一种快速评价页岩气井产能的方法及装置与流程

本发明涉及非常规油气勘探开发技术领域，特别是涉及一种快速评价页岩气井产能的方法及装置。

背景技术：

页岩气井的产能评价分为现场和实验室评价，其中有气体解吸气量和同位素相对变化的方法。同位素监测评价产能的方式主要是通过在页岩气井生产过程中碳同位素分馏引起的同位素值的变化。同位素现场产能监测，采用了现场取样的方式，往往时间周期较长，受到生产活动的影响较大，并且人为取样过程中容易产生同位素分馏等不可控的风险，因此数据波动相对较大，并且容易漏采一些重要的时间段。同位素实验室模拟产能检测的样品采用岩心或者岩屑样品，人为的充注甲烷气体，模拟甲烷在实际地层中的赋存状态，由于样品尺寸相对较小，相比现场采样的方式具备了测试时间快、测试数据点多、测试条件可变可控的优势。前人研制的方法和实验室装置多采用取样和测样分离的方式，采用排水集气法进行气体样品的收集，利用质谱进行分析测量，岩心中充注甲烷的过程中，部分装置并未对岩心进行加温处理，温度对甲烷在页岩中的吸附是一个重要的影响因素，部分装置采用了岩屑进行测量，由于破碎后会增大吸附比表面积会增强吸附解吸引起的分馏，而削弱甲烷在岩心孔隙中的渗流作用导致的分馏，其对真实状态的表征不如岩心柱复合实际情况，故实验室采用碳同位素分馏作用必须将温度和样品尺度的因素也进行考虑。

由于以上因素的存在，实验室模拟页岩气井生产过程中碳同位素数据的方法与真实的采收情况之间的差异将会一定程度上制约页岩气井的产能评价。因此需要一种快速并且合理的评价页岩气井产能的方法和方法配套的设备。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种快速评价页岩气井产能的方法及装置，应用效果好。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种快速评价页岩气井产能的方法，包括步骤为：（1）对页岩气井页岩岩心样品进行甲烷充注；（2）对页岩岩心解吸过程中的甲烷碳同位素进行连续监测，得到甲烷碳同位素随时间的变化曲线和解吸气量随时间的变化曲线；（3）将步骤（2）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线与油田现场同位素录井工作中采集到的甲烷稳定碳同位素随时间和产气量的变化曲线对比建模，得到产气量的转换系数；（4）根据油田现场同位素录井工作中采集到的甲烷稳定碳同位素随时间变化曲线，确定单井产能和在开发中所处于的阶段，计算预计剩余的气含量和稳产的时间。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中甲烷充注是在一定温度和压力下进行的。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中对比建模是将步骤（2）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线的时间尺度放大到油田现场开发的时间尺度，得到步骤（2）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线的时间与油田现场开发的时间之间的转换系数，将步骤（2）得到的解吸气量随时间的变化曲线与油田现场实际的产气量曲线进行关联匹配，得到产气量的转换系数。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中对比建模是基于同位素随时间变化曲线的对比，根据横轴时间的拉伸比例来得到步骤（2）中的时间和油田现场开发时间之间的转换系数。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中对比建模是将采样曲线转化为微分曲线进行的对比通过计算得到的时间转换系数。

提供一种快速评价页岩气井产能的装置，包括岩心气体饱压罐、加热部件、甲烷气瓶、温度采集控制部件、真空泵、集气部件、压力采集部件、四通阀、控制终端、气体流量计、氧化池、同位素比光谱测定装置，所述加热部件包裹所述岩心气体饱压罐设置，所述甲烷气瓶与所述岩心气体饱压罐连接设置，所述温度采集控制部件与所述岩心气体饱压罐连接，所述岩心气体饱压罐、所述真空泵、所述集气部件和所述压力采集部件通过所述四通阀连接设置，所述温度采集控制部件、所述压力采集部件、所述气体流量计分别与所述控制终端连接，所述气体流量计设置在所述岩心气体饱压罐和所述集气部件的连接管道上，所述氧化池与所述集气部件相连，所述同位素比光谱测定装置与所述氧化池相连，所述快速评价页岩气井产能的方法采用所述快速评价页岩气井产能的装置进行。

在本发明一个较佳实施例中，所述岩心气体饱压罐采用分体设置，所述岩心气体饱压罐包括第一快拆式接头、岩心气体饱压罐体和第二快拆式接头，所述第一快拆式接头和所述第二快拆式接头分别位于所述岩心气体饱压罐体的上下。

在本发明一个较佳实施例中，所述温度采集控制部件采用卡插式与所述岩心气体饱压罐连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述集气部件包括推拉杆、活塞和筒身，所述活塞塞住所述筒身，所述推拉杆与所述活塞连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述筒身上设置有刻度。

本发明的有益效果是：本发明的快速评价页岩气井产能的方法及装置，能最大限度的模拟页岩气井现场开发过程中的温压条件，确保解吸过程中甲烷气体的变化都能被实时读取和记录，避免操作误差，具备操作的灵活性和数据建模上的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的快速评价页岩气井产能的装置一较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明中拟通过实验得到的同位素随时间的变化规律以及产气量随时间的变化图；

图3是本发明的快速评价页岩气井产能的方法一较佳实施例的流程图。

,具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图3，提供一种快速评价页岩气井产能的方法，包括步骤为：

（1）对页岩气井页岩岩心样品进行甲烷充注，甲烷充注是在一定温度和压力下进行的，具体以地层温度梯度3.5℃/100m，目前页岩气层的深度1700m-3000m，温度范围为：25℃-110℃，压力为20mpa左右；（2）对页岩岩心解吸过程中的甲烷碳同位素进行连续监测，得到甲烷碳同位素随时间的变化曲线和解吸气量随时间的变化曲线；（3）将步骤（2）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线与油田现场同位素录井工作中采集到的甲烷稳定碳同位素随时间和产气量的变化曲线对比建模，得到产气量的转换系数；（4）根据油田现场同位素录井工作中采集到的甲烷稳定碳同位素随时间变化曲线，确定单井产能和在开发中所处于的接单，计算预计剩余的气含量和稳产的时间。

步骤（2）中的连续监测能连续地记录甲烷碳同位素在页岩解吸过程中的变化，避免了甲烷气体收集和测试之间的由于分离产生的误差。此连续测量不仅包含了岩心解吸过程中碳同位素的测量，还包含了解吸过程中解吸气量的测量。

步骤（3）中所指的建模可以是多种方式，例如基于同位素随时间变化曲线的对比，根据横轴时间的拉伸比例来快速得到实验室时间和油田现场开发时间之间的转换系数；也可以是将采样曲线转化为微分曲线进行的对比通过计算得到的的时间转换系数。具体为：将步骤（2）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线的时间尺度放大到油田现场开发的时间尺度，得到步骤（2）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线的时间与油田现场开发的时间之间的转换系数，将步骤（2）得到的解吸气量随时间的变化曲线与油田现场实际的产气量曲线进行关联匹配，得到产气量的转换系数。

请参阅图1，提供一种快速评价页岩气井产能的装置，包括岩心气体饱压罐1、加热部件2、甲烷气瓶3、温度采集控制部件4、真空泵5、集气部件6、压力采集部件7、四通阀8、控制终端9、气体流量计10、氧化池11、同位素比光谱测定装置12，所述加热部件2包裹所述岩心气体饱压罐1设置，所述甲烷气瓶3与所述岩心气体饱压罐1连接设置，所述温度采集控制部件4与所述岩心气体饱压罐1连接，所述岩心气体饱压罐1、所述真空泵5、所述集气部件6和所述压力采集部件7通过所述四通阀8连接设置，所述温度采集控制部件4、所述压力采集部件7、所述气体流量计10分别与所述控制终端9连接，所述气体流量计10设置在所述岩心气体饱压罐1和所述集气部件6的连接管道上，所述氧化池11与所述集气部件6相连，所述同位素比光谱测定装置12与所述氧化池11相连。

所述岩心气体饱压罐1采用分体设置，所述岩心气体饱压罐1包括第一快拆式接头13、岩心气体饱压罐体14和第二快拆式接头15，所述第一快拆式接头和所述第二快拆式接头分别位于所述岩心气体饱压罐体的上下。所述岩心气体饱压罐体与所述第一快拆式接头和所述第二快拆式接头通过螺纹和橡胶密封圈密封设置。

所述集气部件6包括推拉杆16、活塞17和筒身18，所述活塞17塞住所述筒身，所述推拉杆与所述活塞连接。所述筒身上设置有刻度。所述集气部件6具备恒量气体进样模块，恒量气体进样依靠前端气体流量计的采集数据与筒身前后端的电池阀，通过控制终端来控制推拉杆以及v3阀和v4阀的开闭来实现恒定体积的气体进样功能。

所述快速评价页岩气井产能装置的工作过程为：

（1）取油田现场内存在同位素录井数据的页岩气生产井的目的层段的页岩岩心样品，所述同位素录井数据指的是油田现场同位素录井工作中采集到的甲烷稳定碳同位素随时间和产气量的变化曲线。

（2）将页岩岩心样品制成规格为25mm*60mm的样品，在60℃下烘干至恒重后置入岩心气体饱压罐1中，进行页岩岩心样品的甲烷碳同位素分馏连续监测实验。

（3）在所述甲烷气瓶与所述岩心气体饱压罐的连接管道上依次设置有调压阀19、气瓶连接开关20和v1阀21。打开气瓶连接开关20，再打开所述甲烷气瓶，调节调压阀，用所述甲烷气瓶里的参考甲烷气体排空甲烷气瓶和岩心气体饱压罐连接管道内的空气。

（4）所述温度采集控制部件采用卡插式的用电接头与所述岩心气体饱压罐进行连接，所述温度采集控制部件是市面上有售的产品。所述温度采集控制部件能够采集到所述岩心气体饱压罐内的温度，并能够对所述岩心气体饱压罐内的温度进行控制。

（5）打开v2阀22、v3阀23和v5阀24，使所述岩心气体饱压罐、所述真空泵和所述集气部件相通，对所述岩心气体饱压罐和所述集气部件进行抽真空处理，能避免空气对同位素测试值的影响。

（6）关闭v2阀22、v3阀23和v5阀24，打开v1阀21和气瓶连接开关20，将所述甲烷气瓶里的参考甲烷气体充注到所述岩心气体饱压罐中的页岩岩心样品中，使用调压阀控制充注的压力。

（7）采用温度采集控制部件对所述岩心气体饱压罐内充注时的温度进行控制，控制温度的目的在于模拟地层温度条件下岩心所含的最大含气量。

（8）甲烷气体在给定温度和压力条件下充注结束后，关闭v1阀和气瓶连接开关20，打开v2阀，通过压力采集部件即气体压力传感装置采集从所述岩心气体饱压罐中逸出的甲烷压力，并在控制终端上进行压力数据的记录。所述控制终端是市面上有售的产品。所述控制终端可以为电脑，压力传感器采集的数据可以通过串口连接到控制终端上进行显示和记录，温度的设置也可以进行记录，同时安装了同位素光谱数据采集软件可以对同位素光谱数据采集进行控制，这些记录和处理均是现有技术中能够实现的。

（9）所述气体流量计与控制终端相连，气体流量计采用累积模式记录通过的甲烷的体积。

（10）甲烷气体通过所述气体流量计进入到所述集气部件中。v3阀根据采集的累积的甲烷体积数据设置成aml的等体积间隔的开启，在开启v3阀时v4阀25为关闭状态。由于所述集气部件的进样杆具有一定的重量可能会阻碍低压微量气体的进入，故采用了推拉杆的设计。所述推拉杆是现在市面上有售的，所述推拉杆是用12v的直流电动推拉杆往复电机，最大行程是100mm，下端是类注射器结构，推拉杆连着注射器的推杆实现抽吸的功能。型号可以参考龙翔（五金）步进100mm的样式，但并不局限在这一样式型号。

（11）所述推拉杆与推拉杆制动部件26连接，所述筒身上设置有刻度，根据筒身上的刻度调节推拉杆的高度，实现固定体积的气体收集。

（12）当推拉杆将aml甲烷气体吸入到筒体中，关闭v3阀，打开v4阀，推拉杆制动部件控制推拉杆实现进样。

（13）甲烷气体经过高温氧化池，氧化池温度设置为850℃，使得甲烷转化为二氧化碳。

（14）在实验室下模拟页岩气井开发过程中页岩内甲烷碳同位素随解吸时间和解吸气量的变化，采用连续进样的方式经过氧化池转化的二氧化碳进入同位素比光谱测定装置进行碳同位素测量，测试结果记录在控制终端，最大限度的模拟油田现场的开发状况。得到在一定初始饱和甲烷压力和给定温度条件下，甲烷碳同位素随时间的变化曲线和解吸气量随时间的变化曲线，具体请参阅图2。

（15）将甲烷碳同位素随时间的变化曲线和解吸气量随时间的变化曲线按照斜率分为高产快速递减段、稳产段和枯竭段三个阶段，分别对应油田现场的页岩气井在生产开发过程中所经历的阶段。

（16）将在实验室中步骤（14）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线、解吸气量随时间的变化曲线与油田现场同位素录井工作中采集到的甲烷稳定碳同位素随时间和产气量的变化曲线进行对比建模处理；

（17）建模方式采用的是数据曲线对比的方式。将步骤（14）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线的纵坐标间隔调整和油田现场监测曲线一致，对实验室步骤（14）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线的横坐标进行放大，对齐曲线的数据起点，根据重合程度得到步骤（14）得到的甲烷碳同位素随时间的变化曲线的时间与油田现场开发的时间之间的转换系数，将实验室的岩心实验的以小时为计量的时间尺度放大到油田现场的以天或年为单位的计量。

（18）根据油田现场同位素录井工作中采集到的甲烷稳定碳同位素随时间变化曲线，通过对工区内其他页岩气井的单井甲烷碳同位素录井数据，对比同一口井同层位中的岩心的同位素实验室分馏实验数据，得到单井产能和在开发中所处于的阶段，计算预计剩余的气含量和稳产的时间，指导工区内页岩气井的开发。

本发明的实施例提供了模拟页岩气井开发过程中连续检测甲烷碳同位素变化的装置，基于同位素分馏的原理，模拟页岩气井开发环境，监测开发过程中甲烷碳同位素随时间的变化曲线，结合实际生产井的数据，提供了一种快速评价页岩气井的产能的方法。

本发明提供的方法和装置对比现有的方法和装置相比能在实验室尺度下最大限度的模拟页岩气井现场开发过程中的温压条件；整体设备不存在人为转移气体的过程，能保证解吸过程中甲烷气体的变化都能被实时读取和记录；连续的恒量进样能避免前人用排水法集气引起的操作误差。

本发明可以通过时间较短的岩心实验以及密集的采样点来获得页岩气井甲烷在不同温压条件下随时间变化的大量数据，相较时间较长的井场监测数据，具备操作的灵活性和数据建模上的优势。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。