[發明專利]基于超臨界單分子層吸附模型計算頁巖吸附氣含氣量方法

在審

• 申請號: 201810216159.5
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108460219A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 龔勁松;李寧;郭宇航;潘保芝;張麗華;郭懷志
• 申請（專利權）人: 中石化華東石油工程有限公司測井分公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 陳福昌

1.基于超臨界單分子層吸附模型計算頁巖吸附氣含氣量方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：預先獲取巖芯樣品的巖電實驗數據、等溫吸附實驗數據和核磁實驗數據，并利用等溫吸附實驗數據，將圓管孔模型中的過剩吸附量轉換為絕對吸附量，建立超臨界單分子層吸附模型；

S2：確定所述超臨界單分子層吸附模型中的參數，所述參數包括含水飽和度、鋪滿系數α、氣-液界面Langmuir壓力P*、微圓管的比表面A_tube以及氣-固界面單位面積甲烷最大吸附量K；

S3：對所述超臨界單分子層吸附模型進行誤差檢測，如通過，則執行S4；

S4：利用所述超臨界單分子層吸附模型計算實際測井中頁巖吸附氣含氣量；

其中，S1包括以下步驟：

S11：利用等溫吸附實驗數據得到過剩吸附量為：

式中，V是過剩吸附量，單位為m³/t；V'是吸附空間體積，單位為m³；V_a為吸附相體積，單位為m³；ρ_g為氣相密度，單位為k_g/m³；ρ(r)為吸附相在吸附空間中的密度分布，

吸附相密度在(V-V_a)中與氣相密度近似相等，簡化式(1.1)得到式(1.2)：

S12：通過吸附相體積對吸附相的影響得到式(1.3)：

V＝V_a(ρ_a-ρ_g)…………………..……(1.3)

其中，ρ_a為吸附相密度，等于絕對吸附量除以吸附相體積，因此通過式(1.3)可以得到式(1.4)：

其中，V_ab表示絕對吸附量，單位為m³/t；

S13：采用P-R氣體狀態方程求解氣相密度：

其中：m＝0.37464+1.54226w-0.26992w²；R為摩爾氣體常數；a、b分別為引力系數和排斥系數；T_c為臨界溫度，單位為K；P_c為臨界壓力，單位為MPa；w為偏心因子，是表征物質分子偏心度或非球形度的物質特性常數，

S14：采用Dubinin公式計算吸附相密度:

其中，M為氣體摩爾質量，單位為kg/mol；

S15：基于上述計算，將圓管孔模型的超臨界單分子層吸附模型中的過剩吸附量轉換為絕對吸附量，得到新的吸附模型：

其中，A_tube為微圓管的比表面，單位為m²/g；K為氣-固界面單位面積甲烷最大吸附量，單位為m³/t；P為儲層壓力，單位為MPa；P_L為Langmuir壓力，單位為MPa，表示最大吸附量所對應的壓力的一半；Γ^*為氣-液界面單位面積甲烷最大吸附量，單位為mmol/m²，V_ab-d、V_ab-mix和V_ab-w分別是不同含水飽和度情況下的絕對吸附量；S_W是含水飽和度，S_won是管狀孔隙中水分子達到單層吸附時的含水飽和度；

S2中超臨界單分子層吸附模型中的參數的確定方法如下：

S21：計算含水飽和度和鋪滿系數α

鋪滿系數α取含水飽和度的近似值，其中，含水飽和度利用巖電實驗數據計算；

S22：計算氣-液界面Langmuir壓力P*

氣-液界面Langmuir壓力P*與溫度T的關系如下：

P^*＝17.059e^0.011T………·……………(1.8)

其中T的單位為℃；

S23：計算微圓管比表面A_tube

通過核磁實驗數據和等溫吸附實驗數據，得到橫向弛豫時間T₂與孔徑d的關系：

T₂'＝0.38d……………………··………(1.9)

其中，T'₂為該孔徑所對應的橫向弛豫時間，單位為ms，計算完對應的孔徑后，通過T₂分布計算該孔徑所占據孔隙體積的百分比，得到加權平均孔徑，設6nm孔徑所對應的T₂截止值為T'₂(6)，小于6nm的核磁孔隙度和大于6nm孔隙度為：

其中，為通過核磁實驗數據計算得到的孔隙度，單位為％，

小于6nm孔隙體積V'為：

孔徑所對應的截面積S'為：

S'＝π·(d_m/2)²…………………·……(2.3)

孔徑所對應的截面周長C'為：

C’＝π·d_m…………………………·(2.4)

則聯立上述式子，A_tube表示為：

其中，V_S為樣品體積，單位為m³；m為樣品質量，單位為g；d_m為加權平均孔徑，單位為m；

S34：計算氣-固界面單位面積甲烷最大吸附量K

利用實驗室測量得到的等溫吸附實驗數據，得到樣品的最大吸附量，并通過式(2.5)得到樣品的比表面，利用式(2.6)求得樣品的氣-固界面單位面積甲烷最大吸附量K，

其中，K的單位為mmol/m²，V_max為等溫吸附實驗中甲烷的最大吸附量，單位為mmol/g；

S4中還包括判斷實際測井數據中是否包含核磁測井數據的步驟，若包含，則按照經S2確定好超臨界單分子層吸附模型中的參數的超臨界單分子層吸附模型(式(1.7))計算頁巖吸附氣含氣量，若不包含，則利用式(2.7)計算S2中的參數A_tube，之后利用式(1.7)計算頁巖吸附氣含氣量，

A_tube＝-10.22TH/U+0.22U+37.23………..………(2.7)

其中，TH為釷含量，U為鈾含量，TH/U是釷含量與鈾含量的比。

2.按照權利要求1所述的基于超臨界單分子層吸附模型計算頁巖吸附氣含氣量方法，其特征在于：

S3中對所述超臨界單分子層吸附模型進行誤差檢測的方法具體為：

S31：利用上述超臨界單分子層吸附模型計算頁巖吸附氣含氣量；

S32：將S31中的計算結果與實驗室測量的等溫吸附數據進行對比，若誤差在預設的可接收范圍內，則通過檢測，執行S4，若誤差檢測不通過，則說明該超臨界單分子層吸附模型在該檢測地區無效。