刘星 胡关能 杨明鹏
云南省煤炭产品质量检验站 云南 曲靖 655000
摘要：通过测量页岩的含气量，对探明资源储量和下一步的资源开采能够提供依据。目前页岩含气量的测定方法有多种，比较常见的有现场解吸法、等温吸附法等。对比来看，现场解吸法具有操作相对简便、结果比较精确等特点，应用范围较广。但是这一方法在实际应用中也存在一些不足，本文提出了高温解吸、增设水蒸气处理两种优化思路，并分析了对现场解吸方法、所用仪器设备进行优化的策略。最后通过效果对比，证明了现场解吸方法优化策略的可行性。
关键词：页岩气；现场解吸；水蒸气处理；残余气
我国页岩气可采储量位居全球首位，但是受到现有技术条件的限制，页岩气的开发和利用仍然处于探索阶段。现场解吸方法是测定页岩含气量的重要方法，该方法可以准确测定页岩含气量，为页岩气的品质评价、储量预测等工作开展提供了数据支持。但是在该方法的运用中，也存在计算量大、需要处理数据多等问题。本文提出了页岩气现场解吸方法的优化建议，对比来看取得了理想效果，具有推广应用价值。
1.传统页岩气现场解吸方法及存在的问题
常规的页岩气现场解吸方法，就是通过工具获取页岩样品，然后在实验室环境下测量样品的含气量。测定参数主要包括3项，分别是损失气、解析气和残余气。每一种气体的测量方法存在差异，例如损失气需要分别获取钻井阶段、起钻阶段以及芯样装入解吸装置后，测量损失的天然气量；而解析气则是芯样放入解吸装置后，通过仪器测定在解吸过程中获取的天然气量，测定结果在装置上直接显示。但是这种方法也存在一些不足，例如容易受到外界因素的干扰，影响最终测定结果的可靠性。实践表明，如果页岩气外界温度低于储层温度，此时页岩气的现场解吸速度会降低，且温度差越大，解吸速度越慢。还有就是解吸设备在使用过程中，样品中水蒸气的存在会干扰最终的测量结果。因此，为了更好的满足页岩气测定的精度要求，必须要对这一方法进行改进。
2.页岩气现场解吸方法的优化思路
2.1不测残余气，高温解吸
常规的页岩气现场解吸方法中，一个重要的环节是测量样品中的残余气。由于解吸速度缓慢，在这一测量过程中会浪费较多的时间。不仅延长了整个解吸测量周期，而且还会影响页岩气井的密集取芯测试。因此，在进行现场解吸方法优化时，一种思路就是不测量残余气，并且适当提高实验的温度，以促使解吸过程加速完成，缩短了整个实验的周期。另外有研究发现，页岩气储层温度通常在50-100℃之间波动，这一温度下不利于气体的疏导，束缚水的存在也会对最终的解吸测量结果造成负面影响。另一种优化思路就是适当提高实验温度，一般高于储层温度20-30℃左右，即100-120℃，可以将束缚水去除，保证了页岩气的充分解吸，进而获得更为理想的测量效果。此外，还有一种特殊情况是储层温度较高，已经超过了100℃，这时直接使用储层温度即可满足实验要求。
2.2对水蒸气进行增设处理
如果储层温度过高，与实验装置之间的温度差过大，会导致页岩样品中蒸发出来的水蒸气，遇冷凝结，进而影响测量结果的进度。这一问题在现场解吸法、高温解吸法中普遍存在。之所以出现这种情况，除了页岩样品自身含有较多的水蒸气外，与质量流量计的计量特性也有一定的联系。根据计量原理可知，质量流量计是利用流经气体产生的热效应，进而测量气体中主要成分的含量。由于不同组分的热效应存在差异，从而获得了多组计量值。
但是如果气体中存在水蒸气，由于水蒸气的占比较大，明显超过其他气体的含量，进而影响了测定结果的准确性。基于此，一种可行性的优化思路就是在现场解吸装置中，额外增设一个水蒸气处理装置。选择一种T形不锈钢冷凝管，与进气口相连。待测气体先经过该管，其中的水蒸气预冷后在管壁上凝结，形成的水珠汇集到底部，在重力作用下沿着冷凝管下方的排水口留出。去除了水蒸气后，整个解吸过程也会更加的顺利，解吸结果也会更加的精确。
3.页岩气现场解吸的优化策略
3.1现场解吸方法的优化
通过上文分析可知，常规的页岩气现场解吸方法中，需要处理的数据较多，同时人工进行数据整合和计算，容易出现较多的失误，导致最终的测定结果与实际情况相差很大。随着信息技术的发展以及在现场解吸中的融合应用，可以借助于智能仪器和计算软件，代替人工进行数据的收集和计算，从而为现场解吸法的应用提供了更多的便利。例如，在利用智能解吸气测定仪进行数据收集的基础上，编写专门的计算程序或是使用特定的计算软件。只需要将采集到的数据输入到该软件中，就可以套用公式自动完成计算，并在显示屏上呈现出最终的结果。既可以减轻技术人员的工作压力，又能够确保最终测定结果的精确、可信。
3.2现场解吸设备的优化
在应用现场解吸方法测量页岩气含量时，对于设备的选择也有较高的要求。近几年，像解吸气测定仪、含气量连续测量装置、可视化含气量测试仪等新型装置，相继研发并投入使用，为页岩气现场解吸实验提供了必要的支持。以国内某研究室自主研发的一款智能现场解析仪为例，具有自动化程度高、操作比较简便等特点，以及自动排除水蒸气和多组份气体干扰等功能。其原理是排水集气法，这个装置由压力传感器、传动丝杠、电磁阀、平衡水罐等组成。操作流程为：技术人员首先采集解吸气，然后将待测样品从进气口，通入到仪器内。在所有待测气体通入后，系统检测到内部压力增加，此时伺服电机开始工作。在伺服电机的带动下，传动丝杠发生定向运动，并推动丝杠另一端的平衡水罐进行运动，让平衡水罐内的液面，与储气罐内的液面维持在同等的高度。此时就可以获得解吸气的体积。此款设备通常在40-60s内可以得到测量结果，并且支持多组样品同时解吸，因此实用性更强，使用效率更高。
4.优化效果对比
选择某个页岩气井来对优化结果进行验证。分别使用常规解吸方法和高温快速检测方法对其进行解吸，并比对测试数据。高温解吸方法在二阶解吸中使用110摄氏度，常规解吸方法在二阶解吸中使用80摄氏度。高温解吸方法的解吸时间为10小时，常规解吸方法的解吸时间48小时。与此同时对选取的6组页岩样品进行实验，各组测试数据均未出现较大的误差，误差值不超过0.15m3/t，可认定为页岩的非均质性造成的误差。结合实验结果和数据对比可以发现，经过优化后的页岩气现场解吸方法，无论是在提升解吸速率，还是在保证结果精度方面，相比于常规方法都有了明显的提升，具有推广使用价值。
结语：页岩气是一种极具开采潜力的资源，我国页岩气的储量丰富，加上近年来传统化石能源储量减少，开发和利用页岩气成为一项重要的国家战略。现场解吸法是现阶段测定页岩气储量与质量的重要方法，但是该方法也存在一些不足，本文从改进解析流程、优化解吸设备等方面，提出了现场解吸法的几种优化建议，并且通过实验证明了改进方案的可行性和实用性。今后要根据页岩气勘测、开发的需要，以及行业技术和配套仪器的发展，继续进行创新和优化，才能为页岩气的开发提供支持。
参考文献：
[1]罗胜元,陈孝红,刘安,etal.中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩现场解吸气特征及地质意义[J].石油学报,2019(08):101-102.
[2]范明,俞凌杰.中国石化无锡石油地质研究所实验地质技术之页岩气现场含气量测试技术[J].石油实验地质,2015(04):532-535.
[3]许崇祯,张公社,殷嘉伟,等.考虑解吸-吸附的页岩气藏压裂水平井综合渗流模型[J].天然气地球科学,2019(01):115-122.