《岩石含气量的物理模拟方法》编制说明

《岩石含气量的物理模拟方法》编制说明

一、标准制定的必要性

在常规天然气和非常规天然气勘探开发过程中，含气量是储层含气性评价、

资源量预测和勘探的基础参数。常规天然气主要以游离气为主，可通过容积法等

方法直接确定；非常规天然气如煤层气、致密砂岩气和页岩气等以吸附气和游离

气为主，非常规天然气不能简单采用容积法确定含气量，通常采用岩芯解吸计量

的方法确定。在取芯过程中，岩石含气量分为损失气、解吸气和残余气，其中解

吸气量与残余气量均可以实测得出，损失气量的确定需要通过计算得出，因此，

可靠的岩石损失气量计算方法直接影响岩石含气量的准确度。

损失气作为发生在取芯过程中和样品装罐密封之前从样品逸散出来的气体，

可通过确定解吸规律和损失时间计算损失气量。在取芯过程中通常认为损失气是

样品含气量中最不可靠的部分。国内外学者开展了大量损失气量计算方法的研究。

在1970年，法国学者开发了Bertard方法计算损失气量；1973年，美国矿业局

在Bertard方法基础上，推出了USBM方法；此外还有AMOCO模型、Airey模

型、SmithWilliams模型、UniPore模型等。经推导分析，这些模型均来源UniPore

模型简化，该方法要求在解吸初期样品解吸量与解吸时间的平方根成正比。

岩石含气量是天然气高效勘探开发的重要参考指标。在取芯过程中，损失气

是含气量的重要组成部分，因此提高损失气量计算的准确度对天然气资源评估具

有重要影响。目前损失气量计算方法主要有改进USBM方法和多项式拟合法等，

但由于煤层/页岩埋深相对较大，取芯时间较长，在取芯全过程中，随着岩芯的

位置变化，围压、温度等的变化对气体解吸、渗流以及逸散速率的影响较大；加

之气体赋存状态主要以游离态与吸附态为主，导致改进USBM方法和多项式拟合

法得到的损失气量均存在较大的偏差。因此，建立基于取芯全过程的损失气量、

解吸气量和残余气量物理模拟的方法具有重要意义。

二、标准编制原则及依据

1.按照GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草

规则》要求进行编写。

2.参照相关法律、法规和规定，在编制过程中着重考虑了科学性、适用性

和可操作性。

三、项目背景及工作情况

（一）任务来源

根据《中国国际科技促进会标准化工作委员会团体标准管理办法》的有关规

定，经中国国际科技促进会标准化工作委员会及相关专家技术审核，批准《岩石

含气量的物理模拟方法》团体标准制定计划，计划编号为：CI2021070。本标

准由中国石油勘探开发研究院提出，中国国际科技促进会归口。

根据计划要求，本标准完成时限为6个月。

（二）标准起草单位

本标准的主要起草单位是中国石油勘探开发研究院，负责标准文档起草及相

关文件的编制等。中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院、武汉古生代检

测科技有限公司、中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司、中国石油天然

气股份有限公司华北油田分公司、中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司、

中国海洋石油海油发展工程技术分公司、四川省科源工程技术测试中心、煤与煤

层气共采国家重点实验室参与起草，负责标准中重要技术点的研究和建议，并参

与标准内容的讨论。

（三）标准研制过程及相关工作计划

1．前期准备工作

项目立项前，标准编制小组查阅、研读相关国内外文献，广泛收集岩石含气

量的物理模拟方法相关的材料。同时，多次投身于拟现场煤层气/页岩气含气量

测定实验，并与该行业相关人员进行调研、交流，广泛征求标准制定方面的意见

和建议。

2．标准起草过程

团体标准立项通知公示后，标准编制小组首先组织了标注制定工作会议，各

编写人员根据工作计划分工和编写要求开展了相关工作。在标准起草期间，编制

小组主编单位及参编单位组织了数次内部研讨会和专家咨询会，经过多次修改，

于2021年9月完成了标准初稿及编制说明的撰写⼯作。

3．征求意见情况

2021年7月标准编制小组先后通过现场会议、电话、微信等多种形式征集⾏

业专家相关意见和建议。针对征集的意见，标准编制小组召开了研讨会，将收集

到的意见进行汇总处理分析，在充分吸纳合理意见的基础上，先后修改和完成标

准内容，于2021年9月中旬根据在各单位反馈意见基础上，形成了标准征求意见

稿并由中国国际科技促进会提交全国标准信息平台公示。

四、主要实验（或验证）情况分析

本标准适用于模拟岩石在地下被开采时的含气量的实验。

测定示意图见下图：

说明：1—气瓶；2—增压泵；3—压力表；4—抽真空阀门1；5—真空泵；6—总阀门2；7—压力传感

器1；8—参考罐；9—阀门3；10—压力传感器2；11—样品罐；12—压力传感器3；13—回压阀；14—排

气阀门4；15—手动泵；16—高精度流量计；17—恒温箱。

图1含气量物理模拟装置示意图

岩石含气量的测试过程主要由包括等温吸附测定、降压解吸测定、暴露空气

中解吸测定、自然解吸测定和残余气测定。主要数据计算过程包括降压解吸气含

量计算、暴露空气中解吸气含量计算、自然解吸气含量计算和残余气含量计算4

个部分，总含气量=降压解吸气含量+暴露空气中解吸气含量+自然解吸气含量+

残余气含量。具体过程如下：

（1）降压解吸气含量计算

利用公式（1）：

（1）

𝐽−�𝑔+��

式中：�𝐽=��

为自然解吸气含量，单位为立方厘米每克(cm3/g)；为校正后流量计记

𝐽�

录累计�气体积，单位为立方厘米(cm3)；为自由空间中气�体体积，单位为立方

𝑔

厘米(cm3)；为岩石样品中孔隙体积，单�位为立方厘米(cm3)；为岩石样品质

��

量，单位为克�(g)。�

（2）暴露空气中解吸气含量计算

利用公式（2）：

=（2）

𝐽

𝐽�

式中：为测量暴露空气中解吸�气含量，�单�位为立方厘米每克(cm3/g)；为测

量暴露�空𝐽气中解吸气体积，单位为立方厘米(cm3)；为岩石样品质量，�单𝐽位为

�

克(g)。�

（3）自然解吸气含量计算

利用公式（3）：

=（3）

�

𝐶�

式中：为测量自然解吸气含量�，单位为�立�方厘米每克(cm3/g)；为测量自然

解吸气�体𝐶积，单位为立方厘米(cm3)；为岩石样品质量，单位为�克�(g)。

�

（4）残余气含量计算�

利用公式（4）：

=（4）

�

𝐶�

式中：为残余气含量，单位为�立方厘米�每�克(cm3/g)；为残余气体积，单位

为立方�厘�米�(cm3)；为岩石样品质量，单位为克(g)。𝐶

��

五、标准主要内容

本标准规定了岩石含气量的物理模拟方法要求，正文部分包括标准的适用范

围、规范性引用文件、术语和定义、方法提要、仪器设备、试剂、样品制备、实

验步骤、数据处理、检测精度、实验报告、附录A和附录B。

六、与有关法律法规和强制性标准的关系

遵守和符合相关法律法规和强制性标准要求。规范性引用文件包括：

GB/T19559-2008煤层气含量测定方法

NB/T10018-2015煤的多组分气体等温吸附实验方法

SY/T6940-2013页岩含气量测定方法

GB/T34533-2017页岩氦气法孔隙度和脉冲衰减法渗透率的测定

GB/T23561煤和岩石的物理性质

GB/T29172-2012岩心分析方法

七、重大意见分歧的处理依据和结果

本标准起草过程中没有重大分歧意见。

八、后续贯彻措施

建议由石化相关行业标准化管理机构组织贯彻本