間梯度，溫度梯度為20 ℃、50 ℃、110 ℃，時間梯度為2 h、2 h、3 h，即解吸樣品在20 ℃時持續(xù)加熱2 h，解吸樣品在50 ℃時持續(xù)加熱2 h，解吸樣品在110 ℃時持續(xù)加熱3 h。這個溫度既可以消除孔隙毛管封閉效應(yīng)，將束縛水快速排出，又不影響有機質(zhì)及礦物成分變化，有效縮短解吸時間[17-19]。嚴(yán)格按照現(xiàn)場解吸梯度進(jìn)行作業(yè)，待每一階段現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定狀態(tài)后方可進(jìn)行下一階段的梯度操作，溫度梯度和時間梯度可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整。

(3)解吸樣品裝罐時，應(yīng)使解吸罐充分裝滿樣品，必要時裝入石英顆粒和干燥劑，盡量使解吸罐內(nèi)部水分減少為零，進(jìn)而降低罐內(nèi)水分因解吸過程中受熱膨脹對解吸數(shù)據(jù)的影響[20]。

5 解析結(jié)果

通過頁巖含氣量現(xiàn)場解吸技術(shù)的優(yōu)化提高了頁巖含氣量現(xiàn)場解吸結(jié)果的精度。在涇頁1井頁巖含氣量現(xiàn)場解吸工作結(jié)束后，對影響含氣量現(xiàn)場解吸結(jié)果的技術(shù)操作過程及方法進(jìn)行了統(tǒng)計分析，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果得到解吸技術(shù)優(yōu)化前后解吸數(shù)據(jù)異常頻率變化圖，如圖2所示。

圖2 解吸技術(shù)優(yōu)化前后異常頻率變化圖

由圖2可看出，解吸操作過程及方法導(dǎo)致頁巖含氣量現(xiàn)場解吸結(jié)果偏差異常的次數(shù)明顯減少，發(fā)生頻率從62.26%降低為22.22%，由原來的主要問題轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵饕獑栴}，較好地完成了項目預(yù)定目標(biāo)。項目結(jié)束后，中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心組織專家對頁巖氣鉆探工程成果報告進(jìn)行了驗收，認(rèn)為本次工作頁巖含氣量現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)合理可靠，各項工作量及技術(shù)指標(biāo)均滿足合同任務(wù)要求。

6 結(jié)語

現(xiàn)場解吸是現(xiàn)階段頁巖含氣量測定的重要方法之一，研究從解吸操作過程、解吸梯度設(shè)置等方面，提出了頁巖含氣量現(xiàn)場解吸方法的優(yōu)化技術(shù)，并在實踐中驗證了優(yōu)化技術(shù)的實用性，有助于提高頁巖氣資源潛力評價的準(zhǔn)確性。今后工作中應(yīng)注重頁巖含氣量解吸過程、氣體擴散機理等方面的研究，制定頁巖含氣量現(xiàn)場解吸相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為全國頁巖氣資源潛力評價提供依據(jù)。