一种页岩含气量中的损失气量确定方法及系统
技术领域
[0001] 本
发明涉及页岩含气量领域，特别是涉及一种页岩含气量中的损失气量确 定方法及系统。
背景技术
[0002] 随着世界
能源结构的调整，天燃气作为一种清洁能源，占据着越来越重要 的地位。页岩气是一种非常规的天燃气，储量巨大并在美国取得了成熟化的商 业化开采，中国也将页岩气开采作为国家战略。
[0003] 在页岩气开采前，需要对页岩气藏进行甄选，评估
地层中页岩气含量，选 取具有经济价值的区
块进行开采。确定地层中页岩气含量的方法包括直接方法 和间接方法。直接方法即
解吸法，通过
钻头取得目标地层的
岩心，从地底提至 地表，在这一过程中会有部分气体散失，散失的气体被称为损失气。得到岩心 后，在地表模拟地层
温度，对岩心进行解吸实验，测量岩心中的解吸气含量， 并以此为
基础，结合损失气估算模型，估计提钻过程中逸散的损失气含量，加 和得到储层中的总含气量。间接法包括等温
吸附法、
测井解释法、统计分析法。 其中，等温吸附法建立在等温吸附实验的基础上，对钻取的岩心进行饱和等温 吸附实验，测量所得的含气量为储藏最大的含气量，测井解释法通过射线、声 波的响应
信号，反演计算得到储层含气量。统计分析法建立在若干地质参数的 匹配测试的基础上，根据统计模型选取主控因素，拟合估计储层含气量。间接 法能够获得较多的储层信息。
[0004] 在直接法估计岩心含气量的过程中，将总的含气量分为损失气、解吸气和 残余气三个部分。损失气是指岩心从地底取到地表，从岩心中逃散的气体，损 失气的含量难以测量，常通过解吸气的含量进行估算。解吸气是指取到地表的 岩心，放入解吸灌中，在地层温度环境下进行解吸实验，测量得到气体含量。 残余气体是指解吸实验完成后，残留在岩心中无法测量的气体，通过
破碎实验， 将岩心打碎释放残余气体进行测量。
[0005] 目前的页岩气损失气估算方法主要由
煤层气的损失气估算方法发展而来， 但是页岩气与
煤层气的损失气估算方法发展而来，但是页岩气与
煤层气存在着 明显的差异，由于煤层气埋藏较浅，取心速度快，气体逸散少，且煤心中有机 质含量高，导致煤层气中吸附气占比大，煤层气散
失速度慢，所以在取心过程 中，煤层气的损失气占比远远小于页岩气中的损失气。由于损失气占比较大， 煤层气散失速度慢，所以，在取心过程中，煤层气的损失气占比小于页岩气中 的损失气。由于损失气的占比较大，页岩气的损失气测量方法不能完全采用煤 层气的测量方法，导致损失气的测量结果的
精度低。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种能够提高确定页岩气中的损失气的气量精度的 页岩含气量中的损失气量确定方法及系统。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0008] 一种页岩含气量中损失气量确定方法，所述确定方法包括：
[0009] 采集页岩岩心，获取所述页岩岩心所需要的时间；
[0010] 将所述页岩岩心放入解吸罐中进行解吸实验，获得解吸段实验数据和解吸 页岩岩心；
[0011] 将所述解吸页岩岩心放入破碎装置中进行破碎实验，获得残余气含量；
[0012] 预处理所述解吸段实验数据至符合均匀分布，获得均匀解吸段实验数据；
[0013] 根据所述均匀解吸段实验数据和拟合分段估算模型中解吸段的目标函数 确定所述拟合分段估算模型的参数值；
[0014] 根据所述参数值和所述拟合分段估算模型中损失气段的目标函数确定损 失气段目标函数；
[0015] 根据所述时间和所述损失气段目标函数确定所述页岩岩心中的损失气含 量；
[0016] 将所述残余气含量、所述解吸段实验数据和所述损失气含量求和获得所述 页岩岩心的总页岩含气量；
[0017] 根据所述总页岩含气量开采具有页岩气藏的区域。
[0018] 可选的，所述预处理所述解吸段实验数据至符合均匀分布，获得均匀解吸 段实验数据具体包括：
[0019] 判断所述解吸段实验数据在时间序列上是否为均匀分布，如果是，直接获 取所述解吸段实验数据为均匀解吸段实验数据；否则，将所述解吸段实验数据 进行数据预处理，获得预处理解吸数据为均匀解吸段实验数据。
[0020] 可选的，所述根据所述均匀解吸段实验数据和拟合分段估算模型中解吸段 的目标函数确定所述拟合分段估算模型的参数值具体包括：
[0021] 计算所述均匀解吸段实验数据与多个拟合分段估算模型中解吸段的目标 函数值之间的多个方差和；
[0022] 获取最小所述方差和对应的所述目标函数的参数值，所述参数值为所述拟 合分段估算模型的参数值。
[0023] 可选的，所述根据所述时间和所述损失气段目标函数确定所述页岩岩心中 的损失气含量具体包括：
[0024] 根据所述参数值计算页岩孔压；
[0025] 计算所述页岩孔压与泥浆
水柱压
力达到平衡所需要的时间，获得平衡时 间；
[0026] 根据所述获取所述页岩岩心所需要的时间和所述平衡时间获得提钻时间；
[0027] 根据所述提钻时间和所述损失气段目标函数计算所述页岩岩心中的损失 气含量。
[0028] 一种页岩含气量中损失气量确定系统，所述确定系统包括：
[0029] 页岩岩心采集模块，用于采集页岩岩心，获取所述页岩岩心所需要的时间；
[0030] 页岩岩心解吸模块，用于将所述页岩岩心放入解吸罐中进行解吸实验，获 得解吸段实验数据和解吸页岩岩心；
[0031] 破碎实验模块，用于将所述解吸页岩岩心放入破碎装置中进行破碎实验， 获得残余气含量；
[0032] 解吸段实验数据预处理模块，用于预处理所述解吸段实验数据至符合均匀 分布，获得均匀解吸段实验数据；
[0033] 参数值确定模块，用于根据所述均匀解吸段实验数据和拟合分段估算模型 中解吸段的目标函数确定所述拟合分段估算模型的参数值；
[0034] 损失气段目标函数确定模块，用于根据所述参数值和所述拟合分段估算模 型中损失气段的目标函数确定损失气段目标函数；
[0035] 损失气含量确定模块，用于根据所述时间和所述损失气段目标函数确定所 述页岩岩心中的损失气含量；
[0036] 总页岩含气量计算模块，用于将所述残余气含量、所述解吸段实验数据和 所述损失气含量求和获得所述页岩岩心的总页岩含气量；
[0037] 页岩气藏开采模块，用于根据所述总页岩含气量开采具有页岩气藏的区 域。
[0038] 可选的，所述解吸段实验数据预处理模块具体包括：
[0039] 判断单元，用于判断所述解吸段实验数据在时间序列上是否为均匀分布；
[0040] 实验数据直接获取单元，用于直接获取所述解吸段实验数据为均匀解吸段 实验数据；
[0041] 数据预处理单元，用于将所述解吸段实验数据进行数据预处理，获得预处 理解吸数据为均匀解吸段实验数据。
[0042] 可选的，所述参数值确定模块具体包括：
[0043] 方差和计算单元，用于计算所述均匀解吸段实验数据与多个拟合分段估算 模型中解吸段的目标函数值之间的多个方差和；
[0044] 参数值获取单元，用于获取最小所述方差和对应的所述目标函数的参数 值，所述参数值为所述拟合分段估算模型的参数值。
[0045] 可选的，所述损失气含量确定模块具体包括：
[0046] 页岩孔压计算单元，用于根据所述参数值计算页岩孔压；
[0047] 平衡时间计算单元，用于计算所述页岩孔压与泥浆水柱压力达到平衡所需 要的时间，获得平衡时间；
[0048] 提钻时间计算单元，用于根据所述获取所述页岩岩心所需要的时间和所述 平衡时间获得提钻时间；
[0049] 损失气含量计算单元，用于根据所述提钻时间和所述损失气段目标函数计 算所述页岩岩心中的损失气含量。
[0050] 根据本发明提供的具体
实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供 了一种页岩含气量中损失气量确定方法及系统，将所述页岩岩心放入解吸罐中 进行解吸实验后获得解吸页岩岩心，将所述解吸页岩岩心放入破碎装置中进行 破碎实验，获得残余气含量，将页岩取岩心的过程中的损失气量随时间的关系， 与解吸实验中解吸气量随时间的关系进行区分，分段拟合，更加符合实际取心 过程中的物理条件，提高了拟合的结果精度。
附图说明
[0051] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0052] 图1为本发明提供的页岩含气量中损失气量确定方法的
流程图；
[0053] 图2为本发明提供的页岩含气量中损失气量确定系统的组成
框图。
具体实施方式
[0054] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0055] 本发明的目的是提供一种能够提高确定页岩气中的损失气的气量精度的 页岩含气量中的损失气量确定方法及系统。
[0056] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0057] 如图1所示，为实现上述目的，本发明提供了一种页岩含气量中损失气量 确定方法，所述确定方法包括：
[0058] 步骤100：采集页岩岩心，获取所述页岩岩心所需要的时间。
[0059] 通过钻井取得柱状的页岩岩心，擦去所述页岩岩心表面的泥浆后，将所述 页岩岩心放入所述解吸罐中，由于所述解吸罐的体积大于所述页岩岩心的体 积，导致所述解吸罐中存在固定的体积，所以需要排除所述解吸罐中存在固定 的体积的空气后再进行解吸气测试实验，采用填入细砂排出所述解吸罐中的固 定的体积的空气，并关上所述解吸罐进行密封。
[0060] 所述解吸气测试实验的具体步骤为：
[0061] 将所述解吸罐加热至70摄氏度且温度稳定后，打开所述解吸罐中安装的 出气
阀，采用流量计测量解吸气出气量，解吸实验每进行5分钟，采集一次所 述流量计的示数，并记录当前的采集时刻，解吸气的解吸时长将持续20-50个 小时，当所述流量计的示数达到稳定，表示解吸实验完成。
[0062] 当所述解吸过程达到稳定后，获取所述解吸段实验数据 {(tn,Qn)|(n＝1,2,...,N)}；其中，tn表示时间序列，Qn表示tn时间序列对应的解吸 气的总流量数据序列；
[0063] 步骤200：将所述页岩岩心放入解吸罐中进行解吸实验，获得解吸段实验 数据和解吸页岩岩心。
[0064] 步骤300：将所述解吸页岩岩心放入破碎装置中进行破碎实验，获得残余 气含量。
[0065] 完成解吸实验后，将所述解吸页岩岩心从所述解吸罐中取出，放入所述破 碎装置中，密封后打开破碎
开关，破碎并收集残余气，获取残余气含量Qresidue。
[0066] 步骤400：预处理所述解吸段实验数据至符合均匀分布，获得均匀解吸段 实验数据；
[0067] 步骤500：根据所述均匀解吸段实验数据和拟合分段估算模型中解吸段的 目标函数确定所述拟合分段估算模型的参数值；
[0068] 由于钻井现场条件的限制，无法保证随时供电，解吸实验在断电的情况下 无法开展，无法保证所述解吸段实验数据{(tn,Qn)|(n＝1,2,...,N)}在记录的时间序列 上是均匀分布的，所以，对时间序列断点处进行处理，扣除停电时间长度，将 时间序列重新处理为均匀分布，处理后的时间序列满足tn-tn-1＝5分钟，所述均 匀解吸段实验数据满足均匀分布，符合解吸段的模型。
[0069] 步骤600：根据所述参数值和所述拟合分段估算模型中损失气段的目标函 数确定损失气段目标函数；
[0070] 所述目标函数
[0071]
[0072] 采用的拟合方法为最小二乘法，通过所述解吸段实验数据 {(tn,Qn)|(n＝1,2,...,N)}调整所述目标函数中的参数D和参数k直至所述解吸段实验 数据{(tn,Qn)|(n＝
1,2,...,N)}与所述目标函数值之间的方差和
[0073] 其中，Q(tn)为所述解吸段实验数据{(tn,Qn)|(n＝1,2,...,N)}中的时间序列输入到 所述目标函数的输出值，获得所述目标函数中的最优解对应的参数D和参数 k。
[0074] 步骤700：根据所述时间和所述损失气段目标函数确定所述页岩岩心中的 损失气含量；
[0075] 步骤800：将所述残余气含量、所述解吸段实验数据和所述损失气含量求 和获得所述页岩岩心的总页岩含气量；
[0076] 步骤900：根据所述总页岩含气量开采具有页岩气藏的区域。
[0077] 所述步骤400：预处理所述解吸段实验数据至符合均匀分布，获得均匀解 吸段实验数据具体包括：
[0078] 判断所述解吸段实验数据在时间序列上是否为均匀分布，如果是，直接获 取所述解吸段实验数据为均匀解吸段实验数据；否则，将所述解吸段实验数据 进行数据预处理，获得预处理解吸数据为均匀解吸段实验数据。
[0079] 所述步骤根据所述均匀解吸段实验数据和拟合分段估算模型中解吸段的 目标函数确定所述拟合分段估算模型的参数值具体包括：
[0080] 计算所述均匀解吸段实验数据与多个拟合分段估算模型中解吸段的目标 函数值之间的多个方差和；
[0081] 获取最小所述方差和对应的所述目标函数的参数值，所述参数值为所述拟 合分段估算模型的参数值。
[0082] 进一步地，所述根据所述时间和所述损失气段目标函数确定所述页岩岩心 中的损失气含量具体包括：
[0083] 根据所述参数值计算页岩孔压；
[0084] 计算所述页岩孔压与泥浆水柱压力达到平衡所需要的时间，获得平衡时 间；
[0085] 根据所述获取所述页岩岩心所需要的时间和所述平衡时间获得提钻时间 tdrift；
[0086] 根据所述提钻时间和所述损失气段目标函数计算所述页岩岩心中的损失 气含量。
[0087] 所述损失气含量QLost
[0088]
[0089] 如图2所示，本发明还提供了一种页岩含气量中损失气量确定系统，所述 确定系统包括：
[0090] 页岩岩心采集模块1，用于采集页岩岩心，获取所述页岩岩心所需要的时 间；
[0091] 页岩岩心解吸模块2，用于将所述页岩岩心放入解吸罐中进行解吸实验， 获得解吸段实验数据和解吸页岩岩心；
[0092] 破碎实验模块3，用于将所述解吸页岩岩心放入破碎装置中进行破碎实 验，获得残余气含量；
[0093] 解吸段实验数据预处理模块4，用于预处理所述解吸段实验数据至符合均 匀分布，获得均匀解吸段实验数据；
[0094] 参数值确定模块5，用于根据所述均匀解吸段实验数据和拟合分段估算模 型中解吸段的目标函数确定所述拟合分段估算模型的参数值；
[0095] 损失气段目标函数确定模块6，用于根据所述参数值和所述拟合分段估算 模型中损失气段的目标函数确定损失气段目标函数；
[0096] 损失气含量确定模块7，用于根据所述时间和所述损失气段目标函数确定 所述页岩岩心中的损失气含量；
[0097] 总页岩含气量计算模块8，用于将所述残余气含量、所述解吸段实验数据 和所述损失气含量求和获得所述页岩岩心的总页岩含气量；
[0098] 页岩气藏开采模块9，用于根据所述总页岩含气量开采具有页岩气藏的区 域。
[0099] 进一步地，所述解吸段实验数据预处理模块具体包括：
[0100] 判断单元，用于判断所述解吸段实验数据在时间序列上是否为均匀分布；
[0101] 实验数据直接获取单元，用于直接获取所述解吸段实验数据为均匀解吸段 实验数据；
[0102] 数据预处理单元，用于将所述解吸段实验数据进行数据预处理，获得预处 理解吸数据为均匀解吸段实验数据。
[0103] 可选的，所述参数值确定模块具体包括：
[0104] 方差和计算单元，用于计算所述均匀解吸段实验数据与多个拟合分段估算 模型中解吸段的目标函数值之间的多个方差和；
[0105] 参数值获取单元，用于获取最小所述方差和对应的所述目标函数的参数 值，所述参数值为所述拟合分段估算模型的参数值。
[0106] 可选的，所述损失气含量确定模块具体包括：
[0107] 页岩孔压计算单元，用于根据所述参数值计算页岩孔压；
[0108] 平衡时间计算单元，用于计算所述页岩孔压与泥浆水柱压力达到平衡所需 要的时间，获得平衡时间；
[0109] 提钻时间计算单元，用于根据所述获取所述页岩岩心所需要的时间和所述 平衡时间获得提钻时间；
[0110] 损失气含量计算单元，用于根据所述提钻时间和所述损失气段目标函数计 算所述页岩岩心中的损失气含量。
[0111] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是 与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于 实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较 简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0112] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施 例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的 一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变 之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
