(高清版)DZT 0455-2023 頁巖 含氣量測定 恒溫解析-氣體體積法

中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頁巖含氣量測定恒溫解析-氣體體積法2023-10-31發(fā)布2023-10-31發(fā)布中華人民共和國自然資源部發(fā)布I前言 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14方法原理 25試劑與材料 26儀器與設(shè)備 26.1頁巖氣解析裝置 26.2頁巖粉碎裝置 3 36.4氣壓計(jì) 36.5溫度計(jì) 36.6氣體計(jì)量器具 37樣品采集與管理 37.1樣品采集 37.2樣品處理 47.3樣品保存 47.4樣品運(yùn)輸 48測試操作 48.1解析測試 48.2殘余氣測試 59結(jié)果計(jì)算 69.1解析氣量計(jì)算 69.2殘余氣量計(jì)算 69.3損失氣量計(jì)算 69.4頁巖含氣量計(jì)算 89.5計(jì)算精度要求 8 8 911.1儀器狀態(tài)控制 911.2樣品質(zhì)量控制 9 9 912精密度與正確度 9ⅡDZ/T0455—2023附錄A(資料性)氣量測量裝置 附錄B(資料性)樣品信息和測試記錄 附錄C(資料性)測試報(bào)告 參考文獻(xiàn) ⅢDZ/T0455—2023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》的規(guī)定起草。本文件由中華人民共和國自然資源部提出。本文件由全國自然資源與國土空間規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC93)歸口。本文件起草單位：中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心、國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)、自然資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心、中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院。DZ/T0455—2023頁巖含氣量測定恒溫解析一氣體體積法警示——操作人員應(yīng)有在野外和室內(nèi)從事頁巖氣相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩?、健康和環(huán)境保護(hù)等措施，并保證符合有關(guān)法規(guī)規(guī)定，尊重當(dāng)?shù)孛袼琢?xí)慣。本文件規(guī)定了恒溫解析一氣體體積法測定頁巖含氣量的方法。本文件方法適用于恒溫解析一氣體體積法測定頁巖含氣量。本文件方法測定頁巖解析氣量的方法檢出限為0.08m3/t,測定范圍大于或等于0.08m3/t。2規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。頁巖含氣量shalegascontent單位質(zhì)量巖石在頁巖氣儲(chǔ)層原位所含頁巖氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃,101.325kPa)下的體積，用立方米每噸(m3/t)表示。解析氣量desorbedgasvolume在解析測試環(huán)境氣壓和溫度下，單位質(zhì)量巖芯樣品通過恒溫解析自然釋放氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃,101.325kPa)下的體積，用立方米每噸(m3/t)表示。通過恢復(fù)計(jì)算得到的，從鉆遇巖芯樣品所在層位起到將巖芯樣品置于解析罐密封的過程中，單位質(zhì)量巖芯樣品所散失氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃,101.325kPa)下的體積，用立方米每噸(m3/t)表示。殘余氣量residualgasvolume解析測試結(jié)束，粉碎到一定粒徑后，單位質(zhì)量巖芯樣品在恒定溫度下向環(huán)境大氣析出氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃,101.325kPa)下的體積，用立方米每噸(m3/t)表示。2貫穿頁巖氣散失過程，用于恢復(fù)計(jì)算被測巖芯樣品損失氣量的時(shí)間，用分(min)表示。對巖芯樣品實(shí)施持續(xù)解析測試的時(shí)間，用分(min)表示。巖芯樣品在恒溫解析測試過程中自然釋放出的氣體。巖芯樣品在殘余氣測試過程中通過破壞巖石物理結(jié)構(gòu)釋放出的氣體。4方法原理依據(jù)Langmuir單分子層吸附理論，在大氣環(huán)境壓力下，通過恒溫解析方法對巖芯樣品分別進(jìn)行解析氣量、損失氣量和殘余氣量測試和計(jì)算，加和得到頁巖含氣量；對解析氣用氣相色譜進(jìn)行分析，測定頁巖氣的成分。具體方法如下：a)將巖芯樣品在恒溫條件下進(jìn)行自然解析，測定解析氣量，測量解析氣體積隨時(shí)間的變化；b)基于解析氣體積隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)和損失時(shí)間數(shù)據(jù)，依據(jù)Langmuir單分子層吸附理論，用線性回歸方法計(jì)算損失氣量；c)將完成解析氣量測試后的巖芯樣品粉碎，在恒定溫度下測定其殘余氣量；5試劑與材料5.1氯化鈉(NaCl):固體，工業(yè)級。5.2飽和氯化鈉溶液：現(xiàn)場配制，每1L清水加入360g固體氯化鈉(見5.1)。5.3石英砂(SiO?):礦物顆粒，密度2.6g/cm3,粒徑0.3mm～1.0mm,w(SiO?)大于或等于95%。5.4甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體：φ(CH?)大于或等于98%,壓力大于或等于2MPa,可直接購買有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。6儀器與設(shè)備6.1頁巖氣解析裝置頁巖氣解析裝置包括解析罐、解析溫度控制單元和氣體計(jì)量單元等(參見附錄A中圖A.1)?？芍苯淤徺I市售產(chǎn)品。規(guī)格如下：a)解析罐容積300cm3~3000cm3,耐氣體壓力0.5MPa以上，且在0.5MPa靜態(tài)氣體壓力下24h內(nèi)壓力下降小于或等于0.01MPa;b)解析溫度可設(shè)置范圍45℃~150℃或可覆蓋目標(biāo)解析溫度，恒溫控制精度不低于±2℃;3c)氣體計(jì)量的量程大于或等于1000cm3/次或大于或等于15cm3/min,測量精度不低于10cm3/次6.2頁巖粉碎裝置頁巖粉碎裝置由密閉碎樣罐和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元組成等(參見附錄A中圖A.2)?？芍苯淤徺I市售產(chǎn)品。規(guī)格如下：a)密閉碎樣罐可拆卸，可直接置于頁巖氣解析裝置(見6.1)進(jìn)行殘余氣測試；b)密閉碎樣罐耐氣體壓力0.5MPa以上，且在0.5MPa靜態(tài)氣體壓力下24h內(nèi)壓力下降小于或等于0.01MPa;c)頁巖粉碎裝置的樣品粉碎量須滿足殘余氣量測試樣品需要，樣品處理見8.2.1。量程大于或等于5kg,精度不低于1g。量程覆蓋50kPa～200kPa,精度不低于0.1kPa。量程覆蓋0℃~200℃,精度不低于1℃。6.6氣體計(jì)量器具氣體體積計(jì)或氣體流量計(jì)量器具，對10cm3以上體積或1cm3/min以上流量的計(jì)量誤差在±0.1%7樣品采集與管理7.1樣品采集7.1.1采樣原則在目標(biāo)地質(zhì)層段采集具有代表性的巖芯樣品。同一罐巖芯樣品應(yīng)在同一巖性層段內(nèi)采集，井深差小于或等于30cm。盡可能采集完整巖芯。7.1.2采樣時(shí)間巖芯樣品的截取、清潔處理、裝罐與密封操作應(yīng)在巖芯出井后30min內(nèi)完成。從鉆遇巖芯所在地層到巖芯出井所用的時(shí)間，井深小于3500m時(shí)應(yīng)小于18h,井深為3500m～5000m時(shí)應(yīng)小于24h。7.1.3采樣量巖芯樣品的采集質(zhì)量應(yīng)在500g～5000g之間，體積應(yīng)大于解析罐容積的50%。7.1.4采樣記錄及時(shí)記錄巖芯樣品信息(參見附錄B中表B.1)。記錄的內(nèi)容與格式主要包括：a)井號(hào)；b)現(xiàn)場氣壓，精確到0.1kPa;c)現(xiàn)場溫度，精確到1℃;d)采樣層段，精確到0.01m;e)鉆遇地層時(shí)間，年一月一日一時(shí)一分；f)開始提鉆時(shí)間，年一月一日一時(shí)一分；g)巖芯出井時(shí)間，年一月一日一時(shí)一分；h)樣品封罐時(shí)間，年一月一日一時(shí)一分；i)鉆井循環(huán)介質(zhì)(井口溫度),精確到1℃;j)解析罐空載質(zhì)量，精確到1g;k)載樣解析罐質(zhì)量，精確到1g。樣品處理包括清潔和處理，具體要求如下：a)清潔樣品：對巖芯樣品上的泥漿、沙土及其他外來物進(jìn)行清潔處理；b)封裝樣品：快速揩干巖芯樣品表面水漬，迅速置于頁巖氣解析裝置(見6.1)的解析罐中，密封解析罐，根據(jù)需要，封罐前用飽和氯化鈉溶液(見5.2)或石英砂(SiO?)(見5.3)充滿解析罐中的巖芯樣品外空間；c)樣品處理所用時(shí)間應(yīng)小于或等于3min,處理過程中盡量減少樣品的氣體散失。7.3樣品保存封裝的巖芯樣品應(yīng)及時(shí)解析測試。不能及時(shí)測試的樣品，封罐保存時(shí)間不應(yīng)超過30d;保存溫度應(yīng)比巖芯所處地層溫度低10℃以上，并且最高溫度不應(yīng)超過35℃。7.4樣品運(yùn)輸巖芯樣品應(yīng)盡可能在鉆探現(xiàn)場完成解析測試。如需運(yùn)離現(xiàn)場，應(yīng)確保運(yùn)輸途中解析罐始終處于密閉狀態(tài)；運(yùn)輸過程中解析罐溫度不應(yīng)超過35℃。8測試操作8.1解析測試來自同一口井、同一個(gè)地質(zhì)層系的巖芯樣品使用同一個(gè)解析溫度。解析溫度優(yōu)先設(shè)定為被測巖芯所處地層當(dāng)前溫度的平均值；若該溫度未知或不可用，參考有關(guān)區(qū)域地溫條件設(shè)定；特殊情況下，按需設(shè)在設(shè)定的解析溫度(見8.1.1)下，用溫度計(jì)(見6.5)校核頁巖氣解析裝置(見6.1)的解析溫度及其恒溫控制精度。實(shí)際解析溫度以溫度計(jì)實(shí)測值為準(zhǔn)；控溫精度以恒溫45min內(nèi)的溫度波動(dòng)范圍計(jì)。用甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體(見5.4)和氣體計(jì)量器具(見6.6)標(biāo)定頁巖氣解析裝置(見6.1)。在頁巖氣解析裝置(見6.1)的檢測量程范圍內(nèi)，以合理的測量值間隔，測定不同氣量(體積數(shù)或體積流量值)下的檢測參58.1.3樣品測試將裝有巖芯樣品的解析罐置于頁巖氣解析裝置(見6.1)的解析溫度控制單元(參見附錄A中圖連續(xù)6h內(nèi)的累積解析氣體積小于0.06m3(或其檢測參數(shù)當(dāng)量數(shù)),可以結(jié)束解析測試。但解析測及時(shí)進(jìn)行解析測試記錄(參見附錄B中表B.2)。記錄的內(nèi)容與格式主要包括：a)環(huán)境溫度，精確到1℃;c)解析溫度，精確到1℃;f)解析時(shí)間及其對應(yīng)時(shí)間段內(nèi)累積解析氣體積或瞬時(shí)解析氣體積(或其檢測參數(shù)),解析時(shí)間精確到1min,累積解析氣體積至少精確到10cm3(或其檢測參數(shù)當(dāng)量數(shù)),瞬時(shí)解析3h～8h的記錄頻率不低于1次/10min;8h～12h的記錄頻率不低于1次/30min;12h～24h的記錄頻率不低于1次/60min;24h～72h的記錄頻率不低于1次/3h;72h以上的記錄頻率不低于1次/6h,根據(jù)氣體計(jì)量檢測工作曲線(見8.1.2)對原始數(shù)據(jù)(見8.1.4.2)進(jìn)行分析處理稱取樣品測試(見8.1.3)終止后的巖芯樣品50g～1000g,樣品量以能夠獲得3倍以上頁巖氣解析裝置(見6.1)檢測限的析出氣檢測參數(shù)值為下限。將所稱取的巖芯樣品置于頁巖粉碎裝置(見6.2)的密閉碎樣罐(參見附錄A中圖A.2)中，在密閉條件下破碎至粒徑小于0.075mm部分占50%以上。將裝有破碎后巖芯樣品的密閉碎樣罐(見6.2)置于頁巖氣解析裝置(見6.1)的解析溫度控制單元68.2.3測試記錄8.2.4測試數(shù)據(jù)處理根據(jù)頁巖氣解析裝置(見6.1)的氣體計(jì)量檢測工作曲線(見8.1.2)對殘余氣測試記錄(見8.2.3)數(shù)9結(jié)果計(jì)算9.1解析氣量計(jì)算根據(jù)所測巖芯樣品(見7.1.3)的質(zhì)量及其解析氣總體積(見8.1.5),按式(1)計(jì)算解析氣量： (1)p——環(huán)境氣壓(見8.1.4.1b)],單位為千帕[斯卡](kPa);T——環(huán)境溫度(見8.1.4.1a)],單位為攝氏度(℃);根據(jù)用于殘余氣測試的巖芯樣品(見8.2.1)質(zhì)量及其析出氣總體積(見8.2.4),按式(2)計(jì)算殘余氣量：V?——析出氣總體積，單位為立方米(m3)或立方厘米(cm3);T——環(huán)境溫度(見8.1.4.1a)],單位為攝氏度(℃);9.3.1損失時(shí)間計(jì)算7累積解析氣體積累積解析氣體積em9.3.2.1方法依據(jù)Langmuir單分子層吸附理論，繪制累計(jì)時(shí)間平方根一累積解析氣體積關(guān)系曲線，采用線性回歸法恢復(fù)計(jì)算損失氣量(見圖1)。9.3.2.2步驟用所測巖芯樣品(見8.1.3)的解析時(shí)間一解析氣總體積(見8.1.5)和損失時(shí)間(見9.3.1)繪制累計(jì)時(shí)間平方根一累積解析氣體積關(guān)系曲線(見圖1)。選擇合適解析時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸計(jì)算，求取并繪制可用式(5)表達(dá)的線性回歸方程曲線(見圖1中虛直線):8過累計(jì)時(shí)間為損失時(shí)間，累積解析氣體積為0的點(diǎn)(t1/2,0)作線性回歸方程曲線的平行線(見圖1中…p——環(huán)境氣壓(見8.1.4.1b)],單位為千帕[斯卡](kPa);T——環(huán)境溫度(見8.1.4.1a)],單位攝氏度(℃);9.3.2.3原則用于線性回歸方程擬合計(jì)算的數(shù)據(jù)必須是巖芯樣品處于恒溫解析階段早期的數(shù)據(jù)。回歸方程的線性判定系數(shù)(R2)應(yīng)大于或等于0.98。用于回歸方程擬合計(jì)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)大于或等于30;或數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量大于或等于5,解析時(shí)間段跨度小于或等于180min?！?.5計(jì)算精度要求b)測試對象及方法；d)需要備注的測試結(jié)果及測試過程中的情況與現(xiàn)象；911質(zhì)量控制11.1儀器狀態(tài)控制保障測試儀器設(shè)備處于正常工作狀態(tài)。頁巖氣解析裝置(見6.1)在第一次使用或重大故障修復(fù)后，以及每批樣品測試前均應(yīng)該進(jìn)行儀器標(biāo)定(見8.1.2);儀器標(biāo)定滿45d,應(yīng)進(jìn)行復(fù)核標(biāo)定。11.2樣品質(zhì)量控制對超出規(guī)定或出現(xiàn)異常情況的樣品，應(yīng)在測試報(bào)告中進(jìn)行特別標(biāo)注，所測數(shù)據(jù)僅供參考。包括：a)對巖芯鉆進(jìn)及提升過程中的異常情況，或巖芯出井后未能在30min內(nèi)裝罐密封等情況，均應(yīng)及b)當(dāng)巖芯收獲率太低，樣品量不足時(shí)，應(yīng)在測試報(bào)告中予以說明；11.3測試操作質(zhì)量控制或儀器設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)做詳細(xì)記錄，必要時(shí)在測試報(bào)告中進(jìn)行說明。測試過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)記或漏記，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)救并在原始記錄上加以標(biāo)注和說明。11.4測試數(shù)據(jù)質(zhì)量控制損失氣量達(dá)到解析氣量4倍以上，或回歸方程的線性判定系數(shù)(R2)小于0.98,均應(yīng)在測試報(bào)告中特12精密度與正確度用人工制備頁巖氣樣品進(jìn)行了3個(gè)含氣量水平的方法精密度與正確度實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。表1方法精密度與正確度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測定次數(shù)(n)7含氣量測定值區(qū)間含氣量測定標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)含氣量測定相對標(biāo)準(zhǔn)差(RSD)%回收率區(qū)間%回收率平均值%(資料性)A.1頁巖氣解析裝置頁巖氣解析裝置包括恒溫解析功能塊和氣體計(jì)量功能塊。頁巖342A.2頁巖粉碎裝置頁巖粉碎裝置由密閉碎樣罐和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元組成。密閉碎樣罐應(yīng)可直接置于頁巖氣解析裝置中測試。球磨式頁巖密閉粉碎裝置構(gòu)成示意圖見圖A.2。圖A.2球磨式頁巖密閉粉碎裝置構(gòu)成示意圖DZ/T0455—2023(資料性)樣品信息和測試記錄巖芯樣品采集記錄見表B.1。表B.1巖芯樣品采集記錄℃℃鉆遇地層時(shí)間開始提鉆時(shí)間巖芯出井時(shí)間樣品封罐時(shí)間鉆井循環(huán)介質(zhì)(井口溫度)gg巖芯