DB50∕T 961-2019 页岩含气量测试技术规范

ICS E 11 75.060 DB50 重庆市地方标准DB50/T 961-2019 页岩含气量测试技术规范 Measurement and technical specification of shale gas content 2019-12-30 发布 2020-04-01 实施 重庆市市场监督管理局 发布 DB50/T 961-2019 目次前言 . III 1范围 . 1 2规范性引用文件 . 1 3术语和定义 . 1 3.1 页岩总含气量 shalegascontent . 13.2 解吸气量 desorbedgas . 13.3 损失气量 lostgas . 13.4 损失时间 losttime . 13.5 残余气量 residualgas . 13.6 储层温度 reservoirtemperature . 23.7 高温解吸 hightemperaturedesorption . 24仪器设备及材料 . 2 4.1 页岩含气量解吸装置 . 24.2 残余气量测试装置 . 24.3 电子称 . 24.4 氯化钠水溶液 . 34.5 数据处理装置 . 35测试前准备 . 3 5.1 检测测试装置气密性 . 35.2 称量设备校核 . 35.3 加热恒温装置温度设定 . 35.4 解吸罐准备 . 46样品采集 . 4 6.1 采样要求 . 4 6.2 采样步骤 . 4 7解吸气量测试（排水-称重法） . 4 7.1 储层温度解吸 . 4 7.2 高温解吸 . 4 8残余气量测试（理想气体状态方程法） . 5 9损失气量恢复（曲线多项式法） . 5 9.1 损失时间计算 . 5 9.2 损失气量计算 . 5 10 含气量计算 . 6 IDB50/T 961-2019 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 气体体积换算 . 6 解吸气含量计算 . 7 损失气含量计算 . 7 残余气量计算 . 7 页岩总含气量计算 . 8 数据修约 . 8 11 测试记录 . 8 附录 A（资料性附录） . 9 附录 B（资料性附录） . 10 II DB50/T 961-2019 前言本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由重庆市规划和自然资源局提出并归口。 本标准主要起草单位：重庆地质矿产研究院、页岩气勘探开发国家地方联合工程研究中心、自然资 源部页岩气资源勘查重点实验室、中国石油大学（北京）、自然资源部重庆矿产资源监督检测中心。 本标准主要起草人：焦伟伟、张烨、朱振忠、李金平、贺培、马勇、邵杰、姚立朋、方光建、栾进 华、汪生秀、曾春林、张志平、雷治安、夏海帮、余川、张雪梅、卢小海、张海杰、汪威、陆朝晖、王 巧丽、张跃磊、郭东鑫、张华莲、余忠樯、蒙春、赵迪斐。 本标准是首次发布。 III DB50/T 961-2019 页岩含气量测试技术规范 1 范围 本标准规定了页岩解吸气含量测试方法（排水-称重法）、页岩残余气含量测试方法（理想气体状 态方程法）和损失气含量恢复方法（曲线多项式法）。 本标准适用于页岩气钻井过程中获取的页岩岩心样品的含气量测定。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T23561.2-2009 煤和岩石物理力学性质测定方法第2部分：煤和岩石真密度测定方法 SY/T6940-2013 页岩含气量测定方法 3 术语和定义 SY/T6940-2013 界 定 的 以 及 下 列 术 语 和 定 义 适 用 于 本 文 件 ， 为 了 方 便 使 用 我 们 重 复 列 出 了 SY/T6940-2013中的术语。 3.1 页岩总含气量 shalegascontent 单位质量页岩中所含天然气折算到0 、101.325 kPa时的体积。本标准中页岩总含气量是指解吸气 含量、损失气含量和残余气含量之和。 注：根据赋存状态页岩气包括吸附气、游离气和溶解气；按测量过程分为解吸气、损失气和残余气。 3.2 解吸气量 desorbed gas 一定质量页岩样品装入样品解吸罐中密封后，在一定温度、压力条件下从页岩样品中解吸出来的气 体体积。本标准中解吸气含量是指单位质量页岩所含的解吸气体积。 SY/T6940-2013，定义3.2 3.3 损失气量 lost gas 一定质量页岩样品钻遇或从井底开始提取到封入解吸罐之前逸散出的气体体积。 标准中损失气含 本量是指单位质量页岩中所含的损失气体积。 SY/T6940-2013，定义3.4 1DB50/T 961-2019 3.4 损失时间 lost time 用于计算损失气量的时间，用分钟表示。对于清水或泥浆取心，损失时间为地面暴露时间加上井下 时间（起钻至岩心到达井口时间）的一半；钻井循环介质为泡沫或空气条件下，损失时间为钻遇地层到 岩心封罐的时间。 SY/T6940-2013，定义3.5 3.5 残余气量 residual gas 一定质量经解吸后的页岩样品经粉碎释放出的气体体积。 标准中残余气含量是指单位质量页岩中 本所含的残余气体积。 SY/T6940-2013，定义3.3 3.6 储层温度 reservoir temperature 实验样品所处原始地层温度。 根据周围井资料推算得到， 可根据钻井井筒测温资料或根据井深、 可也地温梯度和当地常年地表平均温度计算确定。 3.7 高温解吸 high temperature desorption 本标准规定的90 恒温解吸。 4 仪器设备及材料 4.1 页岩含气量解吸装置 4.1.1 页岩含气量解吸装置的主要技术特性 具有以下技术特性的解吸装置可满足测试要求： a) 测试原理：封装在解吸罐中的页岩岩心所析出的气体，经管路进入到充满饱和氯化钠水溶液的 密封罐，并排驱出相应体积的氯化钠水溶液。采用高精度质量传感器自动计量密封罐排出氯化 钠水溶液的质量，通过体积-质量关系换算出实际排出液体的体积，即气体体积。该方法可以 实时进行析出气体体积测量和密集采集解吸数据。 b) 解吸装置主机主要包括恒温解吸装置和气体计量装置。恒温解吸装置主要由解吸罐、恒温装置 组成；气体计量装置主要由密封罐、水槽、质量传感器、温度传感器、大气压力传感器和电脑 等组成，结构示意图参见附录 A 附图 A.1。 4.1.2 解吸罐：材质抗压、抗碰撞，内径 7 cm12 cm，高度 20 cm30 cm，具有单行开关阀，耐压大 于 0.3 MPa 气密性。 4.1.3 气体计量检测装置：量程大于 300 mL，采用排水法原理进行测定，自动读数与记录，精度0.1 mL；配置环境温度传感器：精度0.5 ；配置大气压力传感器：60 kPa500 kPa，精度1 kPa；配置密 封监测装置。 24.1.4 恒温装置：水浴加热，常温100 ，精度0.5 。 4.1.5 温度计：0 100 ，精度1 。 4.1.6 气压表：60 kPa500 kPa，精度1 kPa。 4.1.7 橡胶软管：内径 3 mm6 mm。 4.1.8 快速接头。 4.1.9 气体收集装置。 4.2 残余气量测试装置 具有以下技术特性的测试装置可满足测试要求： DB50/T 961-2019 a) 测试原理： 据理想气体方程 PV=nRT 关系， 定封闭容器内样品破碎前后的温度和压力变化， 根测通过计算达到测定残余气体含量的目的。 c) 残余气量测定装置主要部件包括：压力传感器、温度传感器、破碎装置、电脑等，结构示意图 参见附录 A 附图 A.2。 4.3 电子称 最大量程10 kg，精度1 g。 4.4 氯化钠水溶液 4.4.1 材料 工业级或优于工业级的氯化钠。 4.4.2 饱和氯化钠水溶液配制 将常温水中加入过量的氯化钠，不断搅拌直至溶液饱和，水中有未溶解氯化钠。 4.5 数据处理装置 配套相应的数据处理软件、计算机。 5 测试前准备 5.1 检测测试装置气密性 测试设备使用前，按以下要求进行气密性检测并记录： a) 解吸罐气密性。使用加压工具（如打气筒）对解吸罐加压到不低于 0.3 MPa，24 h 内压力下降 小于 0.01 MPa； b) 气体体积计量装置。使用含气量解吸仪配置的数据采集与处理软件检测气密性，保持 30 min 内，气体计量体积变化量小于 5 mL。 5.2 称量设备校核 使用标准物质，如砝码，对实验中所用的电子天平进行校核。 5.3 加热恒温装置温度设定 3DB50/T 961-2019 在待测样品装入解吸罐前，将恒温装置调至预设的解吸温度。一般情况下，加热恒温温度设定为储 层温度。 5.4 解吸罐准备 对空的密封罐质量进行校正，质量归零；装样前解吸罐内盛满氯化钠水溶液，避免出现顶空。 6 样品采集 6.1 采样要求 6.1.1 时间要求 采样时间应尽量缩短，从钻遇地层到取出岩心所用时间，不宜大于24 h，岩心在空气中暴露时间不 宜超过30 min，超过30 min的样品应特别标注，所测数据只能提供参考。 6.1.2 规格要求 样品质量在0.5 kg5.0 kg（不包括泥浆、沙土等外来物） 以解吸罐容积的2/3为宜。 ，6.2 采样步骤 6.2.1 采样 岩心出筒后，选择并量取样品，擦拭干净样品表面粘附物后称重。 6.2.2 装样 所采样品按钻遇地层顺序迅速装入充满氯化钠水溶液的解吸罐并密封。 6.2.3 记录 记录应包含以下内容： a) 地质资料：井号、井位、目的层、储层温度、工作场所的环境气温和环境大气压； b) 钻井液资料：钻井液性质、钻井液出口温度； c) 时间参数：采样日期、钻遇地层时间、起钻时间、到达井口时间、封罐时间； d) 样品资料：原始编号、取心井段、取样深度段、取心筒次、解吸罐号、样品质量； e) 记录人。 7 解吸气量测试（排水-称重法） 7.1 储层温度解吸 储层温度解吸包括以下内容： a) 装样并解吸。 装有样品并密封好的解吸罐置于已达到预设温度的页岩气解吸仪的恒温装置中， 将用软管将解吸罐与气体体积计量装置连接，开始解吸并定时进行气体体积、环境温度（Pm）、 大气压力（Tm）数据采集； b) 记录时间间隔设定。样品开始解吸后，最初 30min 内每隔 1 min 记录一次数据；其后的 1h 内 以每隔 5min 记录一次数据；再之后的 1h 内以每隔 10min 记录一次数据，之后以每隔 15min 记录一次数据 ，直到解吸终止； 4DB50/T 961-2019 c) 储层温度解吸终止的条件。连续 2h 储层温度下解吸气体积增量均值小于 0.2 cm3kg-1h-1。 7.2 高温解吸 高温解吸包括以下内容： a) 温解吸开始条件。连续 2h 储层温度下解吸气体积增量均值小于 0.2 cm3kg-1h-1，开始本阶 段测试； b) 高温条件页岩解吸。将已完成储层温度条件解吸并密封在解吸罐内页岩样品置于 90 恒温水 浴锅内，其它条件同储层温度解吸; c) 记录时间间隔设定。样品开始高温解吸后，每隔 15 min 记录一次数据，直到高温解吸终止限； d) 高温解吸终止条件。在设定的高温条件下解吸，连续 2h 解吸气体积增量均值小于 0.2 cm3kg-1h-1； e) 高温解吸阶段所测含气量可根据需要单独计算。 8 残余气量测试（理想气体状态方程法） 基于理想气体状态方程法的残余气测试包括以下内容： a) 样品预处理，将现场解吸过的样品用锡箔纸和保鲜膜密封，测定岩心样品质量 m2 和样品体积 （岩心样品均为规则圆柱体）V 岩样； b) 测定实验地点大气压值（Pm）和环境温度（Tm），读取并记录样品仓体积 V 样品仓和击打铁环体 积 V 铁环； c) 密封检测，真空泵对密封仓进行真空处理，监测实时温压变化，曲线斜率变化小于 0.002，检 测成功； d) 将待测样品及击打块放置于粉碎釜的釜体内，快速密封； e) 安全气囊密封样品仓，测量仓内气体的压力和温度，持续测定，时间间隔为 20s，测得 20 组 数据，取平均值，得到第一压力 P1 和第一温度 T1； f) 启动电磁碎样模块，将待测样品粉碎至 0.15mm（100 目）以下； g) 粉碎完成后，立即测定样品仓内气体的压力和温度，初始测定的压力和温度作为第二压力 P2 和第二温度 T2； h) 粉碎样品取出做真密度实验测定r真密度，根据样品质量求取岩样骨架体积 V 骨架。岩石真密度实 验参照 GB/T 23561.2-2009 执行； i) 根据所述第一压力和第一温度、第二压力和第二温度，计算所述待测样品所含残余气体积。 9 损失气量恢复（曲线多项式法） 9.1 损失时间计算 损失时间的确定按SY/T6940-2013中8.4.1进行。 9.2 损失气量计算 9.2.1 计算方法 采用多项式回归法计算损失气量，以时间的平方根为横坐标，以各个时间点的页岩标准状态下累计 气量为纵坐标。取解吸初期具有曲线关系的解吸数据进行多项式回归，得到回归曲线，将曲线的反向延 长线与纵坐标轴相交，相交点的纵坐标绝对值即为标准状态下的损失气量。 5DB50/T 961-2019 9.2.2 数据处理步骤 曲线多项式法计算损失气量包括以下步骤： a) 以损失时间为解吸起始时间，编制时间平方根-累计解吸气量数据表； b) 绘制时间平方根-累计解吸气量关系曲线图（参见图 1）； c) 对具有曲线关系的解吸初期时间段内的数据进行多项式回归计算，绘制回归线，求取回归 方程。 9.2.3 回归计算的方法与原则 多项式回归方程，依此进行回归计算： 式中： Vlost = at2 + bt0 - c （1） 0Vlost标准状态下的累计气量，cm3； t0时间（损失时间+解析时间）的平方根，min1/2； c所求的损失气量，cm3； a多项式回归曲线的二次项系数，无量纲； b多项式回归曲线的一次项系数，无量纲。 图1 损失气量计算方法图解 10 含气量计算 10.1 气体体积换算 现场解吸和残余气测定所得的气体体积应换算到温度0 、 力101.325 kPa下， 算公式见公式 2） 压换（： 273.15 Pm Vm Vstp = . (2) 101.325 (273.15 + Tm ) 6式中： Vstp标准状态下的气体体积，cm3； Pm工作场所大气压力，kPa； Tm 工作场所环境温度，； Vm 所测得的气体体积，cm3。 10.2 解吸气含量计算 储层温度解吸气含量计算公式（3）： DB50/T 961-2019 Gsd = Vd m1 . (3) 高温解吸气含量计算公式（4）： Gsd = Vd m1 . (4) 式中： Gsd储层温度解吸气含量，cm3/g； Vd储层温度解吸气量，cm3； Gsd高温解吸气含量，cm3/g； Vd 高温解吸气量，cm3； m1 样品总质量，g。 10.3 损失气含量计算 损失气含量计算见公式（5）： Gsl = Vlost m1 . (5) 式中： Gsl损失气含量，cm3/g； Vlost曲线多项式法计算得到的损失气体积，cm3； m1 样品总质量，g。 10.4 残余气量计算 10.4.1 根据 PVT 关系计算残余气体积见公式（6）： 273.15 P2 V2 273.15 P1 V1 式中： Vr = -101.325(273.15 + T2 ) 101.325 (273.15 + T1 ) . (6) Vr残余气体积，cm3； T1 第一温度，； T2 第二温度，； P1 第一压力，kPa； P2 第二压力，kPa； V1 粉碎釜内部容积与待测样品的体积之差，cm3，V1=V样品仓-V铁环-V样品； V2 样品破碎后样品仓内部体积与粉碎后样品骨架体积之差，cm3，V2=V样品仓-V铁环-V骨架。 7DB50/T 961-2019 10.4.2 残余气含量计算见公式（7）： 式中： Gsr残余气含量，cm3/g； Vr残余气体积，cm3； m2 残余气样品质量，g。 10.5 页岩总含气量计算 页岩总含气量计算见公式（8）： Gsr = Vr m2 . (7) 式中： Gs 总含气量，cm3/g； Gsd 解吸气含量，cm3/g； Gsl 损失气含量，cm3/g； Gsr残余气含量，cm3/g。 10.6 数据修约 Gs = Gsd + Gsl + Gsr . (8) 计算数值精度要求按以下规定执行： a) 页岩含气量，单位为 cm3/g，修约至小数点后两位； b) 温度，单位为，修约至小数点后一位； c) 压力，单位为 kPa，修约至小数点后一位； d) 体积，单位为 cm3，修约至小数点后两位； e) 深度，单位为 m，修约至小数点后两位； f) 质量，单位为 g，修约至小数点后两位； g) 密度，单位为 cm3/g，修约至小数点后两位； h) 时间，单位为 min，修约到个位数。 11 测试记录 a) b) c) d) e) 解吸气量测定样品采集记录参见附录 B 附表 B.1； 解吸气量测定原始记录参见附录 B 附表 B.2； 残余气量测定样品记录参见附录 B 附表 B.3； 残余气量测定原始记录参见附录 B 附表 B.4； 页岩总含气量计算结果参见附录 B 附表 B.5。 8DB50/T 961-2019 AA 附录A （资料性附录） 页岩含气量解吸装置和残余气测试装置 A.1 页岩含气量解吸装置 1-电脑（显示及数据处理）；2-质量传感器；3-大气压力传感器；4-温度传感器；5-密封罐；6-水槽；7-负压泵； 8-进排液（水）管；9-恒温装置；10-解吸罐；11-阀 图A.1 页岩含气量解吸装置结构示意图 A.2 残余气测试装置 1-电脑（显示及数据处理）；2-压力传感器；3-温度传感器；4-破碎装置；5-阀 图A.2 残余气测试装置结构示意图 9DB50/T 961-2019 BB