[發明專利]模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法

有效

• 申請號: 201610143140.3
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105787601B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 王民;李吉君;馬妍;黃開展;盧雙舫;陰建新;張亞念
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

本發明涉及模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法，屬于通過測量氣體壓力或體積分析材料技術領域。其解決了現有技術存在的影響因素較少、不夠全面，可能會影響模型的合理性和擬合精度的缺陷。本發明包括如下步驟：采用蘭格繆爾模型對等溫吸附實驗進行擬合；在進行蘭氏體積和蘭氏壓力建模前，通過統計分析確定蘭氏體積和蘭氏壓力的影響因素；確定蘭氏體積和蘭氏壓力的各影響因素后，通過各因素加權的方式進行建模，建立它們的綜合預測模型，包括兩小步：構建目標函數、構建懲罰函數；模型模擬及預測結果分析。本發明的綜合預測模型能有效地模擬、預測蘭氏體積和蘭氏壓力，減少實驗工作量，對頁巖氣資源量和可采性評價具有積極意義。

技術領域

本發明涉及模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法，屬于通過測量氣體壓力或體積分析材料技術領域。

背景技術

吸附相是頁巖氣的主要賦存相態之一，蘭格繆爾模型是描述頁巖氣吸附特征的經典模型。蘭格繆爾等溫吸附模型是平衡態單層吸附模型，其中，蘭氏體積代表樣品的最大吸附量；蘭氏壓力即為吸附量等于蘭氏體積一半時所對應的壓力。蘭氏體積和蘭氏壓力在很大程度上決定了頁巖氣的產能曲線和采收率，因為蘭氏體積大代表頁巖具有強的吸附能力，而蘭氏壓力高則說明頁巖氣易于解吸、開采。目前蘭氏體積和蘭氏壓力主要通過等溫吸附實驗數據的標定獲取，由于蘭氏體積和蘭氏壓力受較多因素影響，如果進行大區域頁巖氣的資源和可采性評價，需要開展大量的等溫吸附實驗，系統揭示不同地區頁巖的吸附特征。如果能建立蘭氏體積、蘭氏壓力與各影響因素的定量化關系就可以對蘭氏體積、蘭氏壓力進行預測，從而對頁巖氣資源量和可采性等做出評價，對此前人做了有益的探索。不過前人考慮的影響因素較少、不夠全面，可能會影響模型的合理性和擬合精度。因此，有必要建立擬合和預測精度更高、適用性更強的多因素預測模型。

發明內容

本發明的目的在于克服現有吸附模型存在的上述缺陷，提出了一種模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法，通過利用多因素加權求和的方法建立基于泥頁巖性質(總有機碳TOC、殘留烴S1、巖石礦物組成)和吸附條件(溫度)的蘭氏體積和蘭氏壓力的綜合模擬及預測模型，定量表征各因素的影響力，進而進行預測精度驗證。

本發明是采用以下的技術方案實現的：

一種模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法，包括如下步驟：

步驟一：采用蘭格繆爾模型對等溫吸附實驗進行擬合，若蘭格繆爾模型對頁巖氣的等溫吸附普遍具有良好的擬合效果，則說明吸附甲烷的蘭氏體積和蘭氏壓力具有重要意義。

步驟二：在進行蘭氏體積和蘭氏壓力建模前，通過統計分析確定蘭氏體積和蘭氏壓力的影響因素。為了最大限度地體現各因素的影響，在數據統計時要進行篩選。例如，在進行溫度的影響研究時，要求每個樣品都開展了不同溫度的吸附實驗，以盡量消除樣品性質的影響。在進行樣品性質的影響研究時，要求每個溫度下都開展不同性質泥頁巖的吸附實驗，以盡量消除溫度的影響。將不參與統計與建模樣品的實驗數據用于模型的預測精度驗證。

步驟三：確定了蘭氏體積和蘭氏壓力的各影響因素后，通過各因素加權的方式進行建模，建立它們的綜合預測模型，包括兩小步：

(1)構建目標函數；

(2)構建懲罰函數；

步驟四：模型模擬及預測結果分析。

進一步地，步驟二中，蘭氏體積的影響因素包括溫度和頁巖的總有機碳(TOC)、殘留烴(S1)以及粘土礦物含量；蘭氏壓力的影響因素包括溫度和頁巖的殘留烴(S1)、碳酸鹽、伊利石以及長石含量。

進一步地，步驟三中的綜合預測模型，如式(1)和式(2)所示: