页岩含气量现场解吸技术优化的研究

董周宾

(山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队)，山东济宁 272100)

1 研究现状

页岩气是主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。作为一种非常规能源，对国民经济的持续、健康发展起到积极地推动作用[1-4]。页岩含气量是指每吨页岩中所含页岩气在标准状态下的体积，测试方法主要有测井解释法、等温吸附法、现场解吸法等，其中最直接、最经济的方法是现场解吸法。在钻探综合录井现场使用含气量现场解吸设备操作进行，方法简单易行，成本相对较低[5]。页岩含气量可作为页岩气资源潜力评价、储量计算的重要依据[6-8]。目前，国内页岩含气量现场解吸沿用煤层气的测定方法，一般采用USBM法解吸装置，主要由解吸罐、集气量筒和恒温设备等组成[9-16]。

基于中国地质调查局油气资源调查中心实施的多项页岩气调查井钻探工程项目，随钻开展了页岩含气量现场解吸测试工作。在野外实际工作过程中发现部分发育较差暗色烃源岩的解吸含气量相对较高，解吸气体不可燃，显示甲烷含量较低；而发育较好暗色烃源岩的解吸含气量非常低，解吸气体可燃，显示甲烷含量较高。二者解吸气量差异相对较大，并与解吸气体成分检测结果情况不符。这种异常现象在下扬子地区页岩气调查井钻探工程泾页1井前期解吸过程中尤为明显，直接关系到录井成果与地质调查成果报告的质量，很大程度上影响到研究区域页岩气地质调查后续工作的开展。

2 现场解吸影响因素调查

结合多个页岩气项目含气量现场解吸所遇到的数据偏差及异常问题，对影响现场解吸含气量异常区合理圈定的因素进行统计分析，如表1所示。

表1 质量因素统计分析表

由表1可见，页岩含气量现场解吸数据异常的原因中操作过程及方法不规范占62.26%，是导致页岩含气量现场解吸数据偏差大的主要影响因素。

3 主要因素分析

对影响页岩含气量现场解吸操作过程及方法的影响因素进行了现场验证与分析，经整理后见图1，主要包括5大项，14个末端影响因素，表2分别对这些末端因素进行了验证。

表2 末端因素验证分析表

图1 因果分析图

经现场调查和测试验证，解吸仪未调试好、解吸梯度不当和解吸罐未充分装满样品是导致页岩含气量现场解吸数据出现异常的3个主要原因。

4 现场解吸技术优化的研究

经过对页岩含气量现场解吸结果的主要影响因素的分析，获取相对可靠的解吸数据需要考虑准确调试解吸仪、设置科学合理的现场解吸梯度、尽量减少解吸罐内水分几个方面。

(1)根据操作说明，对现场操作人员进行解吸仪操作技能培训，并通过理论和实践双重考核。将解吸仪精确调试至工作状态，以适应录井现场需求，确保岩心出筒后快速进入解吸罐。

(2)解吸时模拟实际地层条件，设置科学合理的现场解吸温度梯度和时间梯度，温度梯度为20 ℃、50 ℃、110 ℃，时间梯度为2 h、2 h、3 h，即解吸样品在20 ℃时持续加热2 h，解吸样品在50 ℃时持续加热2 h，解吸样品在110 ℃时持续加热3 h。这个温度既可以消除孔隙毛管封闭效应，将束缚水快速排出，又不影响有机质及矿物成分变化，有效缩短解吸时间[17-19]。严格按照现场解吸梯度进行作业，待每一阶段现场解吸数据显示稳定状态后方可进行下一阶段的梯度操作，温度梯度和时间梯度可根据现场情况进行调整。

(3)解吸样品装罐时，应使解吸罐充分装满样品，必要时装入石英颗粒和干燥剂，尽量使解吸罐内部水分减少为零，进而降低罐内水分因解吸过程中受热膨胀对解吸数据的影响[20]。

5 解析结果

通过页岩含气量现场解吸技术的优化提高了页岩含气量现场解吸结果的精度。在泾页1井页岩含气量现场解吸工作结束后，对影响含气量现场解吸结果的技术操作过程及方法进行了统计分析，根据统计结果得到解吸技术优化前后解吸数据异常频率变化图，如图2所示。

图2 解吸技术优化前后异常频率变化图

由图2可看出，解吸操作过程及方法导致页岩含气量现场解吸结果偏差异常的次数明显减少，发生频率从62.26%降低为22.22%，由原来的主要问题转变为非主要问题，较好地完成了项目预定目标。项目结束后，中国地质调查局油气资源调查中心组织专家对页岩气钻探工程成果报告进行了验收，认为本次工作页岩含气量现场解吸数据合理可靠，各项工作量及技术指标均满足合同任务要求。

6 结语

现场解吸是现阶段页岩含气量测定的重要方法之一，研究从解吸操作过程、解吸梯度设置等方面，提出了页岩含气量现场解吸方法的优化技术，并在实践中验证了优化技术的实用性，有助于提高页岩气资源潜力评价的准确性。今后工作中应注重页岩含气量解吸过程、气体扩散机理等方面的研究，制定页岩含气量现场解吸相关行业标准，为全国页岩气资源潜力评价提供依据。