NB-T 11338-2023 页岩气 吸附气-游离气比例的确定 甲烷碳同位素定量法

页岩气吸附气/游离气比例的确定甲烷碳同位素定量法Methanecarbonisotopequantitativemethod2023—10—11发布2024-04-11实施国家能源局发布INB/T11338—2023前言 Ⅱ 12规范性引用文件 4概述 5基础资料收集 26仪器设备与材料 27样品采集、储存与运输 2 39吸附气/游离气比例确定 4附录A(资料性)全金属取样管结构示意图 5附录B(资料性)取样器示意图 6附录C(资料性)生产过程井口气碳同位素取样记录表 7附录D(资料性)甲烷碳同位素分析数据表 8附录E(资料性)页岩气井吸附气/游离气比例确定的同位素分馏模型 9本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的本文件由能源行业页岩气标准化技术委员会(NEA/TC26)提出并归口。本文件起草单位：中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司页岩气研究院、东北石油大学三亚海洋油气研究院、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司、中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所、苏州冠德能源科技有限公司、重庆地质矿产研究院、中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院有限公司、中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司本文件主要起草人：赵圣贤、刘永旸、吴建发、卢双舫、郑马嘉、李骞、刘勇、张鉴、李博、刘绍军、何沅翰、李文镖、张焕旭、张烨、汪威、王志战、刘江涛、蔡长宏、范明、李洋冰、胡维强、1页岩气吸附气/游离气比例的确定甲烷碳同位素定量法重要提示：本文件不涉及与其应用有关的所有安全问题。在使用本文件前，使用者有责任制定相应的安全和保护措施，并确定其限定的适用范围。1范围本文件规定了页岩气吸附气/游离气比例的甲烷碳同位素定量法的目标、任务、基础资料、必要本文件适用于页岩气井不同生产阶段吸附气/游离气比例的甲烷碳同位素定量评价。下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适GB/T18340.2地质样品有机地球化学分析方法第2部分：有机质稳定碳同位素测定同位素质谱法SH/T0233液化石油气采样法SY/T5238有机物和碳酸盐岩碳、氧同位素分析方法碳同位素carbonisotope同位素分馏isotopefractionation某元素的同位素在物理、化学、生物等反应过程中以不同的比例分配于不同物质或物相之中的4概述页岩气的开发经历了游离气扩散、吸附气解吸和游离气动态转化再释放的过程，扩散过程中I2CH₄相对于³CH₄具有更高的扩散速率，吸附一解吸过程中，³CH₄相对CH₄优先吸附、滞后解吸，因此导致页岩气在生产过程中产生显著的同位素分馏，8C₁值随开采时间有变重的趋势。甲烷碳同位素连续监测技术在页岩气井开发过程中的应用，可以确定页岩气井不同生产阶段产出气中吸附气/游离气动态比例，预测页岩气井后续产能衰减情况，有效指导页岩气井全生命周期产能评价和生产制2度的优化，为页岩气藏有效开发提供支撑。本文件规范了页岩气气体碳同位素连续监测操作方法，明确数据质量要求，提出吸附气/游离气比例计算的应用指导方法。 流体(油、气、水)分析化验资料；6.2.3天然气碳氢同位素标准物质GBW04478、GBW04479、GBW04480或其他能够进行量值溯源的采用全金属取样管或气体取样钢瓶进行样品采集。全金属取样管结构示意见图A.1和图A.2。取样前需抽查全金属取样管或气体取样钢瓶的清洁度，腔内烃类气体及二氧化碳浓度需低于10mg/kg。清洁度检查后将全金属取样管/气体取样钢瓶抽真空，真空度要求低于1000Pa。要求气体采集压力高于0.2MPa,换算成常压后的气体体积大于60mL。排采初期，产气量超过500m³/d开始取样，每天取一组平行样品，每组样品采集3个全金属取样管或气体取样钢瓶，且每个全金属取样管或气体取样钢瓶内的气体压力高于0.2MPa。页岩气井投产进入生产阶段后，每周采一组平行样品，连续取样监测周期不少于半年，如在生产3过程中存在压裂、封井、修井等增产措施，应在采取措施前后适当增加取样频率。采用全金属取样管现场取样时，将取样器(结构示意见图B.1)进气端与采气树低压管汇(压力小于10MPa)预留取样口连接，出气端通过两个气体阀门连接取样管形成气体通路，保持取样器压力调节阀门关闭。打开低压管汇气体阀门，缓慢打开取样器压力调节阀门，待听到明显气流哨音，保持气流冲洗20s～30s,反复冲洗钢瓶4～5次，将钢瓶中空气完全置换。取下远端气体阀门，调节压力调节阀门使出气端压力为0.2MPa～0.3MPa,充气取样。关闭取样器压力调节阀，取下近端气体阀门，完成取样。检查全金属取样管两端气门是否关闭。拧上两段保护帽，贴好标签纸，记录井号、平使用气体取样钢瓶进行取样时，应采用与之配套的取样器，具体取样流程参见SH/T0233。填写取样记录表，按照时间顺序对取样管进行编号，并记录样品信息与井的生产信息，记录表具体格式见附录C。气体采集后到送样测试前的存储过程中，应将取样管/气体取样钢瓶放置于阴凉处(环境温度宜小于30℃),避免阳光暴晒，存储时间不大于20d。运输过程中应将取样管/气体取样钢瓶放置于阴凉处，避免阳光暴晒导致密封垫圈老化，同时尽可能避免全金属取样管/气体取样钢瓶发生碰撞，以防气体泄漏。样品测试主要采取两种方法：一种是采用便携式以实现样品的快速采集与实时分析；另一种是不具备现场测试条件的，则采用室内实验室质谱分析仪器。质谱检测方法见GB/T18340.2与SY/T5238,本文件只介绍现场碳同位素光谱仪的测试流程。样品分析前应在信息栏输人样品区块名称、开发层位、井号、井深、时间、序次等标识信息。每次样品分析前应进行5～10次标准物质测试，要求与天然气碳同位素国家标准物质差值小于查看测试谱图，并记录相应各峰起止位置，按对应的配置文件导出对应的测试数据。4NB/T11338—2023的标准物质分析结果进行修正校准，校正方法见公式(1):δuu=δna-(δsa-gn-δu)………………(1)对比3个平行样品的碳同位素值，排除因漏气而导致的碳同位素明显变重的样本(相对另外两个样本差值大于1‰),取有效值的平均值作为该时间点页岩气井产气的碳同位素值。根据样品分析情9吸附气/游离气比例确定9.1根据页岩气井储层参数(储层初始压力、初始同位素值等)和工程参数(水平井长、半缝长等)9.6在初始条件和边界条件的限制下求解人工裂缝、基质孔隙内气体流动的控制方程组，获取人工9.7根据求解得到的压力场分布，进一步对储层内的气体压力和覆盖率进行体积积分，可9.9借助实测的日产气量和日产气同位素数据，拟合标定9.7和9.8中的理论计算值，优化获取页岩储层的关键参数，包括裂缝导压系数、基质孔内2CH₄扩散系数、1CH₄扩散系数、Langmuir常数和9.10获取页岩储层的关键参数后，将优化参数代入9.2和9.3建立的控制方程组中，随后通过9.4~5全金属取样管专门设计用以保存天然气样品，良好的密闭性能够保证样品不发生逸散而产生同位素分馏。全金属取样管主要由三部分组成：管身、螺旋顶塞、气门嘴，见图A.1。管身采用铝合金材质，轻便且具有较好的承压能力。螺旋顶塞与管身的连接采用密封垫圈加金属斜面硬压咬合双重密封结构，保证密封性。气门嘴采用成熟精密加工技术，通放气灵敏，密封性良好。全金属密封管顶部结构见图A.2,金属取样管容积60mL,最高承压为0.5MPa,有效储存时间30d。图A.1全金属密闭管结构图图A.2全金属密封管顶部结构图62SnppavpeMPe2SnppavpeMPeevp取样器专门用来配合取样管完成现场取气作业，取样器结构见图B.1。取样器进气端通过M2接口连接至采气树低压管汇，出气端通过气体阀门连接全金属取样管。取样器具有减压功能，进气端压力最高可达25MPa,出气端压力可通过阀门调节，调节出气压力0MPa～0.5MPa。采气时，先通过两端气体阀门使全金属取样管形成通路，进行样气冲洗，然后取下远端气体阀门，调节出气压力调节出气压力表出气压力表0.3MP₂6导气管线出气压力调节阀近端气体阀门连接软管远端气体阀门进气压力表ISMPa67(资料性)采样过程中的信息记录表见表C.1。基础信息记录井号/井位层位储层温度℃井口压力生产方式累计产量井口气监测记录取样管/钢瓶编号采气日期YYYY-MM-DD采气时间日产量井底压力日排液备注·的表D.1甲烷碳同位素分析数据表耦号采群时间分析时间YYYY-MM-DD-hh碳同位素值，%取值CCCCCC9NB/TNB/Tp——裂缝内CH₄的气体压力，单位为帕斯卡(Pa);E.2页岩气井生产过程基质孔隙内游离态与吸附态2CH₄、3CH₄耦合流动的控制方程组见公式p——基质内CH₄气体压力，单位为帕斯卡(Pa);D——基质孔隙内CH₄的扩散系数，单位为平方米每秒(m²/s);NB/T11338—2023 Ocn(4)—1Ocn₄(4)—t;NB/T11338—2023FGR(4)——t;时刻游离气比例，用百分数表示(%);0——吸附态2CH₄的覆盖率，用百分数表示(%);0*吸