页岩气/煤层气运移过程中的同位素分馏研究进展
李文镖(1996-),男,江西上饶人,博士,主要从事页岩气评价技术和同位素效应等方面的研究工作。地址:海南省三亚市崖州区崖州湾科技城创新路8号中兴产业园A栋3层区,东北石油大学三亚海洋油气研究院,邮政编码:572025。E-mail: liwenbiao1996nepu@163.com |
Copy editor: 黄昌武
收稿日期: 2022-03-28
修回日期: 2022-09-02
网络出版日期: 2019-01-01
基金资助
“博士后创新人才支持计划”项目(BX20220062)
国家自然科学基金(41672130)
国家自然科学基金(41972123)
中国石化科技项目(P17027-3)
Research progress on isotopic fractionation in the process of shale gas/coalbed methane migration
Received date: 2022-03-28
Revised date: 2022-09-02
Online published: 2019-01-01
从同位素分馏特征与影响因素、分馏机理与定量表征模型和地质应用等3方面对页岩气/煤层气运移过程中的同位素分馏研究进展进行综述。研究发现,页岩气/煤层气完整产出过程中的同位素分馏表现为“稳定—变轻—变重—再变轻”的4阶段特征,这与页岩/煤层孔隙内复杂的气体运移方式密切相关。页岩/煤层内气体运移机制包括渗流、扩散和吸附/解吸,其中压差驱动的体相渗流基本不产生同位素分馏,而扩散和吸附/解吸过程中的同位素分馏显著。现有的同位素分馏模型包括纯扩散分馏模型、扩散、吸附/解吸耦合模型和多尺度多机制耦合模型,模型计算结果表明,天然气运移过程中的同位素分馏主要受控于岩石孔隙结构、吸附能力和初始/边界条件。目前,同位素分馏模型已成功应用于评价页岩/煤岩原位含气量和吸附气/游离气比例等关键参数,同时在气井生产状态判识和产能变化趋势预测等方面展现出一定的应用前景。下一步研究应重点关注:①天然气运移过程不同组分碳、氢同位素组成的协同演化规律;②生—排—运—聚—散全过程同位素分馏的整体表征;③复杂孔-裂隙系统内天然气运移过程同位素分馏的定量表征及应用。
李文镖 , 卢双舫 , 李俊乾 , 魏永波 , 赵圣贤 , 张鹏飞 , 王子轶 , 李霄 , 王峻 . 页岩气/煤层气运移过程中的同位素分馏研究进展[J]. 石油勘探与开发, 2022 , 49(5) : 929 -942 . DOI: 10.11698/PED.20220225
The research progress of isotopic fractionation in the process of shale gas/coalbed methane migration has been reviewed from three aspects: characteristics and influencing factors, mechanism and quantitative characterization model, and geological application. It is found that the isotopic fractionation during the complete production of shale gas/coalbed methane shows a four-stage characteristic of “stable-lighter-heavier-lighter again”, which is related to the complex gas migration modes in the pores of shale/coal. The gas migration mechanisms in shale/coal include seepage, diffusion, and adsorption/desorption. Among them, seepage driven by pressure difference does not induce isotopic fractionation, while diffusion and adsorption/desorption lead to significant isotope fractionation. The existing characterization models of isotopic fractionation include diffusion fractionation model, diffusion-adsorption/desorption coupled model, and multi-scale and multi-mechanism coupled model. Results of model calculations show that the isotopic fractionation during natural gas migration is mainly controlled by pore structure, adsorption capacity, and initial/boundary conditions of the reservoir rock. So far, the isotope fractionation model has been successfully used to evaluate critical parameters, such as gas-in-place content and ratio of adsorbed gas to free gas in shale/coal etc. Furthermore, it has shown promising application potential in production status identification and decline trend prediction of gas well. Future research should focus on: (1) the co-evolution of carbon and hydrogen isotopes of different components during natural gas migration, (2) the characterization of isotopic fractionation during the whole process of gas generation-expulsion-migration-accumulation-dispersion, and (3) quantitative characterization of isotopic fractionation during natural gas migration in complex pore-fracture systems and its application.
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