油气藏物质平衡分析

1、中 国 地 质 大 学本科生课程读书报告 课程名称 油气藏工程基础 论文标题 油气藏物质平衡分析教师姓名 学生姓名 学生学号 专 业 所在班级 日 期: 摘要 论文主要讨论油气藏物质平衡分析，通过平衡分析方法、平衡分析方程式为依据来展开说明，以及如何建立平衡方程式、其应用。第三第四部分主要以气藏物质平衡、裂缝性页岩气物质平衡为例来具体说明平衡分析方法的应用。 关键词：油气藏，平衡分析，分析方程式，页岩气目录一、概述3二、油气藏物质平衡分析方法31、油藏饱和类型和驱动类型的划分32、油藏物质平衡方程式的建立43、油藏物质平衡方程式的简化5（1）未饱和油藏的封闭型弹性驱动物质平衡方程5（2）未饱和

2、油藏的天然弹性水压驱动物质平衡方程5（3）未饱和油藏的天然水驱和人工注水的弹性水压驱动6（4）溶解气驱物质平衡方程6(5)气顶驱、溶解气和弹性驱动油藏物质平衡方程64、油藏物质平衡方程式的应用6（1）天然能量分析6（2）储量计算(即物质平衡方程的直线式)7(3)计算弹性产率K18(4)计算弹性产油量8(5)计算采出程度8(6)判断气顶大小8(7) 预测油藏动态9三、气藏物质平衡方法101、气藏物质平衡通式的建立与简化10（1） 物质平衡通式的推导10（2）无水驱气藏的物质平衡方程式12（3）水驱气藏的物质平衡方程式132、定容封闭气藏的储量计算与动态预测13（1） 储量计算14（2）. 确定气

3、藏的可采储量15（3）动态预测方法简介153、正常压力系统水驱气藏的储量计算18（1） 计算储量的基本原理18（2） 储量计算方法及讨论19四、裂缝性封闭页岩气藏物质平衡方程211、页岩气藏物质平衡理论页岩气边形成边赋存聚集222、页岩气藏物质平衡方程的建立223、模型求解式234、实例分析235、结论24五、参考文献24一、概述 油藏的物质平衡方程式来自1936年R.JSchilthuis利用物质守恒原理建立以来，经历过几十年的应用，已得到不断改进和完善，在国内外得到了广泛的应用。物质平衡法的主要功能在于，确定油气藏的原始地质储量；判断油气藏的驱动机理，计算油气藏天然水侵量和水体储量；进行油

4、气藏的动态预测。 对于一个统一水动力学系统的油气藏，在建立物质平衡方程时，通常要做如下假定；（1） 油气藏的储集层物性和流体物性是均质的，各向同性的；（2） 相同时间内油气藏各点的地层压力都处于平衡状态，并且是相等的和一致性的；（3） 在整个开发过程中，油气藏保存热力学平衡，即地层温度是恒定的；（4） 不考虑有次内毛管力和重力的影响；（5） 油藏各部分的采储量保存均衡，且不考虑可能发生的储层压实作用；在上述假设下，可以把一个实际的油气藏简化为封闭的或不封闭的储存油气地下容器。在该容器内，随着油气藏的开采，油气水的体积变化服从质量水衡原理，依此原理所建立的方程成为物质平衡方程。由于物质平衡方程式

5、本身并不考虑油气渗流的空间变化，故又称它为两相或三相的零维模式。 对于断块、岩性和裂缝油气藏而言，由于物质平衡法依赖的地质静态资料少，运用该方法研究这几类油藏时，能避免某些复杂的地质因素带来的困难，获得令人满意的结果。物质平衡方法还具有原理简单，物理意义明确，运算容易，便于掌握等优点，因此有较广泛的用途。当然也有不足之处，不能进行油气藏的局部分析，计算结果只能反映油气藏的总体特征；一般要求油气藏开采一段时间，地层压力明显降低（大于1MPa）和采出程度大于10%。油藏物质平衡方程式的主要功能：1 确定油藏的原始地质储量； 2 判定油藏的驱动机理3 预测油藏天然水侵量大小；4 预测油藏动态；5 估

6、计油藏采收率建立油藏物质平衡方程式的三中平衡1 地下平衡；2 累计平衡；3 体积平衡二、油气藏物质平衡分析方法1、油藏饱和类型和驱动类型的划分1油藏饱和类型：PiPb 未饱和油藏；PiPb 饱和油藏2未饱和油藏: 封闭型未饱和油藏-封闭型弹性驱动; 不封闭型未饱和油藏-弹性水压驱动3饱和油藏: 无气顶、无边底水活动的饱和油藏-溶解气驱; 无气顶、有边底水活动的饱和油藏-溶解气驱+水驱; 有气顶、无边底水活动的饱和油藏-溶解气驱+气顶驱; 有气顶、有边底水活动的饱和油藏-溶解气驱+气顶驱+水驱2、油藏物质平衡方程式的建立基本符号说明:N原始地质储量,标m3； Np累积采油量，标m3 ；Wp累积采

7、水量，标m3； We油藏水侵量, m3 ；Swc地层中束缚水饱和度； Soi地层中原始含油饱和度；Cw地层束缚水压缩系数； CP地层孔隙体积压缩系数; Rsi原始溶解气油比，标m3/m3； Rs压力为P时的溶解气油比，标m3/m3；RP平均累积生产气油比，标m3/m3； Bg压力为P时的气体体积系数 Bo压力为P时的原油体积系数 Bgi压力为Pi时的气体体积系数Boi压力为Pi时的原油体积系数 Bt压力为P时的原油两相体积系数 m原始状态时气顶内自由气的体积与原始状态时含油体积之比 ；基本平衡关系(地下平衡):1累积产油量；2 累积产水量；3 累积(多)产气量；4 气顶的累积体积膨胀量；5 气

8、顶区内束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量；6 含油区内地层原油的累积膨胀量；7 含油区内束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量；8 累积天然水侵体积量；9人工累积注水体积量；10 人工累积注气体积量且1+2+3=4+5+6+7+8+9+10；代入平衡关系式得: 整理得: 进一步化简得: 对比油层物理所学的方程式: 3、油藏物质平衡方程式的简化（1）未饱和油藏的封闭型弹性驱动物质平衡方程PiPPb, Rsi=Rp=Rs, We=0, Wp=0, Gi=0, Wi=0, m=0, Bt=Bo, Bti=Boi；（2）未饱和油藏的天然弹性水压驱动物质平衡方程PiPb, m=0, Rp=Rs=Rsi, Bo-

9、Boi=BoiCoP；（3）未饱和油藏的天然水驱和人工注水的弹性水压驱动PiPb, m=0, Rp=Rs=Rsi, Bo-Boi=BoiCoP；（4）溶解气驱物质平衡方程PiPb,We=0,Wp=0,Gi=0,Wi=0,m=0；(5)气顶驱、溶解气和弹性驱动油藏物质平衡方程Pi0)：We=0时：压降亏空（NPBoWPBwWiBw）曲线应为一直线。 We0时: 压降亏空曲线应为背离压降轴的曲线或折线。 (4)计算弹性产油量对于弹性驱动油藏; 总的弹性采油量为: 总的弹性采收率则为：(5)计算采出程度对于溶解气驱油藏；对于气顶驱油藏：(6)判断气顶大小对于气顶驱油藏; ；;；(7) 预测油藏动态对

10、于弹性驱动油藏: 由此可见:当地质储量、综合压缩系数已知时，便可对NP和P这两个参数进行预测。油田开发到某一时刻的累积产量与压力降是已知的，根据累积产量与压力降为直线关系可预测到某一累积产量时的压力降。反之，也可给定某一压降值求出相应的累积产量。对于溶解气驱油藏; 运用高压物性数据、 相对渗透率的数据可以预测油藏综合动态。 物质平衡方程: 任一时刻油藏内原油饱和度方程 ；; 预测动态所要达到的主要目的: （1）确定一次开采的最终采收率；（2）确定油气的产量；（3）确定不同开采阶段的压力变化。动态预测的步骤：进行历史拟合 ；应用油藏的实验数据及过去的生产数据进行预测，并把预测的结果与实际的油藏动

11、态进行对比，按照这个拟合过程要求对基本数据进行必要的调整。三、气藏物质平衡方法1、气藏物质平衡通式的建立与简化对于一个统一的水动力学系统的气藏，在建立物质平衡方程式时，所作的基本假设是：第一、气藏的储层物性(Swi，Cp等)和流体物性(Cw，PVT参数等)是均匀布的；第二、相同时间内气藏各点的地层压力都处于平衡状态，即各点处的折算压力相等；第三、在整个开发过程中，气藏保持热动力学平衡，即地层温度保持不变；第四、不考虑气藏内毛细管和重力的影响在这些假设之下，就可把储集天然气的多孔介质系统简化为储集的地下容器。在这个地下容器内，随着气藏的开发， 气、 水的体积变化服从物质守恒原理，由此原理即可建立

12、气藏的物质平衡方程式。 （1） 物质平衡通式的推导为了建立气藏的物质平衡通式，考虑一个具有天然水驱作用的气藏。设在气藏的原始条件下，即在原始地层压力pi和地层温度条件下，气藏内天然气的原始地质储量(在地面标准条件0.101MPa和20下)为G，它所占有地下体积为GBgi；在压力从pi降到p的过程中，累积采出气体和水的地面体积为Gp和Wp。根据地下体积平衡的原理可知：在地层压力下降p的过程中，累积产出天然气和水在压力p下的地下体积(GpBgWpBw)，应等于地层压力下降p而引起的地下天然气的膨胀量(记为A)，束缚水的膨胀和气藏孔隙体积的减少引起的含气孔隙体积的减少量(记为B)以及天然累积水侵量(

13、记为CWe)之和，如图21所示。因此，推导依据是：地下产出量ABC (21)下面分别讨论A和B的确定方法。图21 气藏随压力下降发生的体积变化1. 地下天然气的膨胀量天然气在pi下的总体积为GBgi，其地面体积为G，而在压力p下地下体积为GBg。因此，压力下降p所引起的地下天然的膨胀量为： AGBgGBgi (22) 式中： Bg压力p下天然气的体积系数。2. 含气体积的减小量含气孔隙体积的减小量应等于压力从原始地层压力pi降至某一压力p时束缚水的膨胀量 (dVw)和气藏孔隙体积的减小量(dVP)之和。由于dVw与dVP的方向相反，如以减小的方向为参考，可将写成B如下形式： BdVwdVP (

14、23) 根据水和岩石有效压缩系数的定义，可分别写出如下两式： Cw (24) Cp (25) 式中： Cw 水的压缩系数，1/ MPa；Cp 岩石有效压缩系数，1/ MPa； Vw 束缚水的体积，m；VP 孔隙体积，m。将(24)和(24)式代入(23)式，得：B(CwVwCpVP )p (26) 根据原始条件下天然气的地下体积可分别计算出总孔隙体积VP和束缚水体积Vw，即：V (27) VwVP (28)因此，将(27)和(28)式代入(26)式即得压力下降p束缚水膨胀和孔隙体积的减而引起的含气体积的减小量B： BGBgi()p (29) 最后，将A、B、C和地下采出量的相应表达式代入(21

15、)式，即得气藏的物质平衡通式：GBgGBgiGBgi()pWeCpBgWpBw (210)整理，得：G (211) （2）无水驱气藏的物质平衡方程式当气藏没有水驱作用，即，We0，Wp0，根据式可得无水驱气藏的物质平衡方程式： GpBgG(BgBgi)GBgi()p (212)如果(212)式右端第二项与第一项相比不可忽略时，则为异常高压无水驱气藏的物质平衡方程式；如果第二项与第一项相比数值很小可以忽略不计时，即认为开采过程中过程中的孔隙体积保持不变，则可转化为定容封闭气藏的物质平衡方程式： GpBgG(BgBgi) (213) 而天然气的目前和原始体积系数分别为： Bg (214) Bgi

16、(215)式中 T 地层温度，K； Tsc地面标准状态下温度，293.15K； p 目前地层压力，MPa； psc 地面标准状态下压力，0.101MPa； Z 压力p下天然气的偏差因子，f； Zipi下天然气偏差因子，f。将(214)和(215)式代入(213)式经整理得： (216)(216)式即为定容封闭气藏的压降方程式。从推导过程可以看出，该压降方程是在忽略压力下降束缚水膨胀和孔隙体积减小的情况下导出。实际工作中发现，即使对于正常压力系统的气藏，(212)式右端第二项的值也可能达到第一项的十分之一。因此建议在计算机广泛应用的今天，最好不忽略(212)式右端的第二项。在应用压降方程式解决实

17、际问题时，应特别注意其适用条件。 （3）水驱气藏的物质平衡方程式从前面物质平衡方程通式推导条件知：(211)式就是水驱气藏的物质平衡方程式。同样，对于正常压力系统的气藏，因为(311)式分母中的第二项与第一项相比，数值很小，通常可以忽略不计。在这一条件下，(211)式可简化成下G (217)将(214)和(215)式代入(217)，得：G (218)由(218)式解得水驱气藏的压降方程式为： (219)如果(211)式分母中第二项与第一项相比较大不可忽略时，则其代表异常高压水驱气藏的物质平衡方程式2、定容封闭气藏的储量计算与动态预测定容封闭性气藏也称为定容消耗式气 藏。 对于这种类型的气藏，在

18、开采过程中没有水驱作用，同时气藏压力下降所引起的束缚水佳作和孔隙体积的减小量也极小，可忽略不计。（1） 储量计算对于定容封闭性气藏，其储量和可采量的计算方法比较简单，下面分别介绍基本原理、所需用资料和计算方法。1. 基本原理由上一节知道：定容封闭性气的压降具有如下形式： (220) 令a，b，则由(220)式得 abGp (221) Ga / b (222)由(222)式可以看出，定容气藏的视地层压力(p / Z )与累积产气量(Gp)呈直线下降关系，如图22所示。当p / Z0时，GpG。因此，可以利用定容封闭性气藏压降图外推法或线性回归分析法确定原始地质储量的大小。图22 气藏的压降图2.

19、 所需资料计算定容封闭性气藏原始地质储量所需的资料相对较少，包括不同生产时间所对应的气藏平均压力、累积产气量以及天然气的偏差因子。3. 计算方法根据上面收集整理的资料，计算不同开发时间所对应的视地层压力p / Z ，然后用一元线性回归分析的方法求出视地层压力(p / Z )与累积产气量(Gp)直线关系的斜率b和截距a，由(222)式计算出气藏的原始地质储量。显然，也可以在直角坐标系中作p / Z与Gp之关系曲线，该曲线为一直线，外推该直线与横坐标的交点值即为原始地质储量。例1 已知某定容封闭性气藏的原始地层压力pi42.177MPa，气藏的绝对温度T355.29K，天然气的拟临界温度的拟临界压

20、力分别为：Tpc245.5K和Ppc4.5MPa。该气藏的生产数据列于表21内。将表31内的p / Z和Gp的相应数据，按(221)式绘于普通直角坐标纸上，得到了一条直线(见图23)。经线性回归后求得直线的截距a38.626；直线的斜率b3.3467。将a和b值代入(222)式，得到该气藏的地质储量：G38.626 / 3.346711.5410m（2）. 确定气藏的可采储量首先根据经济极限的最小产量等确定定容封闭气藏的废弃压力pab。根据(220)式，由此废弃压力pab下的视地层压力，MPa； 原始地层压力下的视地层压力，MPa。 可采储量GrGRe (224) 对于前面的例子，如果确定出废

21、弃压力后计算出的对应的视地层压力为5.0MPa，则该气藏的采收率为87.08%，可采储量为10.0510m。 （3）动态预测方法简介目前我国已发现的气藏多数为中小型气藏。不少气藏由于大裂缝或高渗透通道的存在，气藏内连通性较好。在连通范围内，开采中各井地层压力降落基本一致。实践证明，大多数气井地下渗透规律符合二项渗流方程式。但因储层的不均一性，各井渗流方程的系数A、B值差别较大。作为一种简易预测方法，可根据气藏上各井的产气方程确定出平均的A、B值。在进行气藏的动态预测时，通常假设其生产方式是：在高产稳产期定采气速度生产，在递减期则定井口压力生产。稳产期间，气藏总产量不变，地层压力、井底流动压力和

22、井口压力均随开采进程不断下降。当井口流动压力降至低限压力(如接近净化装置或压缩机站进口压力或输气压力)时，若无新井补充，开采则进入递减期。当各井开始定井口压力生产时，产量、地层压力和井底流压都将不断下降。1. 动态预测模型的基本方案定容封闭气藏的压降方程根据试井或关井测静压资料可确定出气藏的原始地层压力pi和不同开发时刻的地层压力p；根据天然气的组成分析可确定出不同压力下的偏差因子Z，再结合实际生产记录获得不同开发时刻所对应的累积产气量Gp，借助于一元线性回归分析方法，即可得到该气藏的压降方程： p / Zpi / Zi(1) (225)(2)平均产气方程：设已知n口井的产气方程： (j1，2

23、，n) (226)平均地层压力(p)、平均井底流压(pw)和平均产量(q)定义如下： p (227)将(226)式对j求和后可以写成 (228) A() / aq (22 B() / aq (230) a() / () (231)(3) 井筒气体流动方程式(4) (e2s1) (232)式中：pt井口流动压力，MPa；f井内生产管摩阻系数； T井内平均温度，K；Z井筒内平均偏差因子，f； q气井的日产气量，10m/ d；D井内生产管内径，cm(井内无油管时，取套管内径；用套管环形空间生产时，则D(D1D2)2(D1D2)30.2 ，f取环形空间摩阻系数)； D1套管内径，cm; D2油管外径，

24、cm； S0.03415ggL/ TZ； L各井折算到气藏中部同一海拔的井深，m； gg天然气相对密度，f。值得指出的是，在实际应用时也可选择其他井筒内气体流动方程式，以便更适合于所确定的气藏。 2. 动态预测方法下面以稳定阶段的预测方法为例进行介绍。根据试采资料以及国家和总公司的要求，首先研究确定平均单井日产气量(q)以及合理采气速度(Vg)，由此计算出大致所需的生产井数： np (233)式中：np所需生产井数，口； G天然气地质储量，10m； Vg采气速度，f； q平均单井日产气量，10m/ d。(1) 气藏压力衰竭变化气藏压力随生产时间的下降基于下式计算和预测： (234) 由于偏因子

25、Z是压力p的函数，因此根据(233)式计算和预测不同生产时间所对应的地层压力时，应采用迭代方法。首先根据给定的生产时间t，求出视地层压力p/ z。然后假设一个Z值，由p/ z求出P；再由p求Z。如果平均单井日产量不稳定时，则(533)式中的qt可用代替。(2) 井底流压变化此处的井底流压系指“平均井”的井底流压，通过联立求解(233)式和(227)式就可计算和预测，其方程组如下：首先采用前面的方法，确定出不同生产时间t所对应的地层压力p，然后由(235)式，计算出“平均井”井流压pw。(3) 井口流动压力变化根据前面计算和预测出的不同的生产时间所对应的井底流动压力，借助于(231)式即可计算出

26、不同生产时间井口所对应的流动压力。根据所预测出的井口流动压力与时间之间的关系，由井口归小输气压力值即可大致确定气藏在何时进入产量递减期，或为了稳定最迟在何时安装压缩机以增加输气压力。以上仅简要介绍了定容封闭性气藏动态预测的基本思路。此处不准备涉及比较复杂的一些预测模型。读者有兴趣可参阅1983年的天然气工业第3期的“封闭性无水气藏预测模型”和1993年的石油勘探与开发第5期的“具有补给区的物质平衡法及其对定容气藏的应用”等文献。3、正常压力系统水驱气藏的储量计算在第一节中，我们已经导出了正常压力系统水驱气藏的压降方程式，即： (236)由(336)式可以看出：正常压力系统的天然水驱气藏的视地层

27、压力(p / Z )与累积产气量(Gp)之间，并不象容封闭性性气藏那样存在直线关系，而是随着净水侵量(WeWeBw)的增加，气藏的视地层压力下降率随累积产气量的增加而不断减小，两者之间是一条曲线(如图所示)。因此，对于水驱气藏，不能利用压降图的外推方法确定气藏的原始地质储量，而必须应用水驱气藏的平衡方程式和水侵量计算模型进行计算。（1） 计算储量的基本原理将(217)式改写为下式： (237)若考虑天然水驱为平面径向非稳定流，即WeBR，则(237)式可写为； (238)若令 y (239) x (240)则得 yGBx (241) 由(241)式可见，与油藏的物质平衡方程相似，水驱气藏的物质

28、平衡方程式，同样可简化为直线关系式，直线的截距即为气藏的原始地质储量；直线的斜率为气藏的天然水侵系数。在计算气藏的原始地质储量的过程中，有关水侵的计算参见前面。（2） 储量计算方法及讨论以下讨论以平面径向流非稳定流的水侵模型为例。1. 如果供水区的外半径re和无因次时间系数bR(其值与水域中的Kw、mw、f、Ce等有关)准确可靠，则根据实际生产动态资料和PVT资料由(240)和(241)式计算出的不同生产时间的y与x值，如表22所示。此时，在直角坐标系中作y与x之间的关系曲线，则可能得到一条直线，如图24所示。该直线的截距即为天然气的原始地质储量，而斜率为水侵量系数。2. 由于在实际工作中，人

29、们很少在水域中钻井，因此水域中的流体和岩石物性很难确定，(即bR很难获得准确值)同时供水区的大小也难获得(即reD很难获得准确值)。鉴于这一事实，表22 计算x和y的步骤表在应用(236)式求水驱气藏的储量的水侵系数时，采用以下介绍的二重选代方法。(1) 根据气藏地质的综合研究，首先假设一个天然域半径re，从而计算出无因次半径reD。然后根据水域中的有关资料估算出一个无因次时间系数bR作为迭代的初始值。(2) 根据reD和bR值，用相应的公式计算出不同开发时刻的无因次水侵量，然后求出不同时刻的(3) 图24 物质平衡方程式的直线关系图（3） 根据实际生产动态资料和PVT资料，结合，计算出不同开

30、发时刻对应的y和x值，然后在直角坐标系中作y与x关系曲线，如图25所示。如果x与y和呈直线关系时，则认为reD(或re)一定的条件下，所假设的bR值可接受。如果x和y是一条向上的弯曲的曲线，则应增加bR的值重复上述计算；如果x和y是一条向下。图25 当reD值一定时由试凑法求解物质平衡方程关系图弯曲的曲线，则应减少bR值重复计算。但作者在实际计算中发现：在时在给定某一re值的情况下，无论如何改变bR值，都不能得到一条满意的直线段，则此值可能与实际相差太大，首先将其排除，不参加以后的再次筛选。如果通过改变bR值，可以得到一条满意的直线段，则将此re值和bR作为后面优选的对象。(4) 再假设另一r

31、e值，重复上述计算，则可出现相同的情况。即通过改变无因次时间系数bR值，又可能得到一条满意的直线段，但此直线的截距G和斜率BR与前面的不同。同样也可能无论如何改变bR值，都不能得到满意的直线段。(5) 与此类推，可得出不同re和bR值条件下的不同直线段，即出现多解性问题。在这种情况下，如何判断哪一条直线是具有代表性的最佳结果呢？对于这一问题通常采用最小二乘法中的最小标准差加以判断。不同直线关系式的标准差值，由下式计算： s (242)式中 ：s标准差，无因次； yi由实际生产数据，按照(339)式计算的结果； yi由不同值re与bR值结合求解得到的直线关系式计算的结果； n线性回归的数据点数。

32、在程序设计时，可以采用二重迭代。首先在一系列的reD值下，通过反复调整bR值找出能使y与x为直线关系的reD值的范围，然后比较不同reD值的直线关系式的标准差。使标准差为最小的reD值和bR的组合即可认为是最佳的结果。而y与x直线关系式的截距即为地质储量G，斜率为水侵量系数bR值。半球形流系统的求解方法与平面径向流系统方法类似，而直线流系统的求解只需采用一重迭代，即只需假设一系列的bL值，找出y与x直线相关最大的关系式，则可求出地质储量和水侵系数。四、裂缝性封闭页岩气藏物质平衡方程页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页中的天然气聚集 1。在实际应用中, 页岩气概念已扩展到储藏在高碳质泥页岩、粉

33、砂质泥岩、硅质泥岩中的天然气 2。页岩气赋存于特定的地层中, 不受 ?圈闭 ?的控制, 页岩气藏属于自生自储型气藏, 是一种非常规天然气藏 (或储集体 )。页岩气以游离气和吸附气两种形式存在: 游离气储藏在储层基质孔隙和次生裂缝中; 吸附气赋存在含较高有机质和粘土矿物的泥页岩中。一般而言, 吸附是气体得以储存的主要机制 3。考虑到页岩气藏中吸附气和游离气存在吸附 /解析的动态平衡, King 3建立了有限水侵条件下煤层和泥盆系页岩气藏的物质平衡方程。薛成刚等 4系统全面地对煤层气藏物质平衡方程式进行了推导, 对页岩气藏物质平衡方程的推导具有一定指导意义。 5根据页岩气藏的特殊性, 深入探讨了页

34、岩气储量计算方法, 指出了要特别重视的与孔隙度、裂缝、吸附气、含气饱和度相关的一些问题。目前尚未见报道考虑裂缝系统的页岩气藏物质平衡方程及储量计算的研究。本文从物质平衡原理出发, 运用 Langmuir吸附模型解决页岩气藏开发过程中的解吸作用, 推导出了封闭性页岩气藏物质平衡方程, 提出了页岩气藏储量计算方法 1、页岩气藏物质平衡理论页岩气边形成边赋存聚集由于其特殊的赋存机理, 页岩气成藏所需的圈闭和盖层条件并不像常规油气藏要求的那么苛刻 6。页岩是一种致密的细粒沉积岩, 它本身就可以作为页岩气藏的盖层。在一些页岩气盆地, 页岩上覆或下伏的致密岩石也可以对页岩有一定的封闭作用, 其间的页岩在大

35、面积内为天然气所饱和 7。由于致密页岩具有超低的孔隙度和渗透率, 页岩体可以形成一个封闭不渗漏的储集体将页岩气封存在页岩层中, 相当于常规油气藏中的圈闭 8。如果页岩气储集体无水体相连, 则该类页岩气藏为封闭性页岩气藏。由于页岩气与煤层气具有相似的吸附机理 5,因此对页岩气藏中吸附气量的研究可借鉴煤层中研究吸附气的方法。Langmuir在 1916年从动力学模型出发得出了吸附等温式。兰氏等温模型吸附机制为单分子层吸附, 对于微孔类吸附剂, 常可用兰氏等温模型处理 9。国外勘探实践表明北美页岩吸附气大多服从兰氏等温吸附式 10:VE = VLPPL+ P ( 1)式中:VE? 地层压力 P下的等

36、温吸附量, m3/m3;VL? 一定温度下多孔介质能吸附气体的饱和量 (兰氏体积量),m3/m3;PL? 吸附量等于饱和量的一半时的气体压力 (兰氏压力常量 ), MPa ;2、页岩气藏物质平衡方程的建立若页岩气藏无水体相连, 则为封闭性页岩气藏。页岩气藏在还原环境下成藏 11, 原来和周围水体有很好连通关系的页岩气藏会因交界面处水中溶解矿物质析出形成特低渗透甚至不渗透带而成为封闭性气藏 12。封闭性页岩气藏的孔隙体积和束缚水体积随着气藏压力的变化而变化。裂缝和基质的压缩性和束缚水饱和度不同, 故分别考虑基质系统和裂缝系统中的流体。假设气藏开发过程中处于等温状态, 吸附气采用 Langmuir

37、吸附等温模型描述。压力下降 ? p 基质孔隙体积变化量: ( 2)压力下降，裂缝孔隙体积变化量: ( 3)地层压力 p条件下吸附气量变化量 ( 4)则封闭性页岩气藏物质平衡方程为:G= Gp+ Gres( 5)即:Gm + Gf + Bg+GfBgi( 1- Ccf? p )Bg；( 6)式中:Cc m =Cm + CwSmw i1- Smw i( 7)Ccf =Cf + CwSfw i1- Sfw i；( 8)式中:原始地质储量, 104m3;累计产气量, 104m3;未被采出气量, 104m3;基质系统天然气储量, 104m3;裂缝系统天然气储量, 104m3;基质压缩系数, M Pa- 1;裂缝压缩系数, MPa- 1; Cw? 地层水压缩系数, M Pa- 1;Bg? 天然气体积系数, m3/m3;Bgi? 原始地层条件下天然气体积系数, m3/m3;Smw i? 基质中束缚水饱和度, 小数;Sfwi? 裂缝中束缚水饱和度, 小数;Ccm? 基质系统容积压缩系数, MPa- 1;Ccf? 裂缝系统容积压缩系数, MPa-基质系统孔隙度小数3、模型求解式 ( 6)可表达为:Gp = Gm 1-Bgi(1- Cc m? p )Bg+ Gf 1-Bgi(1- Cc f?p)Bg + GmBgi(1- ?m)(VEi- VE )( 9)令:M = 1-Bgi( 1-