页岩赋气状态定量预测方法、系统、设备及存储介质

1.本技术涉及页岩气含量定量预测技术领域，尤其是涉及一种页岩赋气状态定量预测方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.页岩油气储层中页岩气的赋存方式主要分为吸附态和游离态两种，另外还有少许的溶解气，因溶解气含量远低于吸附气和游离气，因此研究中通常被忽略。页岩气主要赋存于页岩储层孔隙系统中，而孔隙系统的尺度变化范围较大，一般被分为微孔(孔径<2nm)、介孔(2nm<孔径<50nm)和宏孔(孔径>50nm)。不同尺度孔隙的页岩气赋存状态、含量的定量预测，是含气性精细预测分析、有效储层精细评价的关键。
3.以往研究围绕孔隙系统中的总吸附气、总游离气含量进行量化分析，而不同孔径的孔隙中页岩气密度、吸附气含量、游离气含量的定量预测较为困难，制约了储层精细评价分析、含气量和页岩资源量的有效预测。需要突破总孔隙含气性预测方法的瓶颈，有效地对不同尺度下多维孔隙中页岩气赋存状态和含量进行量化分析预测。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种页岩赋气状态定量预测方法、系统、设备及存储介质，用以解决无法对不同尺度下多维孔隙中页岩气赋存状态和含量进行量化分析的技术问题。
5.为了解决上述问题，第一方面，本发明提供一种页岩赋气状态定量预测方法，所述方法包括：
6.基于密度泛函理论建立孔隙模型，根据所述孔隙模型计算页岩储层中不同介质在不同孔径孔隙下的过剩吸附量；
7.计算同一孔径孔隙下页岩样品中不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量；
8.根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算不同孔径孔隙下页岩样品中不同相态页岩气的平均含量；
9.获取所述页岩样品中不同孔径孔隙的分布特征，结合所述分布特征以及不同孔径孔隙中不同相态页岩气的平均含量，计算不同孔径孔隙中含气量。
10.可选的，所述孔隙模型为裂隙模型；
11.所述根据所述孔隙模型计算页岩储层中不同介质在不同孔径孔隙下的过剩吸附量，具体为：
12.基于所述裂隙模型计算吸附平衡状态条件下页岩气的分子势能；根据页岩气的分子势能计算出孔隙模型中页岩气密度；
13.根据所述页岩气密度计算所述过剩吸附量。
14.可选的，根据所述页岩气密度计算所述过剩吸附量，具体为：
[0015][0016]
其中，n
ex
为过剩吸附量，a为介质比表面积，积分上限x0取l
‑
0.5σ
gg
，积分下限x1取σ
gg
，σ
gg
表示气体直径，l表示孔隙的两个内表面之间的间距，ρ(z)为孔隙中流体密度，ρ
bulk
表示不受到介质内壁作用的流体密度。
[0017]
可选的，计算同一孔径孔隙下页岩样品中不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量，具体为：
[0018]
获取页岩样品中各介质的含量，以各介质的含量为权重，计算同一孔径孔隙下不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量。
[0019]
可选的，根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算不同孔径孔隙下页岩样品中不同相态页岩气的平均含量，具体为：
[0020]
根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算页岩气在不同孔径孔隙中的平均密度；
[0021]
根据所述平均密度分布以及孔径计算不同孔径孔隙中页岩气的平均含量。
[0022]
可选的，根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算页岩气在不同孔径孔隙中的平均密度，具体为：
[0023]
采用根据所述孔隙模型建立的过剩吸附量的计算公式，结合所述平均过剩吸附量，计算得到所述平均密度。
[0024]
可选的，获取所述页岩样品中不同孔径孔隙的分布特征，具体为：
[0025]
获取所述页岩样品中微孔、介孔、宏孔的发育比例。
[0026]
第二方面，本技术还提供一种页岩赋气状态定量预测系统，所述系统包括：
[0027]
建模模块，用于基于密度泛函理论建立孔隙模型，根据所述孔隙模型计算页岩储层中不同介质在不同孔径孔隙下的过剩吸附量；
[0028]
过剩吸附量计算模块，用于计算同一孔径孔隙下页岩样品中不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量；
[0029]
平均含量计算模块，用于根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算不同孔径孔隙下页岩样品中不同相态页岩气的平均含量；
[0030]
含气量计算模块，用于获取所述页岩样品中不同孔径孔隙的分布特征，结合所述分布特征以及不同孔径孔隙中不同相态页岩气的平均含量，计算不同孔径孔隙中含气量。
[0031]
第三方面，本技术提供的一种计算机设备，采用如下的技术方案：
[0032]
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述页岩赋气状态定量预测方法的步骤。
[0033]
第四方面，本技术提供的一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：
[0034]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述页岩赋气状态定量预测方法的步骤。
[0035]
采用上述实施例的有益效果是：本发明基于密度泛函理论建立孔隙模型，基于该孔隙模型计算了不同孔径孔隙下的过剩吸附量，进而计算出各孔径孔隙下不同介质的平均过剩吸附量，最后结合不同孔径孔隙的分布特征实现分别对不同孔径孔隙的页岩气吸附情
况进行预测的技术效果。本发明精细化地对不同孔径下孔隙赋气特征进行分析，为定量化分析预测不同孔径的孔隙中吸附气和游离气的含量、占比奠定技术基础，为页岩储层含气性分析评价、页岩气富集理论研究和有利储层优选提供科学指导。
附图说明
[0036]
图1为本技术提供的页岩赋气状态定量预测方法一实施例的方法流程图；
[0037]
图2为本技术提供的孔隙模型一实施例的示意图；
[0038]
图3为本技术提供的页岩不同介质的页岩气密度分布情况图；
[0039]
图4为本技术提供的不同孔径页岩气含量比例图；
[0040]
图5为本技术提供的页岩样品中不同孔径孔隙的分布曲线特征图；
[0041]
图6为本技术提供的页岩样品中不同孔径孔隙的页岩气含量分布图；
[0042]
图7为本技术计算得到的吸附气含量与实测的吸附气含量的拟合关系校验图；
[0043]
图8为本技术提供的页岩赋气状态定量预测系统一实施例的原理框图；
[0044]
图9为本技术提供的计算机设备一实施例的原理框图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图来具体描述本技术的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本技术的实施例一起用于阐释本技术的原理，并非用于限定本技术的范围。
[0046]
在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0047]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0048]
本技术提供了一种页岩赋气状态定量预测方法、系统、设备及存储介质，以下分别进行详细说明。
[0049]
首先，如图1所示，本技术实施例提供了一种页岩赋气状态定量预测方法，该方法包括：
[0050]
s1、基于密度泛函理论建立孔隙模型，根据所述孔隙模型计算页岩储层中不同介质在不同孔径孔隙下的过剩吸附量；
[0051]
s2、计算同一孔径孔隙下页岩样品中不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量；
[0052]
s3、根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算不同孔径孔隙下页岩样品中不同相态页岩气的平均含量；
[0053]
s4、获取所述页岩样品中不同孔径孔隙的分布特征，结合所述分布特征以及不同孔径孔隙中不同相态页岩气的平均含量，计算不同孔径孔隙中含气量。
[0054]
本实施例首先建立孔隙模型，用于获取页岩储层中不同介质的过剩吸附量，过剩吸附量的大小体现了介质对页岩气的吸附能力的强弱；然后计算不同孔径页岩气含量比例；最后根据不同页岩样品的孔径分布，计算不同孔径下所赋存的吸附气和游离气的含量和比例。基于计算结果即可进行页岩样品中不同尺度孔径孔隙中赋气特征分析。
[0055]
在一实施例中，所述孔隙模型为裂隙模型；
[0056]
所述根据所述孔隙模型计算页岩储层中不同介质在不同孔径孔隙下的过剩吸附量，具体为：
[0057]
基于所述裂隙模型计算吸附平衡状态条件下页岩气的分子势能；根据页岩气的分子势能计算出孔隙模型中页岩气密度；
[0058]
根据所述页岩气密度计算所述过剩吸附量。
[0059]
页岩储层中孔隙含量、大小、形态均影响页岩气的赋存。目前取得较一致的观点认为吸附气含量主要受控于孔隙比表面积，多与微孔发育密切相关，而游离气含量主要由孔隙体积决定，宏孔发育对其影响较大。而目前针对不同尺度孔隙中不同相态页岩气赋存比例和含量的精细化研究较少，不同孔径中页岩气气体赋存相态及其特征认识相对薄弱。页岩气气体分子在介质中的赋存主要是通过介质分子和页岩气气体分子建立分子键能，两者产生作用力使得页岩气在介质壁上吸附，而介质内部的游离态的页岩气气体分子主要受页岩气分子间作用力作用。
[0060]
sld理论是简化局部密度泛函理论的缩写，在sld理论中，假设孔隙为裂隙型孔隙，如图2所示。由于页岩气的主要成分是甲烷，因此以甲烷气体进行说明，裂缝型孔隙两个缝的内表面之间的间距为l，在位置z处的化学势能是不同甲烷气体分子之间产生的化学势能和甲烷气体分子与介质分子之间的化学势能的累加值，它可以测量如下：
[0061]
μ(z)＝μ
gg
(z)+μ
gs
v；
[0062]
上式中，μ(z)代表的是相体气体分子总的化学势能，j/mol；μ
gg
(z)代表的是不同的气体分子之间产生的化学势能，j/mol；μ
gs
(z)代表的是甲烷气体分子和介质分子之间的化学势能，j/mol。
[0063]
通过基于peng
‑
robinson(p
‑
r)气体状态方程和介质分子与页岩气分子的距离远近，来计算分子之间的作用力，也就是分子势能。对于吸附剂状态的气体，其密度与位置密切相关，基于分子势能的计算，最终获得在吸附平衡状态条件下sld孔中密度情况，从而计算出过剩吸附量。过剩吸附量是平衡状态的一个量，可以理解为拐点的量，过剩吸附量之前是吸附，过剩吸附量之后吸附饱和为游离。
[0064]
在一实施例中，根据所述页岩气密度计算所述过剩吸附量，具体为：
[0065][0066]
其中，n
ex
为过剩吸附量，a为介质比表面积，积分上限x0取l
‑
0.5σ
gg
，积分下限x1取σ
gg
，σ
gg
表示气体直径，l表示孔隙的两个内表面之间的间距，ρ(z)为孔隙中流体密度，ρ
bulk
表示不受到介质内壁作用的流体密度。
[0067]
基于上述sld孔隙模型，基于过剩吸附量以及相应的孔隙的体积可以计算出页岩气分布密度，分布密度反映了相应介质的吸附能力。页岩不同组分的吸附页岩气分子的能力强弱不同，如图3所示，本实施例计算了其中几种常见介质的吸附能力，干酪根的页岩气吸附能力要高于粘土矿物，粘土矿物中蒙脱石页岩气吸附能力最强，其次为伊/蒙混层，再次为伊利石，绿泥石的页岩气吸附能力相对较弱。
[0068]
在一实施例中，计算同一孔径孔隙下页岩样品中不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量，具体为：
[0069]
获取页岩样品中各介质的含量，以各介质的含量为权重，计算同一孔径孔隙下不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量。
[0070]
图3显示的为各页岩组分在不同孔径下的的页岩气密度分布曲线，由平均页岩气密度与孔隙体积的成积即为该样品对应孔径下页岩气分子的含量。基于页岩样品中黏土矿物和有机质含量的测定结果和不同组分的势能参数(即过剩吸附量)，通过加权计算获得每个页岩样品的,加权的过程是基于各自矿物的质量百分含量占比赋予的权重。
[0071]
在一实施例中，根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算不同孔径孔隙下页岩样品中不同相态页岩气的平均含量，具体为：
[0072]
根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算页岩气在不同孔径孔隙中的平均密度；
[0073]
根据所述平均密度分布以及孔径计算不同孔径孔隙中页岩气的平均含量。
[0074]
在一实施例中，根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算页岩气在不同孔径孔隙中的平均密度，具体为：
[0075]
采用根据所述孔隙模型建立的过剩吸附量的计算公式，结合所述平均过剩吸附量，计算得到所述平均密度。
[0076]
将所获得的平均过剩吸附量代入计算公式中进行模拟分析，便可获得页岩样品不同孔径下的页岩气密度分布，进而计算得不同尺度孔径下页岩样品的不同相态页岩气的平均含量分布情况，如图4所示。
[0077]
计算公式如下：
[0078][0079]
在一实施例中，获取所述页岩样品中不同孔径孔隙的分布特征，具体为：
[0080]
获取所述页岩样品中微孔、介孔、宏孔的发育比例。
[0081]
页岩样品中微孔(<2nm)、介孔(2～50nm)和宏孔(>50nm)的孔隙均有发育，不同孔径的孔隙发育比例不同，不同尺度孔隙的孔径分布特征需要结合co2吸附、n2吸附和高压压汞实验来获取。基于co2吸附实验结果和bjh模型分析可以获取微孔的孔径分布曲线，基于n2吸附实验结果和dft模型分析可以获取介孔的孔径分布曲线，基于高压压汞实验结果和d
‑
r模型分析可以获取宏孔的孔径分布曲线，由此，可以获得页岩样品中全尺度孔隙的孔径分布曲线特征，如图5所示。
[0082]
根据不同孔径页岩气含量比例和页岩样品不同孔径平均页岩气含量分布，分别对不同孔径中吸附态和游离态的页岩气含量进行计算，进而可得不同尺度孔径下游离气和吸附气的含气量结果，如图6所示。
[0083]
基于上述计算结果，对页岩样品中不同尺度孔径孔隙中赋气特征进行分析。基于sld模型的不同孔径孔隙中页岩气含量特征，在不同孔径孔隙中吸附气含量和游离气含量赋存情况存在较大差异。在孔径低于2nm的微孔中，仅以吸附气相态赋存，该部分的吸附气量占据页岩总含气量的42.4％，介孔是两相态气体共存的主要场所，两者所占比例分别为23.4％和22.3％；宏孔中主要以游离气为主，吸附态的气体含量极低，可忽略不计。
[0084]
孔径范围介于2.0～6.5nm的孔隙是两种相态页岩气共同赋存的主要储集空间，随着孔径增大，吸附气量降低,游离气含量增加，介孔是两种相态页岩气共同赋存的主要储集
空间，在约3.5nm处，两者达平衡状态，而之后游离气含量反超吸附气含量占优势，而超过6.5nm孔径范围，页岩中的吸附气含量就变得极低，小于0.01m3/t，而游离气含量较为稳定，多介于0.02～0.05m3/t之间，在孔径区间范围100～300nm处出现了短暂的增幅小峰，这是在该区间范围内的页岩孔隙大量发育的结果。
[0085]
为了验证本实施例计算分析结果的可靠性，进行孔隙赋气特征分析结果可靠性验证。为验证sld模型所模拟计算结果的可靠性，将模拟吸附气含量结果与实测的页岩气吸附量结果进行对比，如图7所示，两者拟合系数r2高达0.915。由此可见，采用sld模型进行页岩气含量的计算分析所获得去实验结果具有良好的可信度，该模型可适用于对实际地质的样品含气量进行模拟分析。
[0086]
本发明公开了一种页岩多尺度孔隙赋气状态的定量预测方法，基于分子动力学分析模拟，有效地对页岩储层全尺度下孔隙中页岩气的赋存状态进行有效的分析预测，突破了以往孔隙含气性分析仅从总游离气、吸附气含量测定的局限性，更精细化地对不同孔径下孔隙赋气特征进行精确分析探讨。该方法的提出和建立，将为定量化分析预测不同孔径的孔隙中吸附气和游离气的含量、占比奠定技术基础，为页岩储层含气性分析评价、页岩气富集理论研究和有利储层优选提供科学指导。
[0087]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0088]
本实施例还提供一种页岩赋气状态定量预测系统，该页岩赋气状态定量预测系统与上述实施例中页岩赋气状态定量预测方法一一对应。如图8所示，该页岩赋气状态定量预测统包括：
[0089]
建模模块401，用于基于密度泛函理论建立孔隙模型，根据所述孔隙模型计算页岩储层中不同介质在不同孔径孔隙下的过剩吸附量；
[0090]
过剩吸附量计算模块402，用于计算同一孔径孔隙下页岩样品中不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量；
[0091]
平均含量计算模块403，用于根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算不同孔径孔隙下页岩样品中不同相态页岩气的平均含量；
[0092]
含气量计算模块404，用于获取所述页岩样品中不同孔径孔隙的分布特征，结合所述分布特征以及不同孔径孔隙中不同相态页岩气的平均含量，计算不同孔径孔隙中含气量。
[0093]
关于页岩赋气状态定量预测系统的具体限定可以参见上文中对于页岩赋气状态定量预测方法的限定，在此不再赘述。上述页岩赋气状态定量预测系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0094]
如图9所示，基于上述页岩赋气状态定量预测方法，本技术还相应提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是移动终端、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。该计算机设备包括处理器10、存储器20及显示器30。图9仅示出了计算机设备的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组
件。
[0095]
存储器20在一些实施例中可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器20在另一些实施例中也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器20还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器20用于存储安装于计算机设备的应用软件及各类数据，例如安装计算机设备的程序代码等。存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器20上存储有页岩赋气状态定量预测程序40，该页岩赋气状态定量预测程序40可被处理器10所执行，从而实现本技术各实施例的页岩赋气状态定量预测方法。
[0096]
处理器10在一些实施例中可以是一中央处理器(central processing unit,cpu)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行页岩赋气状态定量预测方法等。
[0097]
显示器30在一些实施例中可以是led显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light
‑
emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器30用于显示在计算机设备的信息以及用于显示可视化的用户界面。计算机设备的部件10
‑
30通过系统总线相互通信。
[0098]
在一实施例中，当处理器10执行存储器20中页岩赋气状态定量预测程序40时实现以下步骤：
[0099]
基于密度泛函理论建立孔隙模型，根据所述孔隙模型计算页岩储层中不同介质在不同孔径孔隙下的过剩吸附量；
[0100]
计算同一孔径孔隙下不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量；
[0101]
根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算不同孔径孔隙下页岩样品中不同相态页岩气的平均含量；
[0102]
获取所述页岩样品中不同孔径孔隙的分布特征，结合所述分布特征以及不同孔径孔隙的过剩吸附量，计算不同孔径孔隙中含气量。
[0103]
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有页岩赋气状态定量预测程序，程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0104]
基于密度泛函理论建立孔隙模型，根据所述孔隙模型计算页岩储层中不同介质在不同孔径孔隙下的过剩吸附量；
[0105]
计算同一孔径孔隙下不同介质的加权平均过剩吸附量，作为相应孔径孔隙的平均过剩吸附量；
[0106]
根据不同孔径孔隙下的平均过剩吸附量计算不同孔径孔隙下页岩样品中不同相态页岩气的平均含量；
[0107]
获取所述页岩样品中不同孔径孔隙的分布特征，结合所述分布特征以及不同孔径孔隙的过剩吸附量，计算不同孔径孔隙中含气量。
[0108]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机
可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
[0109]
本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0110]
以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。