页岩气吸附实验调研

1、精选优质文档-倾情为你奉上页岩气吸附特征实验1 实验区块国内：上扬子区志留系四川盆地（王社教，2009）；鄂尔多斯盆地上古生界太原组（郭少斌）；四川盆地下志留统龙马溪组（蒲泊伶，2010；方俊华，2010）；湘中地区泥盆-石炭系（罗小平，2012）；国外：Devonian页岩（Lu，1993）；Geysers地热矿区（Satik，1995）；加拿大英属哥伦比亚省东北的Jurassic和Devonian地层（Ross，2007）；英属哥伦比亚省东北部Gordondale Member页岩和上覆的Porker Chip页岩（Ross，2007）；加拿大英属哥伦比亚省东北部白垩纪早期及同期地层的页岩

2、（Chalmers，2008）；加拿大北英属哥伦比亚省DevonianMississippian (DM)和Jurassic页岩（Ross，2008）2 实验仪器吸附解吸：计算机自动控制高温吸附分析仪（Satik，1995）；体积法Boyles Law气体吸附仪器（Ross，2007）；高压体积法吸附仪（Chalmers，2008）；美国TerraTek公司的等温吸附解析仪IS-100型（方俊华，2010）罐解气测试（熊伟，2012）孔渗：Micromeritics Autopore IV 9500 Series来确定泥岩总的开启孔隙体积（Bustin，2007）；岩样在110下，抽真空干燥1

3、小时，除去所有的自由水合吸附水，之后使用压汞法确定孔隙大小（从0.004-206MPa，45个压力台阶）（Bustin，2007）。Poroperm-200型孔渗仪（熊伟，2012）；TOC：确定TOC含量的两种方法：1、使用CM5014CO2库仑计测定无机碳含量，Carlo Erba NA1500 CNS分析仪确定总碳含量，TOC含量（wt%）等于总碳含量减去无机碳含量；2、用Vinci Technologies Rock-Eval 6配合TOC模数直接求取（Chalmers，2008）。热成熟：使用粉碎岩样在Rock-Eval /TOC仪器上，按照标准的程序，通过热裂解的方法获得Tmax成

4、熟度的数据（Bustin，2007）；Rock-Eval Tmax（Chalmers，2008）总碳硫含量：Carlo Erba NA-1500分析仪，分析精度碳为2%，硫为5%（Bustin，2007）；无机碳含量：CM5014CO2库仑计，测试精度2%（Bustin，2007）。元素丰度：X衍射荧光分析，主要的识别成分为：SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、CaO、MgO、TiO2、P2O5、Na2O），结果精度为±3%（Na为±7%）（Bustin，2007）。矿物类型：X射线衍射（Bustin，2007）；有机地球化学性质：Rock-Eval 6（Chalme

5、rs，2008）；3 实验条件温度：25、37.78、50和60（Lu，1993）；80、100、120（Satik，1995）；30（Ross，2007；Bustin，2007；Chalmers，2008；方俊华，2010；罗小平，2012）；46、60、75、80、90（郭少斌）；70（王社教，2009）40（蒲泊伶，2010）压力：10.16MPa（郭少斌）9MPa（Ross，2007；Bustin，2007）8.28 MPa（蒲泊伶，2010）样品环境：干燥岩样、平衡水岩样（Ross，2007；Chalmers，2008；罗小平，2012）干燥岩样温度110下，抽真空干燥24h （Ro

6、ss，2007）平衡水岩样按标准ASTM D 1412-044 岩样制备样品粉碎为18-25目，在50-60下抽真空24小时备用（Lu，1993）；0.104-0.355mm、0.355-0.833mm、0.833-2.0mm、2.0mm（Satik，1995）；粉碎为粒度250m（Ross，2007；Bustin，2007；Chalmers，2008）；150g岩样捣碎到250m（Ross，2008）60-80目（方俊华，2010）5 结论TOC：TOC与吸附量之间呈弱-中等的正相关关系，说明TOC影响气体吸附能力，甲烷在有机成分上吸附（Bustin，2007）；干燥和水平衡页岩高压甲烷等温

7、吸附实验表明，随气体吸附随TOC有一个普遍的增加（Ross，2008）。将实测数据拟合后发现，页岩中吸附气含量与压力和有机碳含量呈正相关关系（蒲泊伶，2010）。TOC与总解吸气量存在明显的正相关关系，随着页岩的有机质含量的增加，页岩的总解析气量是增加的（熊伟，2012）；随着TOC的增加以及R0的增加，页岩的吸附能力增加；TOC相近的两块岩心，R0值越高吸附能力越强；R0相近的两块岩心，TOC越高吸附能力越强。（熊伟，2012）；孔隙度：页岩气藏的孔隙度与总解析气量并没有明显关系（熊伟，2012）；温度：温度变化对吸附影响不显著，而强烈地影响着解吸，随着温度的增加，吸附滞后现象更为显著（Sa

8、tik，1995）。在4690范围内，随温度升高吸附气量的变化趋势明显，总体下降，温度对饱和吸附量的影响很大；吸附实验只有在储层温度和压力下进行，才能真实反映泥页岩的吸附特性（郭少斌）；干酪根：计算了比容热，得出有机干酪根与粘土矿物相比具有更大的吸附热。Langmuir模型适用于单温度下，而Bi-Langmuir是温度和压力的函数，更适合多个温度下的吸附情况。（Lu，1993）水分：水分的存在使TOC与气体吸附之间的关系变复杂。同一样品水平衡条件下的吸附能力低于干燥条件下，是由于水具有占据潜在吸附位的能力。但干样品的吸附能力在运用上有局限性，因为它不能体现储层的原地条件（Bustin，2007

9、）。水分在气体吸附中，起到稀释的作用（Ross，2008）。热演化程度：吸附气体的能力由热演化程度决定。在有机物和水分含量像近的情况下，高热演化程度的泥岩样品吸附气体的能力更强（Bustin，2007）。推测成熟度过高是导致吸附能力较低的主要原因（王社教，2009）。无机成分：对于Gordondale Member和Poker Chip页岩样品来说，无机成分（主要为石英、方解石和粘土）对气体的吸附能力有重大影响。泥岩和页岩含有的硅酸盐（粘土）分数高，具有更高的平衡水含量，因此降低了其吸附气体的能力。但其能提供更大的开启孔隙百分数，因此自由气体可以存在，提高总的气体储量（Bustin，2007）

10、。无机物影响页岩众多的孔隙大小、总孔隙度和吸附能力。粘土矿物能够在其中间结构中吸附气体，吸附量取决于粘土类型（Ross，2008）。微孔体积：D-M页岩，甲烷吸附量随TOC和微孔体积的增加而增加，表明与有机质含量有关的微孔孔隙度是影响甲烷吸附的主要因素。而Jurassic页岩的吸附能力在一定程度上与微孔体积无关，富有机质Jurassic页岩巨大的储气能力，与表面积无关，表明一部分的甲烷通过溶解于基质沥青中得以储存。而溶解的甲烷不是D-M页岩气体储集的重要组成部分。D-M有机物在热演化过程中结构的转变生成或开启了微孔，其使气体得以吸附储集。因此，D-M页岩单位质量（wt%）TOC吸附的甲烷量大于

11、Jurassic页岩（Ross，2008）。粘土矿物：对于干燥基，伊利石和蒙脱石与高岭石相比有更大的吸附能力，由于它们具有更大的微孔体积和表面；而水平衡基，高岭石吸附更多的甲烷，这是由于其水分含量为2.9wt%，而伊利石为5.9%，蒙脱石为19%（Ross，2008）。国内部分2009-上扬子区志留系页岩气成藏条件王社教等，对四川盆地长芯1井120m处所取岩心开展了70的等温吸附实验，该样品为志留系龙马溪组黑色页岩，有机碳含量为 5.9，成熟度为 3.2 6%。在70等温条件下，随着压力增高，页岩吸附甲烷的能力逐渐增大，在压力达到8.5 MPa时，页岩的甲烷吸附能力达到l m3t。推测成熟度过

12、高是导致吸附能力较低的主要原因。2010-四川盆地下志留统龙马溪组页岩气成藏条件及有利地区分析蒲泊伶等，在温度为 40 、湿度为1.68% 2 .25%、甲烷浓度为99.999% 的实验条件下进行的等温吸附实验表明, 龙马溪组页岩具有较强的吸附气体的能力。龙马溪组页岩的压力系数可达1.4 1. 89，埋深大致为0 3 000m，选定8. 28MPa作为地层平均压力，在 8.28 MPa 下页岩的吸附气含量为1.12 1.74m3/ t，平均为1.28 m3/ t。将实测数据拟合后发现，页岩中吸附气含量与压力和有机碳含量呈正相关关系。2010-页岩等温吸附异常初探方俊华等，对9个下志留统龙马溪组

13、的页岩样进行了等温吸附实验, 采用美国T e r r aTek公司的等温吸附解析仪I S-10 0型，实验前页岩样经平衡水分处理，温度为3 0。将页岩样品破碎到小于6 0-8 0目(0 . 2 5 mm )，再进行筛分分析，以确定样品的粒径分布。页岩样的水分含量达到平衡，就分别将80150g的样品密封在两个不同实验缸内。在压力点早期，以0.01s的间隔收集数据，而在压力点晚期，则以0. 1min的间隔收集，连续进行，直30min内压力变化小于要求值为止。逐渐加压至最终压力。结果表明，压力在1034kPa时，页岩吸附量达到最大值，随后，随着压力的增加，吸附量逐渐减少，等压力达到一定程度时，吸附量

14、减少到负值，出现所谓的“倒吸附”现象。倒吸附的原因：1、煤与页岩在粘土矿物含量含量等方面不同；2、煤与龙马澳黑色页岩中有机组分存在方式不同；3、CH4的超临界赋存。建议：1、选用新鲜样品粉末进行等温吸附实验；2、确立页岩实验测试的最佳粒度；3、选取新参数作为评价依据。2012-湘中拗陷泥盆石炭系海相泥页岩地球化学特征及等温吸附性能罗小平（2012），借用煤岩 Langmuir等温吸附实验方法，在30下测定了湘中地区泥盆-石炭系3个实验样品的平衡水与空气干燥条件下的等温吸附曲线。实验结构说明石炭系泥页岩已经趋近于达到最大埋深对应的压力。泥盆系2个样品还未达到最大埋深对应的压力，因而没有达到饱和吸

15、附。2012-页岩的储层特征以及等温吸附特征熊伟（2012），利用Poroperm-200型孔渗仪对该页岩气藏的岩心进行孔隙度与渗透率测量，实验中渗透率的测试方法为脉冲测试法，发现该页岩的孔隙度主要分布在0.01%5%，渗透率主要分布在0.0000110mD，页岩的孔隙度与渗透率没有明显的相关关系。采用罐解气测试方法，测量了页岩总解吸气量。研究了孔隙度与TOC对总解吸气量的影响。实验结果表明，该页岩气藏的孔隙度与总解析气量并没有明显关系，TOC与总解吸气量存在明显的正相关关系，随着页岩的有机质含量的增加，页岩的总解析气量是增加的。对6块岩心进行了等温吸附实验，发现页岩的吸附遵循Langmuir

16、等温吸附关系。对比研究了TOC和R0对页岩吸附能力的影响，实验结果表明，随着TOC的增加以及R0的增加，页岩的吸附能力增加；TOC相近的两块岩心，R0值越高吸附能力越强；R0相近的两块岩心，TOC越高吸附能力越强。用等温吸附方法正确评价泥页岩吸附气含量郭少斌选择了鄂尔多斯盆地上古生界太原组同一取样点富有机质泥岩样品进行等温吸附实验，实验的最高压力为 10.16兆帕，实验分别在 46、60、75、80、90温度下进行。实验表明，随等温吸附实验温度的升高，吸附气量呈下降趋势。在 4690范围内，随温度升高吸附气量的变化趋势明显，总体下降，说明温度对饱和吸附量的影响很大；在等温条件下，泥页岩吸附甲烷

17、气量开始随着压力增大而增加，等吸附甲烷气量达到饱和后又随着压力增大而趋于平稳。因此吸附实验只有在储层温度和压力下进行，才能真实反映泥页岩的吸附特性。利用拟合曲线，计算储层条件下的吸附量。国外部分1993-Adsorption Studies of Natural Gas Storage in Devonian ShalesLu等（1993），使用自行研制的容积法吸附测量装置，测量了多个温度下的Devonian页岩吸附等温线，并对比了在曲线拟合中对比了Langmuir与Bi-Langmuir模型的适应性。实验选用了三个样品，两个页岩样品，一个伊利石样品。CSW2页岩样品来自Virginia东部的

18、井，Antrim-7页岩样品来自Michigan的井。两个页岩样品粘土矿物含量相当，但Antrim-7样品的TOC值远大于CSW2样品。将样品粉碎为18-25目，在50-60下抽真空24小时备用。分别测出了，三个样品在25、37.78、50和60下的甲烷吸附等温线。计算了比容热，得出有机干酪根与粘土矿物相比具有更大的吸附热。Langmuir模型适用于单温度下，而Bi-Langmuir是温度和压力的函数，更适合多个温度下的吸附情况。1995-A Study of Adsorption of Gases in Tight Reservoir RocksSatik等，运用实验和数值模拟的方法，研究了

19、致密储层吸附滞后环以及温度对吸附的影响。研究表明，温度变化对吸附影响不显著，而强烈地影响着解吸，随着温度的增加，吸附滞后现象更为显著。实验仪器为：计算机自动控制高温吸附分析仪实验仪器简图实验岩样取自Geysers地热矿区吸附实验中，讨论了温度与粒度对吸附过程的影响。实验温度分别为80、100、120，实验样品粉碎为四种不同的粒度：0.104-0.355mm、0.355-0.833mm、0.833-2.0mm、2.0mm。提出0.355mm粒度的岩样适宜用于实验，反映吸附行为全过程。不同粒度下的吸附曲线（a2.0mm、b0.8332.0m、c0.1040.355mm、d0.3550.833mm）

20、2007-Impact of mass balance calculations on adsorption capacities in microporous shale gas reservoirsRoss等，分别进行了粘土页岩和人造沸石吸附N2和甲烷的实验，讨论了氮气吸附质量平衡计算孔隙体积，进而评价吸附能力的不足。页岩样品选自加拿大英属哥伦比亚省东北的Jurassic和Devonian地层。样品质量约为200g，粉碎为粒度250m，制成干燥和水平衡状态样品。实验压力从0.255MPa。使用测定体积的Boyles Law气体吸附仪器得到30.0下的甲烷吸附等温线。使用高精度压力传感器（精

21、度0.05%），吸附压力点采集到9Mpa。在吸附实验前，使用N2进行气密性测试。设备试压到9MPa，12小时内，每15分钟读取一次压力值。在30下制备水平衡样品，因为30被认为是储层的温度。水平衡样品在真空干燥容器内饱和硫酸钾72h；干样在温度110下，抽真空干燥24h。2007-Shale gas potential of lower Jurassic Gordondale member ,northeastern British Columbia ,CanadaRoss和Bustin等，研究了泥页岩组分与气体吸附能力之间的关系。评价页岩资源的重要参数包括：总有机碳含量（TOC）、成熟度、矿

22、物质、孔隙度、渗透率和厚度。页岩样品来自英属哥伦比亚省东北部Gordondale Member页岩和上覆的Porker Chip页岩。评价了有机物无机物分数、湿度、热成熟度以及孔隙度对页岩吸附能力的影响。将实验结果与Gordondale Member物性参数，如TOC、厚度以及热成熟度综合，来评价英属哥伦比亚省东北部Gordondale Member页岩储层的储集能力。实验样品38块（其中四块来自Poker Chip页岩）。使用Carlo Erba NA-1500分析仪确定38块泥页岩、含钙泥岩、泥灰岩和页岩样品的总碳硫含量。分析精度碳为2%，硫为5%。使用CM5014CO2库仑计来确定无机碳

23、（碳酸盐）含量，总无机碳含量测试精度2%。样品的元素丰度由X衍射荧光分析确定，主要的识别成分为：SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、CaO、MgO、TiO2、P2O5、Na2O），结果精度为±3%（Na为±7%）。由X射线衍射确定整体的矿物类型。使用粉碎岩样在Rock-Eval /TOC仪器上，按照标准的程序，通过热裂解的方法获得Tmax成熟度的数据。使用体积法Boyles Law气体吸附仪器测定30下，高压甲烷吸附等温线。样品的压力点搜集到9Mpa。将150g水平衡样品在换装粉碎机中粉碎至250m。水平衡样制备方法按ASTM（2004）。使用Micromeritic

24、s Autopore IV 9500 Series来确定泥岩总的开启孔隙体积。岩样在110下，抽真空干燥1小时，除去所有的自由水合吸附水，之后使用压汞法确定孔隙大小（从0.004-206MPa，45个压力台阶）。结论：1、TOC与吸附量之间呈弱-中等的正相关关系，说明TOC影响气体吸附能力，甲烷在有机成分上吸附。2、水分的存在使TOC与气体吸附之间的关系变复杂。同一样品水平衡条件下的吸附能力低于干燥条件下，是由于水具有占据潜在吸附位的能力。但干样品的吸附能力在运用上有局限性，因为它不能体现储层的原地条件。3、吸附气体的能力由热演化程度决定。在有机物和水分含量像近的情况下，高热演化程度的泥岩样品

25、吸附气体的能力更强。4、对于Gordondale Member和Poker Chip页岩样品来说，无机成分（主要为石英、方解石和粘土）对气体的吸附能力有重大影响。泥岩和页岩含有的硅酸盐（粘土）分数高，具有更高的平衡水含量，因此降低了其吸附气体的能力。但其能提供更大的开启孔隙百分数，因此自由气体可以存在，提高总的气体储量。2008-Lower cretaceous gas shales in northeastern British columbia,part2-evaluation of regional potential gas resourcesChalmers和Bustin，研究了英属

26、哥伦比亚省东北部白垩纪早期及同期地层的页岩气潜在储量。分析了215快岩心样品的甲烷吸附能力，水分含量及总孔隙度。Rock-Eval 6分析确定有机地球化学性质；Rock-Eval Tmax确定热成熟度最高程度。基础数据为：TOC为0.2-16.99wt%，平均2.52wt%；有机物为、型干酪根混合；水分含量1.5-11wt%，平均为4.6wt%；静水压力下，甲烷吸附能力0.03-1.86cm3/g，平均0.53cm3/g；孔隙度0.7%-16%，平均6.5%；静水压力下，总的储气能力1.49-14.5cm3/g，平均5.7cm3/g。确定TOC含量的两种方法：1、使用CM5014CO2库仑计测定无机碳含量，Carlo Erba NA1500 CNS分析仪确定总碳含量，TOC含量（wt%）等于总碳含量减去无机碳含量；2、用Vinci Technologies Rock-Eval 6配合TOC模数直接求取。高压体积法吸附仪器测定样品的甲烷吸附能力。所有样品捣碎到过60目（250m）筛。样品置于30饱和KCl的空气中获得平衡水（ASTM D 1412-04）。实验温度均控制在30（±0.1）。水分含量通过抽真空、干燥，测量重量损失得到。2008-The importance of