《巖石含氣量的物理模擬方法》編制說明

《巖石含氣量的物理模擬方法》編制說明

一、標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性

在常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)過程中，含氣量是儲層含氣性評價(jià)、

資源量預(yù)測和勘探的基礎(chǔ)參數(shù)。常規(guī)天然氣主要以游離氣為主，可通過容積法等

方法直接確定；非常規(guī)天然氣如煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣等以吸附氣和游離

氣為主，非常規(guī)天然氣不能簡單采用容積法確定含氣量，通常采用巖芯解吸計(jì)量

的方法確定。在取芯過程中，巖石含氣量分為損失氣、解吸氣和殘余氣，其中解

吸氣量與殘余氣量均可以實(shí)測得出，損失氣量的確定需要通過計(jì)算得出，因此，

可靠的巖石損失氣量計(jì)算方法直接影響巖石含氣量的準(zhǔn)確度。

損失氣作為發(fā)生在取芯過程中和樣品裝罐密封之前從樣品逸散出來的氣體，

可通過確定解吸規(guī)律和損失時(shí)間計(jì)算損失氣量。在取芯過程中通常認(rèn)為損失氣是

樣品含氣量中最不可靠的部分。國內(nèi)外學(xué)者開展了大量損失氣量計(jì)算方法的研究。

在1970年，法國學(xué)者開發(fā)了Bertard方法計(jì)算損失氣量；1973年，美國礦業(yè)局

在Bertard方法基礎(chǔ)上，推出了USBM方法；此外還有AMOCO模型、Airey模

型、SmithWilliams模型、UniPore模型等。經(jīng)推導(dǎo)分析，這些模型均來源UniPore

模型簡化，該方法要求在解吸初期樣品解吸量與解吸時(shí)間的平方根成正比。

巖石含氣量是天然氣高效勘探開發(fā)的重要參考指標(biāo)。在取芯過程中，損失氣

是含氣量的重要組成部分，因此提高損失氣量計(jì)算的準(zhǔn)確度對天然氣資源評估具

有重要影響。目前損失氣量計(jì)算方法主要有改進(jìn)USBM方法和多項(xiàng)式擬合法等，

但由于煤層/頁巖埋深相對較大，取芯時(shí)間較長，在取芯全過程中，隨著巖芯的

位置變化，圍壓、溫度等的變化對氣體解吸、滲流以及逸散速率的影響較大；加

之氣體賦存狀態(tài)主要以游離態(tài)與吸附態(tài)為主，導(dǎo)致改進(jìn)USBM方法和多項(xiàng)式擬合

法得到的損失氣量均存在較大的偏差。因此，建立基于取芯全過程的損失氣量、

解吸氣量和殘余氣量物理模擬的方法具有重要意義。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及依據(jù)

1.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》要求進(jìn)行編寫。

2.參照相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)定，在編制過程中著重考慮了科學(xué)性、適用性

和可操作性。

三、項(xiàng)目背景及工作情況

（一）任務(wù)來源

根據(jù)《中國國際科技促進(jìn)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》的有關(guān)規(guī)

定，經(jīng)中國國際科技促進(jìn)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)及相關(guān)專家技術(shù)審核，批準(zhǔn)《巖石

含氣量的物理模擬方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃，計(jì)劃編號為：CI2021070。本標(biāo)

準(zhǔn)由中國石油勘探開發(fā)研究院提出，中國國際科技促進(jìn)會(huì)歸口。

根據(jù)計(jì)劃要求，本標(biāo)準(zhǔn)完成時(shí)限為6個(gè)月。

（二）標(biāo)準(zhǔn)起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位是中國石油勘探開發(fā)研究院，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)文檔起草及相

關(guān)文件的編制等。中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院、武漢古生代檢

測科技有限公司、中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司、中國石油天然

氣股份有限公司華北油田分公司、中聯(lián)煤層氣國家工程研究中心有限責(zé)任公司、

中國海洋石油海油發(fā)展工程技術(shù)分公司、四川省科源工程技術(shù)測試中心、煤與煤

層氣共采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室參與起草，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)中重要技術(shù)點(diǎn)的研究和建議，并參

與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的討論。

（三）標(biāo)準(zhǔn)研制過程及相關(guān)工作計(jì)劃

1．前期準(zhǔn)備工作

項(xiàng)目立項(xiàng)前，標(biāo)準(zhǔn)編制小組查閱、研讀相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)，廣泛收集巖石含氣

量的物理模擬方法相關(guān)的材料。同時(shí)，多次投身于擬現(xiàn)場煤層氣/頁巖氣含氣量

測定實(shí)驗(yàn)，并與該行業(yè)相關(guān)人員進(jìn)行調(diào)研、交流，廣泛征求標(biāo)準(zhǔn)制定方面的意見

和建議。

2．標(biāo)準(zhǔn)起草過程

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)通知公示后，標(biāo)準(zhǔn)編制小組首先組織了標(biāo)注制定工作會(huì)議，各

編寫人員根據(jù)工作計(jì)劃分工和編寫要求開展了相關(guān)工作。在標(biāo)準(zhǔn)起草期間，編制

小組主編單位及參編單位組織了數(shù)次內(nèi)部研討會(huì)和專家咨詢會(huì)，經(jīng)過多次修改，

于2021年9月完成了標(biāo)準(zhǔn)初稿及編制說明的撰寫?作。

3．征求意見情況

2021年7月標(biāo)準(zhǔn)編制小組先后通過現(xiàn)場會(huì)議、電話、微信等多種形式征集?

業(yè)專家相關(guān)意見和建議。針對征集的意見，標(biāo)準(zhǔn)編制小組召開了研討會(huì)，將收集

到的意見進(jìn)行匯總處理分析，在充分吸納合理意見的基礎(chǔ)上，先后修改和完成標(biāo)

準(zhǔn)內(nèi)容，于2021年9月中旬根據(jù)在各單位反饋意見基礎(chǔ)上，形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見

稿并由中國國際科技促進(jìn)會(huì)提交全國標(biāo)準(zhǔn)信息平臺公示。

四、主要實(shí)驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析

本標(biāo)準(zhǔn)適用于模擬巖石在地下被開采時(shí)的含氣量的實(shí)驗(yàn)。

測定示意圖見下圖：

說明：1—?dú)馄浚?—增壓泵；3—壓力表；4—抽真空閥門1；5—真空泵；6—總閥門2；7—壓力傳感

器1；8—參考罐；9—閥門3；10—壓力傳感器2；11—樣品罐；12—壓力傳感器3；13—回壓閥；14—排

氣閥門4；15—手動(dòng)泵；16—高精度流量計(jì)；17—恒溫箱。

圖1含氣量物理模擬裝置示意圖

巖石含氣量的測試過程主要由包括等溫吸附測定、降壓解吸測定、暴露空氣

中解吸測定、自然解吸測定和殘余氣測定。主要數(shù)據(jù)計(jì)算過程包括降壓解吸氣含

量計(jì)算、暴露空氣中解吸氣含量計(jì)算、自然解吸氣含量計(jì)算和殘余氣含量計(jì)算4

個(gè)部分，總含氣量=降壓解吸氣含量+暴露空氣中解吸氣含量+自然解吸氣含量+

殘余氣含量。具體過程如下：

（1）降壓解吸氣含量計(jì)算

利用公式（1）：

（1）

??????+??

式中：???=??

為自然解吸氣含量，單位為立方厘米每克(cm3/g)；為校正后流量計(jì)記

???

錄累計(jì)?氣體積，單位為立方厘米(cm3)；為自由空間中氣?體體積，單位為立方

??

厘米(cm3)；為巖石樣品中孔隙體積，單?位為立方厘米(cm3)；為巖石樣品質(zhì)

??

量，單位為克?(g)。?

（2）暴露空氣中解吸氣含量計(jì)算

利用公式（2）：

=（2）

??

???

式中：為測量暴露空氣中解吸?氣含量，?單?位為立方厘米每克(cm3/g)；為測

量暴露?空??氣中解吸氣體積，單位為立方厘米(cm3)；為巖石樣品質(zhì)量，?單??位為

?

克(g)。?

（3）自然解吸氣含量計(jì)算

利用公式（3）：

=（3）

?

???

式中：為測量自然解吸氣含量?，單位為?立?方厘米每克(cm3/g)；為測量自然

解吸氣?體??積，單位為立方厘米(cm3)；為巖石樣品質(zhì)量，單位為?克?(g)。

?

（4）殘余氣含量計(jì)算?

利用公式（4）：

=（4）

?

???

式中：為殘余氣含量，單位為?立方厘米?每?克(cm3/g)；為殘余氣體積，單位

為立方?厘?米?(cm3)；為巖石樣品質(zhì)量，單位為克(g)。??

??

五、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了巖石含氣量的物理模擬方法要求，正文部分包括標(biāo)準(zhǔn)的適用范

圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、方法提要、儀器設(shè)備、試劑、樣品制備、實(shí)

驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、檢測精度、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、附錄A和附錄B。

六、與有關(guān)法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

遵守和符合相關(guān)法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求。規(guī)范性引用文件包括：

GB/T19559-2008煤層氣含量測定方法

NB/T10018-2015煤的多組分氣體等溫吸附實(shí)驗(yàn)方法

SY/T6940-2013頁巖含氣量測定方法

GB/T34533-2017頁巖氦氣法孔隙度和脈沖衰減法滲透率的測定

GB/T23561煤和巖石的物理性質(zhì)

GB/T29172-2012巖心分析方法

七、重大意見分歧的處理依據(jù)和結(jié)果

本標(biāo)準(zhǔn)起草過程中沒有重大分歧意見。

八、后續(xù)貫徹措施

建議由石化相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理機(jī)構(gòu)組織貫徹本