怎样了解页岩的含气量呢? 


           策        划:自然资源部中国地质调查局科普办公室(中国地质调查局地学文献中心)
           作        者:自然资源部中国地质调查局中国地质科学院国家地质实验测试中心   张小涛
           审核专家:自然资源部中国地质调查局中国地质科学院国家地质实验测试中心   沈  斌
         首  发  于: 科普中国-人民网
                             (http://jysh.people.cn/n1/2019/0123/c404390-30586880.html
       
        页岩气是一种非常规天然气,主要赋存在以富有机质页岩为主的储集岩系中,是一种连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合成因气。它以游离态存在于页岩基质的天然裂缝和孔隙中,或者以吸附态存在于干酪根或黏土颗粒表面,还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中(图1)。页岩含气量是页岩气资源潜力调查评价和优选出有利目标区的关键参数,对确定页岩气是否有开采价值、资源储量预测具有重要意义。页岩含气量测定方法有解吸法、等温吸附法、测井解释法等。其中解吸法是测量页岩含气量最直接、最常用的方法;等温吸附法和测井解释法是页岩含气量测量的间接方法。针对解吸法,科学家们发明了一系列的页岩含气量测定装置。

 
图1页岩气赋存方式与成藏过程示意图

        1.什么是解吸法?
        解吸法是一种测量页岩含气量最直接的方法,能够在模拟地层实际环境的条件下直接测定页岩的含气数量,因此被用来作为页岩气含量测量的基本方法。解吸法中页岩含气量由解吸气含量(Vd)、损失气含量(Vl)和残余气含量(Vr)三部分构成(含气量=解吸气+损失气+残余气),测试基本流程如图2所示。,解吸气量(Vd)是指页岩岩心装入解吸罐后在大气压力下自然解吸出的气体体积,主要由解吸气测定装置(图3)获得;损失气量(Vl)是指岩心地层钻开后到装入解吸罐之前释放出的气体体积,通常通过USBM法直线回归获得;页岩残余气量(Vr)是指样品在解吸罐中解吸终止后仍留在岩心中的气体体积,其主要在碎样装置中破碎样品后,用解吸气测定装置获取。

图2 解吸法测试页岩含气量流程

        2.解吸法测试含气量装置
        现在广泛使用的页岩解吸气量测量装置主要由解吸罐、集气量筒和恒温设备三部分组成(图3)。首先把样品装入解吸罐,使用细粒石英砂或陶瓷填满解吸罐空隙,并将解吸罐放入恒温装置,然后加热到与样品层位相对应的地层温度,再通过导气管将气体导入装有水的倒置量筒中,最后把在不同时刻记录的排水量换算成解吸气量。页岩样品解吸有自然解吸和快速解吸两种方式,自然解吸时间较长,最长可达45天以上,但测量结果更准确;快速解吸时间短,一般在8~24小时之间,方便野外现场使用。

图3 解吸法测试页岩含气量装置基本构成图和实物图


        3.解吸法测试含气量装置发展历史
       解吸法测试含气量装置最早应用于煤层气的解吸过程研究,主要是针对煤矿矿井安全。此后,由于解吸法可直接获取样品的储存气量,逐渐被认为是煤层气含量评价的最可靠方法。由于页岩气和煤层气在赋存状态和物理化学特性上有一定相似性,因此页岩含气量的直接测定法也延用了煤层气含量直接测定法的基本思路。
随着页岩气和煤层气在我国的迅速发展,国内近年来也对解吸装置进行了不断的优化,主要在朝小体积、少样品、高精度及多组分在线测定的方向发展,并取得了一定数量的专利成果。