页岩气现场解吸方法的优化策略

刘星 胡关能 杨明鹏

云南省煤炭产品质量检验站   云南 曲靖    655000

摘要：通过测量页岩的含气量，对探明资源储量和下一步的资源开采能够提供依据。目前页岩含气量的测定方法有多种，比较常见的有现场解吸法、等温吸附法等。对比来看，现场解吸法具有操作相对简便、结果比较精确等特点，应用范围较广。但是这一方法在实际应用中也存在一些不足，本文提出了高温解吸、增设水蒸气处理两种优化思路，并分析了对现场解吸方法、所用仪器设备进行优化的策略。最后通过效果对比，证明了现场解吸方法优化策略的可行性。

关键词：页岩气；现场解吸；水蒸气处理；残余气

我国页岩气可采储量位居全球首位，但是受到现有技术条件的限制，页岩气的开发和利用仍然处于探索阶段。现场解吸方法是测定页岩含气量的重要方法，该方法可以准确测定页岩含气量，为页岩气的品质评价、储量预测等工作开展提供了数据支持。但是在该方法的运用中，也存在计算量大、需要处理数据多等问题。本文提出了页岩气现场解吸方法的优化建议，对比来看取得了理想效果，具有推广应用价值。

1.传统页岩气现场解吸方法及存在的问题

常规的页岩气现场解吸方法，就是通过工具获取页岩样品，然后在实验室环境下测量样品的含气量。测定参数主要包括3项，分别是损失气、解析气和残余气。每一种气体的测量方法存在差异，例如损失气需要分别获取钻井阶段、起钻阶段以及芯样装入解吸装置后，测量损失的天然气量；而解析气则是芯样放入解吸装置后，通过仪器测定在解吸过程中获取的天然气量，测定结果在装置上直接显示。但是这种方法也存在一些不足，例如容易受到外界因素的干扰，影响最终测定结果的可靠性。实践表明，如果页岩气外界温度低于储层温度，此时页岩气的现场解吸速度会降低，且温度差越大，解吸速度越慢。还有就是解吸设备在使用过程中，样品中水蒸气的存在会干扰最终的测量结果。因此，为了更好的满足页岩气测定的精度要求，必须要对这一方法进行改进。

2.页岩气现场解吸方法的优化思路

2.1不测残余气，高温解吸

常规的页岩气现场解吸方法中，一个重要的环节是测量样品中的残余气。由于解吸速度缓慢，在这一测量过程中会浪费较多的时间。不仅延长了整个解吸测量周期，而且还会影响页岩气井的密集取芯测试。因此，在进行现场解吸方法优化时，一种思路就是不测量残余气，并且适当提高实验的温度，以促使解吸过程加速完成，缩短了整个实验的周期。另外有研究发现，页岩气储层温度通常在50-100℃之间波动，这一温度下不利于气体的疏导，束缚水的存在也会对最终的解吸测量结果造成负面影响。另一种优化思路就是适当提高实验温度，一般高于储层温度20-30℃左右，即100-120℃，可以将束缚水去除，保证了页岩气的充分解吸，进而获得更为理想的测量效果。此外，还有一种特殊情况是储层温度较高，已经超过了100℃，这时直接使用储层温度即可满足实验要求。

2.2对水蒸气进行增设处理

如果储层温度过高，与实验装置之间的温度差过大，会导致页岩样品中蒸发出来的水蒸气，遇冷凝结，进而影响测量结果的进度。这一问题在现场解吸法、高温解吸法中普遍存在。之所以出现这种情况，除了页岩样品自身含有较多的水蒸气外，与质量流量计的计量特性也有一定的联系。根据计量原理可知，质量流量计是利用流经气体产生的热效应，进而测量气体中主要成分的含量。由于不同组分的热效应存在差异，从而获得了多组计量值。但是如果气体中存在水蒸气，由于水蒸气的占比较大，明显超过其他气体的含量，进而影响了测定结果的准确性。基于此，一种可行性的优化思路就是在现场解吸装置中，额外增设一个水蒸气处理装置。选择一种T形不锈钢冷凝管，与进气口相连。待测气体先经过该管，其中的水蒸气预冷后在管壁上凝结，形成的水珠汇集到底部，在重力作用下沿着冷凝管下方的排水口留出。去除了水蒸气后，整个解吸过程也会更加的顺利，解吸结果也会更加的精确。

3.页岩气现场解吸的优化策略

3.1现场解吸方法的优化

通过上文分析可知，常规的页岩气现场解吸方法中，需要处理的数据较多，同时人工进行数据整合和计算，容易出现较多的失误，导致最终的测定结果与实际情况相差很大。随着信息技术的发展以及在现场解吸中的融合应用，可以借助于智能仪器和计算软件，代替人工进行数据的收集和计算，从而为现场解吸法的应用提供了更多的便利。例如，在利用智能解吸气测定仪进行数据收集的基础上，编写专门的计算程序或是使用特定的计算软件。只需要将采集到的数据输入到该软件中，就可以套用公式自动完成计算，并在显示屏上呈现出最终的结果。既可以减轻技术人员的工作压力，又能够确保最终测定结果的精确、可信。

3.2现场解吸设备的优化

在应用现场解吸方法测量页岩气含量时，对于设备的选择也有较高的要求。近几年，像解吸气测定仪、含气量连续测量装置、可视化含气量测试仪等新型装置，相继研发并投入使用，为页岩气现场解吸实验提供了必要的支持。以国内某研究室自主研发的一款智能现场解析仪为例，具有自动化程度高、操作比较简便等特点，以及自动排除水蒸气和多组份气体干扰等功能。其原理是排水集气法，这个装置由压力传感器、传动丝杠、电磁阀、平衡水罐等组成。操作流程为：技术人员首先采集解吸气，然后将待测样品从进气口，通入到仪器内。在所有待测气体通入后，系统检测到内部压力增加，此时伺服电机开始工作。在伺服电机的带动下，传动丝杠发生定向运动，并推动丝杠另一端的平衡水罐进行运动，让平衡水罐内的液面，与储气罐内的液面维持在同等的高度。此时就可以获得解吸气的体积。此款设备通常在40-60s内可以得到测量结果，并且支持多组样品同时解吸，因此实用性更强，使用效率更高。

4.优化效果对比

选择某个页岩气井来对优化结果进行验证。分别使用常规解吸方法和高温快速检测方法对其进行解吸，并比对测试数据。高温解吸方法在二阶解吸中使用110摄氏度，常规解吸方法在二阶解吸中使用80摄氏度。高温解吸方法的解吸时间为10小时，常规解吸方法的解吸时间48小时。与此同时对选取的6组页岩样品进行实验，各组测试数据均未出现较大的误差，误差值不超过0.15m³/t，可认定为页岩的非均质性造成的误差。结合实验结果和数据对比可以发现，经过优化后的页岩气现场解吸方法，无论是在提升解吸速率，还是在保证结果精度方面，相比于常规方法都有了明显的提升，具有推广使用价值。

结语：页岩气是一种极具开采潜力的资源，我国页岩气的储量丰富，加上近年来传统化石能源储量减少，开发和利用页岩气成为一项重要的国家战略。现场解吸法是现阶段测定页岩气储量与质量的重要方法，但是该方法也存在一些不足，本文从改进解析流程、优化解吸设备等方面，提出了现场解吸法的几种优化建议，并且通过实验证明了改进方案的可行性和实用性。今后要根据页岩气勘测、开发的需要，以及行业技术和配套仪器的发展，继续进行创新和优化，才能为页岩气的开发提供支持。

参考文献：

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