NB-T 11338-2023 頁巖氣 吸附氣-游離氣比例的確定 甲烷碳同位素定量法

頁巖氣吸附氣/游離氣比例的確定甲烷碳同位素定量法Methanecarbonisotopequantitativemethod2023—10—11發(fā)布2024-04-11實(shí)施國家能源局發(fā)布INB/T11338—2023前言 Ⅱ 12規(guī)范性引用文件 4概述 5基礎(chǔ)資料收集 26儀器設(shè)備與材料 27樣品采集、儲(chǔ)存與運(yùn)輸 2 39吸附氣/游離氣比例確定 4附錄A(資料性)全金屬取樣管結(jié)構(gòu)示意圖 5附錄B(資料性)取樣器示意圖 6附錄C(資料性)生產(chǎn)過程井口氣碳同位素取樣記錄表 7附錄D(資料性)甲烷碳同位素分析數(shù)據(jù)表 8附錄E(資料性)頁巖氣井吸附氣/游離氣比例確定的同位素分餾模型 9本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的本文件由能源行業(yè)頁巖氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(NEA/TC26)提出并歸口。本文件起草單位：中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司頁巖氣研究院、東北石油大學(xué)三亞海洋油氣研究院、中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司、中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所、蘇州冠德能源科技有限公司、重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院、中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院有限公司、中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司本文件主要起草人：趙圣賢、劉永旸、吳建發(fā)、盧雙舫、鄭馬嘉、李騫、劉勇、張鑒、李博、劉紹軍、何沅翰、李文鏢、張煥旭、張燁、汪威、王志戰(zhàn)、劉江濤、蔡長宏、范明、李洋冰、胡維強(qiáng)、1頁巖氣吸附氣/游離氣比例的確定甲烷碳同位素定量法重要提示：本文件不涉及與其應(yīng)用有關(guān)的所有安全問題。在使用本文件前，使用者有責(zé)任制定相應(yīng)的安全和保護(hù)措施，并確定其限定的適用范圍。1范圍本文件規(guī)定了頁巖氣吸附氣/游離氣比例的甲烷碳同位素定量法的目標(biāo)、任務(wù)、基礎(chǔ)資料、必要本文件適用于頁巖氣井不同生產(chǎn)階段吸附氣/游離氣比例的甲烷碳同位素定量評(píng)價(jià)。下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適GB/T18340.2地質(zhì)樣品有機(jī)地球化學(xué)分析方法第2部分：有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定碳同位素測(cè)定同位素質(zhì)譜法SH/T0233液化石油氣采樣法SY/T5238有機(jī)物和碳酸鹽巖碳、氧同位素分析方法碳同位素carbonisotope同位素分餾isotopefractionation某元素的同位素在物理、化學(xué)、生物等反應(yīng)過程中以不同的比例分配于不同物質(zhì)或物相之中的4概述頁巖氣的開發(fā)經(jīng)歷了游離氣擴(kuò)散、吸附氣解吸和游離氣動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化再釋放的過程，擴(kuò)散過程中I2CH?相對(duì)于3CH?具有更高的擴(kuò)散速率，吸附一解吸過程中，3CH?相對(duì)CH?優(yōu)先吸附、滯后解吸，因此導(dǎo)致頁巖氣在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生顯著的同位素分餾，8C?值隨開采時(shí)間有變重的趨勢(shì)。甲烷碳同位素連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)在頁巖氣井開發(fā)過程中的應(yīng)用，可以確定頁巖氣井不同生產(chǎn)階段產(chǎn)出氣中吸附氣/游離氣動(dòng)態(tài)比例，預(yù)測(cè)頁巖氣井后續(xù)產(chǎn)能衰減情況，有效指導(dǎo)頁巖氣井全生命周期產(chǎn)能評(píng)價(jià)和生產(chǎn)制2度的優(yōu)化，為頁巖氣藏有效開發(fā)提供支撐。本文件規(guī)范了頁巖氣氣體碳同位素連續(xù)監(jiān)測(cè)操作方法，明確數(shù)據(jù)質(zhì)量要求，提出吸附氣/游離氣比例計(jì)算的應(yīng)用指導(dǎo)方法。 流體(油、氣、水)分析化驗(yàn)資料；6.2.3天然氣碳?xì)渫凰貥?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW04478、GBW04479、GBW04480或其他能夠進(jìn)行量值溯源的采用全金屬取樣管或氣體取樣鋼瓶進(jìn)行樣品采集。全金屬取樣管結(jié)構(gòu)示意見圖A.1和圖A.2。取樣前需抽查全金屬取樣管或氣體取樣鋼瓶的清潔度，腔內(nèi)烴類氣體及二氧化碳濃度需低于10mg/kg。清潔度檢查后將全金屬取樣管/氣體取樣鋼瓶抽真空，真空度要求低于1000Pa。要求氣體采集壓力高于0.2MPa,換算成常壓后的氣體體積大于60mL。排采初期，產(chǎn)氣量超過500m3/d開始取樣，每天取一組平行樣品，每組樣品采集3個(gè)全金屬取樣管或氣體取樣鋼瓶，且每個(gè)全金屬取樣管或氣體取樣鋼瓶內(nèi)的氣體壓力高于0.2MPa。頁巖氣井投產(chǎn)進(jìn)入生產(chǎn)階段后，每周采一組平行樣品，連續(xù)取樣監(jiān)測(cè)周期不少于半年，如在生產(chǎn)3過程中存在壓裂、封井、修井等增產(chǎn)措施，應(yīng)在采取措施前后適當(dāng)增加取樣頻率。采用全金屬取樣管現(xiàn)場(chǎng)取樣時(shí)，將取樣器(結(jié)構(gòu)示意見圖B.1)進(jìn)氣端與采氣樹低壓管匯(壓力小于10MPa)預(yù)留取樣口連接，出氣端通過兩個(gè)氣體閥門連接取樣管形成氣體通路，保持取樣器壓力調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉。打開低壓管匯氣體閥門，緩慢打開取樣器壓力調(diào)節(jié)閥門，待聽到明顯氣流哨音，保持氣流沖洗20s～30s,反復(fù)沖洗鋼瓶4～5次，將鋼瓶中空氣完全置換。取下遠(yuǎn)端氣體閥門，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥門使出氣端壓力為0.2MPa～0.3MPa,充氣取樣。關(guān)閉取樣器壓力調(diào)節(jié)閥，取下近端氣體閥門，完成取樣。檢查全金屬取樣管兩端氣門是否關(guān)閉。擰上兩段保護(hù)帽，貼好標(biāo)簽紙，記錄井號(hào)、平使用氣體取樣鋼瓶進(jìn)行取樣時(shí)，應(yīng)采用與之配套的取樣器，具體取樣流程參見SH/T0233。填寫取樣記錄表，按照時(shí)間順序?qū)θ庸苓M(jìn)行編號(hào)，并記錄樣品信息與井的生產(chǎn)信息，記錄表具體格式見附錄C。氣體采集后到送樣測(cè)試前的存儲(chǔ)過程中，應(yīng)將取樣管/氣體取樣鋼瓶放置于陰涼處(環(huán)境溫度宜小于30℃),避免陽光暴曬，存儲(chǔ)時(shí)間不大于20d。運(yùn)輸過程中應(yīng)將取樣管/氣體取樣鋼瓶放置于陰涼處，避免陽光暴曬導(dǎo)致密封墊圈老化，同時(shí)盡可能避免全金屬取樣管/氣體取樣鋼瓶發(fā)生碰撞，以防氣體泄漏。樣品測(cè)試主要采取兩種方法：一種是采用便攜式以實(shí)現(xiàn)樣品的快速采集與實(shí)時(shí)分析；另一種是不具備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件的，則采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)譜分析儀器。質(zhì)譜檢測(cè)方法見GB/T18340.2與SY/T5238,本文件只介紹現(xiàn)場(chǎng)碳同位素光譜儀的測(cè)試流程。樣品分析前應(yīng)在信息欄輸人樣品區(qū)塊名稱、開發(fā)層位、井號(hào)、井深、時(shí)間、序次等標(biāo)識(shí)信息。每次樣品分析前應(yīng)進(jìn)行5～10次標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)試，要求與天然氣碳同位素國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)差值小于查看測(cè)試譜圖，并記錄相應(yīng)各峰起止位置，按對(duì)應(yīng)的配置文件導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)。4NB/T11338—2023的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析結(jié)果進(jìn)行修正校準(zhǔn)，校正方法見公式(1):δuu=δna-(δsa-gn-δu)………………(1)對(duì)比3個(gè)平行樣品的碳同位素值，排除因漏氣而導(dǎo)致的碳同位素明顯變重的樣本(相對(duì)另外兩個(gè)樣本差值大于1‰),取有效值的平均值作為該時(shí)間點(diǎn)頁巖氣井產(chǎn)氣的碳同位素值。根據(jù)樣品分析情9吸附氣/游離氣比例確定9.1根據(jù)頁巖氣井儲(chǔ)層參數(shù)(儲(chǔ)層初始?jí)毫?、初始同位素值?和工程參數(shù)(水平井長、半縫長等)9.6在初始條件和邊界條件的限制下求解人工裂縫、基質(zhì)孔隙內(nèi)氣體流動(dòng)的控制方程組，獲取人工9.7根據(jù)求解得到的壓力場(chǎng)分布，進(jìn)一步對(duì)儲(chǔ)層內(nèi)的氣體壓力和覆蓋率進(jìn)行體積積分，可9.9借助實(shí)測(cè)的日產(chǎn)氣量和日產(chǎn)氣同位素?cái)?shù)據(jù)，擬合標(biāo)定9.7和9.8中的理論計(jì)算值，優(yōu)化獲取頁巖儲(chǔ)層的關(guān)鍵參數(shù)，包括裂縫導(dǎo)壓系數(shù)、基質(zhì)孔內(nèi)2CH?擴(kuò)散系數(shù)、1CH?擴(kuò)散系數(shù)、Langmuir常數(shù)和9.10獲取頁巖儲(chǔ)層的關(guān)鍵參數(shù)后，將優(yōu)化參數(shù)代入9.2和9.3建立的控制方程組中，隨后通過9.4~5全金屬取樣管專門設(shè)計(jì)用以保存天然氣樣品，良好的密閉性能夠保證樣品不發(fā)生逸散而產(chǎn)生同位素分餾。全金屬取樣管主要由三部分組成：管身、螺旋頂塞、氣門嘴，見圖A.1。管身采用鋁合金材質(zhì)，輕便且具有較好的承壓能力。螺旋頂塞與管身的連接采用密封墊圈加金屬斜面硬壓咬合雙重密封結(jié)構(gòu)，保證密封性。氣門嘴采用成熟精密加工技術(shù)，通放氣靈敏，密封性良好。全金屬密封管頂部結(jié)構(gòu)見圖A.2,金屬取樣管容積60mL,最高承壓為0.5MPa,有效儲(chǔ)存時(shí)間30d。圖A.1全金屬密閉管結(jié)構(gòu)圖圖A.2全金屬密封管頂部結(jié)構(gòu)圖62SnppavpeMPe2SnppavpeMPeevp取樣器專門用來配合取樣管完成現(xiàn)場(chǎng)取氣作業(yè)，取樣器結(jié)構(gòu)見圖B.1。取樣器進(jìn)氣端通過M2接口連接至采氣樹低壓管匯，出氣端通過氣體閥門連接全金屬取樣管。取樣器具有減壓功能，進(jìn)氣端壓力最高可達(dá)25MPa,出氣端壓力可通過閥門調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)出氣壓力0MPa～0.5MPa。采氣時(shí)，先通過兩端氣體閥門使全金屬取樣管形成通路，進(jìn)行樣氣沖洗，然后取下遠(yuǎn)端氣體閥門，調(diào)節(jié)出氣壓力調(diào)節(jié)出氣壓力表出氣壓力表0.3MP?6導(dǎo)氣管線出氣壓力調(diào)節(jié)閥近端氣體閥門連接軟管遠(yuǎn)端氣體閥門進(jìn)氣壓力表ISMPa67(資料性)采樣過程中的信息記錄表見表C.1?；A(chǔ)信息記錄井號(hào)/井位層位儲(chǔ)層溫度℃井口壓力生產(chǎn)方式累計(jì)產(chǎn)量井口氣監(jiān)測(cè)記錄取樣管/鋼瓶編號(hào)采氣日期YYYY-MM-DD采氣時(shí)間日產(chǎn)量井底壓力日排液備注·的表D.1甲烷碳同位素分析數(shù)據(jù)表耦號(hào)采群時(shí)間分析時(shí)間YYYY-MM-DD-hh碳同位素值，%取值CCCCCC9NB/TNB/Tp——裂縫內(nèi)CH?的氣體壓力，單位為帕斯卡(Pa);E.2頁巖氣井生產(chǎn)過程基質(zhì)孔隙內(nèi)游離態(tài)與吸附態(tài)2CH?、3CH?耦合流動(dòng)的控制方程組見公式p——基質(zhì)內(nèi)CH?氣體壓力，單位為帕斯卡(Pa);D——基質(zhì)孔隙內(nèi)CH?的擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方米每秒(m2/s);NB/T11338—2023 Ocn(4)—1Ocn?(4)—t;NB/T11338—2023FGR(4)——t;時(shí)刻游離氣比例，用百分?jǐn)?shù)表示(%);0——吸附態(tài)2CH?的覆蓋率，用百分?jǐn)?shù)表示(%);0*吸