泥页岩吸附天然气量主控因素及定量表征研究

【摘要】：随着世界油气能源供给的日趋紧张和常规油气勘探开发形势的日趋严峻,非常规油气资源,包括页岩油气、煤层气、致密砂岩油气等已引起人们的高度重视。北美勘探实践表明非常规油气中,目前发展势头最快、潜力最大的当属页岩气。页岩气的赋存方式分为游离气、吸附气和溶解气。对于页岩气中吸附气的比例构成,前人研究成果表明,不同页岩气产层有很大不同,但普遍占有较高比例,一般介于40%~85%之间。此外,吸附态的存在还将提高页岩气的保存能力。基于上述认识,吸附态的赋存方式被认为是页岩气能够被成功勘探开发的重要因素。为此,有必要对影响泥页岩吸附气量的主控因素进行研究。以往对于吸附气量主控因素的研究往往是多因素的复合,如有机质丰度与页岩吸附能力的关系可能同时包含了有机质成熟度、温度、湿度等其它因素的影响,毫无疑问对单一因素的逐一揭示更具说服力,为此本次设计开展了系列平行实验,以求最大限度地揭示各因素的影响力。通过系列平行实验和数值模拟揭示了有机碳含量、有机质成熟度、天然气组成、温压和湿度等对泥页岩吸附能力的影响,结果表明:(1)微小孔隙(3nm)是泥页岩比表面积的主要贡献者,其贡献比例占80%左右,有机质热演化过程中会产生大量的微孔(2nm),比表面积大量增加,吸附气量显著增大;(2)泥页岩对CO2、N2吸附能力高于CH4,暗示在进行页岩气开采时可注入CO2和N2提高CH4采收率;(3)兰格缪尔模型的拟合程度较好说明泥页岩对天然气的吸附为单分子层吸附。吸附势模型的地质外推说明了地质条件下温压共同作用下泥页岩吸附能力随埋深增加呈先增大后减小的趋势,而孔隙度一定情况下泥页岩储存游离气能力随深度增加则呈逐渐增大的趋势,泥页岩吸附能力与储存游离气能力变化趋势的不一致会造成一定地质条件下吸附气量与游离气的转化,有利于页岩气的保存;(4)泥页岩有机质热演化过程中亲水NSO官能团会逐渐降解,润湿性随之变小,吸附气量随之增大,成岩作用是温度、压力和水介质条件共同作用的结果,单纯温度的升高不会造成粘土矿物的转化;(5)泥页岩有机质的成熟度、天然气组分和地质环境(包括温度、压力和湿度)均会影响泥页岩的吸附能力,其中湿度影响较小,其影响往往会被有机质丰度等因素的影响掩盖。 【关键词】：页岩气 吸附 主控因素 吸附实验 吸附模型
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.13
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 创新点摘要7-9
• 前言9-12
• 0.1 研究目的及研究意义9
• 0.2 主要研究内容9-10
• 0.2.1 实验模拟9-10
• 0.2.2 数值模拟10
• 0.2.3 地质应用10
• 0.3 拟采用的研究方案10-12
• 第一章 页岩气及吸附气研究基本现状12-24
• 1.1 国内外页岩气勘探开发现状12-18
• 1.1.1 国外页岩气勘探开发现状12-16
• 1.1.2 国内页岩气勘探开发现状16-18
• 1.2 页岩气赋存形式及吸附机理研究现状18-24
• 1.2.1 页岩气赋存形式研究现状18-19
• 1.2.2 页岩气吸附机理研究现状19-24
• 第二章 样品与实验24-29
• 2.1 样品来源及性质24-26
• 2.2 实验装置与实验方法26-29
• 第三章 吸附剂和吸附质性质对吸附能力的影响29-36
• 3.1 有机碳含量的影响29-30
• 3.2 有机质成熟度的影响30-33
• 3.3 天然气组分的影响33-36
• 第四章 环境因素对吸附能力的影响36-46
• 4.1 温度和压力的影响36-43
• 4.1.1 兰格缪尔模型37-40
• 4.1.2 吸附势模型40-42
• 4.1.3 模型外推42-43
• 4.2 湿度的影响43-46
• 结论46-47
• 参考文献47-52
• 发表文章目录52-53
• 致谢53-54

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