1.目的

原位含氣量和吸附氣含量/游離氣含量比值是頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)估和儲(chǔ)集層甜點(diǎn)預(yù)測(cè)不可或缺的兩個(gè)重要參數(shù)。其中含氣量評(píng)價(jià)普遍采用USBM法，該方法理論上更適用于取心時(shí)間較短、吸附氣含量比例較高的煤層氣樣品，而應(yīng)用于深層頁(yè)巖氣樣品時(shí)則通常會(huì)存在著較大的誤差。吸附氣含量評(píng)價(jià)常用等溫吸附法，但由于等溫吸附實(shí)驗(yàn)難以模擬地層原位條件，其評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度同樣也存在著較大的爭(zhēng)議。頁(yè)巖氣現(xiàn)場(chǎng)解吸過(guò)程的同位素分餾特征與頁(yè)巖含氣量和吸附氣含量/游離氣含量比值密切相關(guān)，因而借助于建立頁(yè)巖氣解吸過(guò)程同位素分餾定量表征模型，有可能為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)頁(yè)巖原位含氣性參數(shù)提供全新的方法，進(jìn)而以此破解上述難題。

2.方法

以川南上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁(yè)巖氣為研究對(duì)象，分別對(duì)龍一1亞段不同小層實(shí)施常規(guī)取心和保壓取心。對(duì)于常規(guī)取心頁(yè)巖樣品，在出筒后及時(shí)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)解吸實(shí)驗(yàn)，解吸過(guò)程中計(jì)量、采集氣樣并測(cè)試同位素比值。對(duì)于保壓取心頁(yè)巖樣品，先后開(kāi)展降壓排采實(shí)驗(yàn)和常壓解吸實(shí)驗(yàn)，獲取準(zhǔn)確的含氣量數(shù)據(jù)，降壓排采和常壓解吸過(guò)程中計(jì)量、采集氣樣并測(cè)試同位素組成。開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)解吸實(shí)驗(yàn)后，通過(guò)室內(nèi)測(cè)試分析獲取樣品的物質(zhì)組成和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)合對(duì)應(yīng)頁(yè)巖樣品解吸氣量和同位素分餾特征，明確頁(yè)巖氣解吸過(guò)程同位素分餾影響因素及機(jī)理，建立定量表征模型，并通過(guò)標(biāo)定實(shí)測(cè)解吸數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確的含氣量和吸附氣比例。

建立定量表征模型的步驟包括：①建立綜合考慮游離氣擴(kuò)散作用和吸附氣吸附—解吸作用的控制方程[公式（1）]；②根據(jù)儲(chǔ)層原始?jí)毫υO(shè)置模型的初始條件，根據(jù)取心過(guò)程設(shè)置模型的內(nèi)、外邊界條件；③標(biāo)定實(shí)測(cè)解吸氣量和同位素?cái)?shù)據(jù)，優(yōu)化獲取公式（1）中的D、D*、VL、PL等參數(shù)；④將優(yōu)化參數(shù)重新代入模型中計(jì)算獲取頁(yè)巖原位含氣量和吸附氣含量/游離氣含量比值[公式（2）]。

控制方程：

求解p和p*后，可由下式計(jì)算任意解吸時(shí)刻的解析氣量和吸附氣含量比例：

式中φ表示孔隙度；p、p*分別表示12CH4和13CH4的氣體壓力，Pa；t表示解吸時(shí)間，s；x表示距離，m；m表示形狀因子；D、D*分別表示12CH4和13CH4的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；θ表示吸附氣覆蓋率；c表示質(zhì)量平衡系數(shù)，Pa；ρ表示巖石視密度，g/cm3；VL表示朗格繆爾體積，cm3/g；R表示摩爾氣體常數(shù)，8.314J/(mol·K)；T表示溫度，K；Vm表示氣體摩爾體積，22.4 L/mol；PL表示朗格繆爾壓力，Pa；α表示吸附相與游離相平衡分餾因子；Qfree、Qads、Qtotal、Rads分別表示游離氣量、吸附氣量、總含氣量、吸附氣比例；r表示巖心半徑，m；z表示壓縮因子。

3.應(yīng)用及效果

實(shí)際應(yīng)用效果表明，基于同位素分餾模型計(jì)算的累計(jì)解吸氣量和所反映出的同位素分餾特征，均與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有良好的擬合效果（圖1-a、b），表明該模型在表征頁(yè)巖氣解吸過(guò)程具有很好的適用性。該模型計(jì)算得出的含氣量結(jié)果與保壓取心數(shù)據(jù)最為接近，體現(xiàn)了其較之于傳統(tǒng)方法具有更高的準(zhǔn)確性（圖1-c、d）。此外，同位素分餾模型還能有效地評(píng)價(jià)吸附氣含量比例這一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。該技術(shù)目前已在四川盆地南部瀘州、長(zhǎng)寧地區(qū)數(shù)十口井進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了較好的評(píng)價(jià)效果，為瀘州地區(qū)深層頁(yè)巖氣原位含氣量和吸附氣含量/游離氣含量比值的準(zhǔn)確評(píng)估提供了理論和技術(shù)支撐，也為我國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)估、有利區(qū)/層位優(yōu)選及高效開(kāi)發(fā)提供了幫助和指導(dǎo)。

圖1 同位素分餾模型評(píng)價(jià)結(jié)果分析與對(duì)比圖