CN106526079A - 一种研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法。该方法包括以下步骤：制备岩心；气测岩心的孔隙度和渗透率；截取岩心，对岩心柱塞进行恒速压汞实验；对剩余岩心进行模拟地层水流动实验，恒压驱替一定的孔隙体积；对实验后的岩心再次进行气测渗透率和恒速压汞实验；通过两次恒速压汞实验，得到孔隙分布特征和喉道分布特征，完成对致密砂岩孔喉结构动态变化的研究。本发明的上述研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法可以模拟致密砂岩储层岩石在长期水驱开发过程中孔喉结构的动态变化，并研究其动态变化的参数变化。

Description

一种研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发技术中致密砂岩储层孔喉结构在开发过程中的动态变化的实验测定方法，属于石油开采技术领域。

背景技术

孔喉结构是油田开发过程中的重要基础数据。依据实验测试手段的不同，可将孔喉结构研究方法分为直接发和间接法。直接法包括铸体薄片、扫描电镜、CT扫描等；间接法主要为高压压汞和恒速压汞。

目前，孔喉结构特征的研究主要集中在静态孔喉结构的研究上，通常为在钻井过程中将岩心从地层中取出，进行加工后综合运用各种实验手段，开展微观孔喉结构的研究。油田的开发最常用的方法为注水开发，在注水开发过程中，一方面地层压力会发生改变，另一方面，在长期的水洗过程中，岩石的孔喉结构也必然会发生变化，因此，也应当开展对孔喉结构在长期水驱冲刷过程中变化的研究。

关于孔喉结构动态变化的实验研究，目前主要集中在大庆油田和胜利油田的中高渗储层上，采用的方法是对在储层注水开发过程中，通过从储层中钻取不同开发阶段的岩心来研究孔喉结构的变化，这种方法不仅成本高，周期长，而且也不适用于低渗致密储层中。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种模拟地层条件和实际开发过程中对致密砂岩孔喉结构动态变化的研究方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法，该方法包括以下步骤：

制备岩心；

气测岩心的孔隙度和渗透率；

截取岩心，对岩心柱塞进行恒速压汞实验，得到孔隙分布特征和喉道分布特征；

对剩余岩心抽真空、饱和模拟地层水，进行模拟地层水流动实验，恒压条件下连续注入大于50倍孔隙体积的模拟地层水；

对进行模拟地层水流动性实验后的岩心进行气测渗透率和恒速压汞实验，得到孔隙分布特征和喉道分布特征，完成对致密砂岩孔喉结构动态变化的研究。

本发明提供的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法中，优选地，进行恒速压汞实验时的最大进汞压力不超过7MPa。

本发明提供的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法中，优选地，进行恒速压汞实验时的进汞速率为0.5×10^-4mL/min-1×10^-4mL/min。

本发明提供的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法中，优选地，进行模拟地层水流动实验时的围压比入口压力高至少2MPa。

本发明提供的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法中，优选地，进行模拟地层水流动性实验用到的装置包括：双柱塞泵、恒温箱和手摇泵；

所述双柱塞泵、恒温箱和所述手摇泵依次连通；

所述恒温箱内部设置有模拟地层水箱和所述岩心夹持器；所述双柱塞泵与所述模拟地层水箱连通；

所述双柱塞泵与所述模拟地层水箱间设置有第一阀门和第二阀门；

所述模拟地层水箱与所述岩心夹持器间设置第三阀门和第一压力表；

所述岩心夹持器与所述手摇泵之间设置有第二压力表；

所述岩心夹持器的另一端与量筒连通。

本发明提供的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法中，优选地，气测岩心的渗透率的装置包括氮气瓶，流量控制器，第一压力传感器，第二压力传感器，第三压力传感器，手摇泵和气体流量计；

所述氮气瓶与流量控制器连通，所述氮气瓶与流量控制器之间设置有减压阀；所述流量控制器与所述岩心夹持器的入口连通；所述流量控制器与所述岩心夹持器的入口之间设置有单向阀和第一压力传感器；

所述岩心夹持器的围压口与手摇泵连通；所述岩心夹持器的围压口与手摇泵之间设置有第三压力传感器；

所述岩心夹持器的出口与气体流量计连通，所述岩心夹持器的出口与气体流量计之间设置有第二压力传感器。

本发明提供的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法中，优选地，通过如下公式计算岩心渗透率：

其中，K_gp为平均压力时的气测渗透率，单位为μm²(D)，Q₀为大气压下气体体积流量，单位为cm³/s；p₀为大气压，单位为10^-1MPa；p₁为入口绝对压力，单位为10^-1MPa；p₂为出口绝对压力，单位为10^-1MPa；μ为气体粘度，单位为mPa·s；L为岩心长度，单位为cm；A为岩心端口截面积，单位为cm²。

根据本发明的具体实施方式，制备岩心具体按照以下步骤进行：

钻取天然岩心并进行编号，切岩心并磨平端面，保证岩心直径25mm，长度60-70mm；

使用索氏抽提器进行为期一至两个月的洗油，期间使用紫外分析仪检查洗油效果，如岩心未洗净，则其浸泡在365nm紫外光下会发出白色荧光，在这种情况下继续进行洗油，直至洗净为止；

烘干岩样至恒重，温度控制在104℃，烘干时间不小于8h，8h后每1h称量一次，直至两次称量的差值小于10mg，得到所述岩心。

根据本发明的具体实施方式，气测岩心的孔隙度和气测岩心的渗透率均可以参考《SYT 5336-2006岩心分析方法》执行。

根据本发明的具体实施方式，应用氦孔隙度测定仪气测岩心的孔隙度。

使用本发明的气测岩心渗透率的装置测岩心渗透率包括如下步骤：

加围压，加进口压力，入口压力为0.35MPa(绝对压力)，出口为大气压，围压为2.35MPa(绝对压力)，待压力稳定30min后，使用气体流量计测量出口流量；

使用岩心渗透率计算公式得到气测渗透率。

在本发明的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法中，恒速压汞实验可参考《Q/SYDQ1531-2012》执行。其中，恒速压汞与常规压汞遵循的原理相同。恒速压汞假设多孔介质是由直径大小不同的喉道和孔隙构成，以非常低的恒定速度进汞，在此过程中，界面张力与接触角保持不变。汞进入岩心的每一个喉道处都会憋压，此时整个毛细管系统的压力升高，当汞进入孔隙时，压力得到释放，此时整个系统的压力降低。记录此过程的进汞压力-进汞体积变化曲线，就可获得孔隙吼道的信息。利用公式p_c＝2σcosθ/r_c，可计算出在某一进汞压力下所对应的孔隙/喉道的半径。

通过恒速压汞实验研究孔喉结构，可以得到孔隙分布特征和喉道分布特征等参数信息。

根据本发明的具体实施方式，进行模拟地层水流动性实验时按照以下步骤进行：

配置模拟地层水，每1000mL蒸馏水中含70g NaCl，6g CaCl₂、4g MgCl₂；

将岩心抽真空、饱和模拟地层水；

连接装置，并进行调试，加温至实验温度直至稳定；

对岩心进行模拟地层水流动测试，采用恒定压力，围压比入口压力高至少2MPa，连续驱替一定孔隙体积，完成模拟地层水流动性实验。

然后，对实验后的岩心进行烘干，测量实验后岩心的气测渗透率，并截取3cm左右长度的岩心柱塞进行恒速压汞实验，测定其孔隙分布特征和喉道分布特征，对进行模拟地层水流动实验前后得到的孔隙分布特征和喉道分布特征参数进行对比，完成对致密砂岩孔喉结构动态变化的研究。

本发明提供的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法可以模拟实际砂岩油藏的生产特征，利用该方法可以研究地层条件下致密砂岩储层在注水生产过程中孔喉结构的动态变化。

本发明提供的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法可用于模拟研究致密砂岩油藏在实际注水生产过程中孔喉结构的变化，一方面可以节约大量的成本和时间，另一方面能够很好地模拟实际油藏的生产条件。通过模拟研究油藏生产过程中的岩心孔喉结构的变化规律，能够为油藏评价及注水开发提供更好的理论依据。

附图说明

图1为实施例中的测量岩心孔隙体积的流程图；

图2为实施例中的气测岩心渗透率的装置结构图；

图3为实施例中的模拟地层水流动性实验采用的装置结构图；

图4为实施例中实验前后喉道半径变化曲线；

图5为实施例中实验前后孔隙半径变化曲线。

主要附图符号标记

1氮气瓶 2减压阀 3流量控制器 4单向阀 501第一压力传感器 502第二压力传感器 503第三压力传感器 6岩心夹持器 7第一手摇泵 8气体流量计 9双柱塞泵 10模拟地层水箱 11第三阀门 12第一压力表 13移液管 14量筒 15第二手摇泵 16恒温箱

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例

本实施例提供了一种研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法，该方法包括以下步骤：

一、制备岩心；

钻取天然岩心并进行编号；

切岩心并磨平端面，保证岩心直径25mm，长度在60-70mm之间；

使用索氏抽提器进行为期一至两个月的洗油，期间使用紫外分析仪检查洗油效果，如岩心未洗净，则其浸泡在365nm紫外光下会发出白色荧光，在这种情况下继续进行洗油，直至洗净为止；

烘干岩样至恒重，温度控制在104℃，烘干时间不小于8h，8h后每1h称量一次，两次称量的差值小于10mg；

用游标卡尺测量岩心长度为63.72mm，直径为24.92mm。

二、气测岩心的孔隙度和渗透率；

测量岩心的孔隙体积的流程如图1所示。通过测量装有岩心的密封腔体对定量气体的分压，利用气体状态方程计算得出岩心孔隙度，具体包括以下步骤：

首先校准孔隙度仪，得出参比室体积(V_r)和样品室体积(V_c)；然后把柱塞岩心放入样品室；以预先确定的压力，一般为690kPa-1380kPa(100psig-200psig)，把氦气输入参比室；压力平衡大约30s，然后读出压力P₁并记录；气体膨胀进入样品室，系统达到平衡后测量产生的降低的压力(P₂)，进而计算出岩心的孔隙度。

采用如图2所示的装置气测岩心的渗透率，该装置包括：氮气瓶1，流量控制器3，第一压力传感器501，第二压力传感器502，第三压力传感器503，第一手摇泵7和气体流量计8；

氮气瓶1与流量控制器3连通，氮气瓶1与流量控制器3之间设置有减压阀2；流量控制器3与岩心夹持器6的入口连通；流量控制器3与岩心夹持器6的入口之间设置有单向阀4和第一压力传感器501；

岩心夹持器6的围压口与第一手摇泵7连通；岩心夹持器6的围压口与第一手摇泵7之间设置有第三压力传感器503；

岩心夹持器6的出口与气体流量计8连通，岩心夹持器6的出口与气体流量计8之间设置有第二压力传感器502。

利用上述装置气测岩心渗透率的具体步骤包括：

装好设备；

加围压，加进口压力，等压力稳定(30min)后，采用气体流量计测量出口流量；测定岩心在入口压力为0.35MPa(绝对压力)，出口为大气压，环压为2.35MPa(绝对压力)使得渗透率；

③使用下列公式计算气测渗透率；

其中，为平均压力时的气测渗透率，单位为μm²(D)，Q₀为大气压下气体体积流量，单位为cm³/s；p₀为大气压，单位为10^-1MPa；p₁为入口绝对压力，单位为10^-1MPa；p₂为出口绝对压力，单位为10^-1MPa；μ为气体粘度，单位为mPa·s；L为岩心长度，单位为cm；A为岩心端口截面积，单位为cm²。

三、从岩心上截取一段岩心柱塞进行恒速压汞实验，从岩心上截取一段岩心柱塞进行恒速压汞实验，得到孔隙分布特征和喉道分布特征；

四、对岩心进行模拟地层水流动性实验；

采用图3所示的装置进行模拟地层水流动性实验，该装置包括：双柱塞泵9、恒温箱16和第二手摇泵15；

双柱塞泵9、模拟地层水箱10、岩心夹持器6和第二手摇泵15依次连接；恒温箱16内部设置有模拟地层水箱10和岩心夹持器6；双柱塞泵9与模拟地层水箱10间设置有第一阀门和第二阀门；模拟地层水箱10与岩心夹持器6间设置第三阀门11和第一压力表12；岩心夹持器6与第二手摇泵15之间设置有第二压力表；岩心夹持器6的另一端与量筒14连通；岩心夹持器6与量筒14之间设置有移液管13。

利用上述装置对岩心进行模拟地层水流动实验：

具体实验步骤如下：

配置500mL模拟地层水(含有35g NaCl，3g CaCl₂、2g MgCl₂)；将模拟地层水装入模拟地层水箱中；将岩心装入岩心夹持器中；按图3连接好实验装置；将恒温箱温度设置为60℃，加热12h；加围压，加进口压力，围压为22.1MPa(绝对压力)，进口压力为20.1MPa(绝对压力)，出口为大气压，恒压驱替100倍孔隙体积后停止实验。

五、对进行模拟地层水流动性实验后的岩心进行烘干，气测渗透率，渗透率为0.147×10^-3μm²，并截取3cm左右长度的柱塞进行恒速压汞实验，最大进汞压力为6.183MPa，进汞速率为1×10^-4mL/min；对岩心模拟地层水流动性实验前后的孔隙分布特征和喉道分布特征参数进行对比，完成对致密砂岩孔喉结构动态变化的研究。实验前后岩心各参数结果如表1、表2和表3，图4和图5所示。

表1岩心模拟地层水流动性实验前后的恒速压汞结果

	流动性实验前	流动性实验后
			气测渗透率/10-3μm 2	0.190	0.147
总进汞饱和度/％	47.51	41.46
			孔隙进汞饱和度/％	29.82	24.95
喉道进汞饱和度/％	17.69	16.52
			最大进汞压力/MPa	6.197	6.183
平均喉道半径/μm	0.562	0.399
			喉道分布峰位/μm	0.6	0.3
喉道分布峰值/％	24.58	33.10

表2喉道半径在实验前后的分布特征

表3孔隙半径在实验前后的分布特征

由以上内容可以看出，在实验前后，岩心的气测渗透率、喉道半径分布、平均喉道半径均发生了改变。模拟地层水流动实验测试前，岩心气测渗透率为0.190×10^-3μm²，岩样中分布频率最大的喉道半径为0.6μm，同时该尺寸喉道也是流体的主要渗流通道。实验后气测渗透率减小到0.147×10^-3μm²，同时喉道半径为0.3μm的分布频率最大，是流体的主流通道。同时对比图4、图5可以看出，实验前后岩样的喉道半径分布发生了向左偏移，而孔隙半径基本没有改变，由此可以得出，对于致密储层，岩样的渗流特征主要受控于喉道。

以上实施例说明，本发明的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法可用于模拟研究致密砂岩油藏在实际注水生产过程中孔喉结构的变化，可以节约大量的成本和时间，能够很好地模拟实际油藏的生产条件。另外，通过模拟研究油藏生产过程中的岩心孔喉结构的变化规律，能够为油藏评价及注水开发提供更好的理论依据。

Claims (7)

1.一种研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

制备岩心；

气测岩心的孔隙度和渗透率；

截取岩心，对岩心柱塞进行恒速压汞实验，得到孔隙分布特征和喉道分布特征；

对剩余岩心抽真空、饱和模拟地层水，进行模拟地层水流动性实验，恒压条件下连续注入大于50倍孔隙体积的模拟地层水；

对进行模拟地层水流动性实验后的岩心进行气测渗透率和恒速压汞实验，得到孔隙半径分布特征和喉道半径分布特征，完成对致密砂岩孔喉结构动态变化的研究。

2.根据权利要求1所述的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法，其特征在于，进行恒速压汞实验时的最大进汞压力不超过7MPa。

3.根据权利要求1所述的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法，其特征在于，进行恒速压汞实验时的进汞速率为0.5×10^-4mL/min-1×10^-4mL/min。

4.根据权利要求1所述的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法，其特征在于，进行模拟地层水流动实验时的围压比入口压力高至少2MPa。

5.根据权利要求1所述的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法，其特征在于，进行所述模拟地层水流动性实验用到的装置包括：双柱塞泵、恒温箱和手摇泵；

所述双柱塞泵、恒温箱和所述手摇泵依次连通；

所述恒温箱内部设置有模拟地层水箱和所述岩心夹持器；所述双柱塞泵与所述模拟地层水箱连通；

所述双柱塞泵与所述模拟地层水箱间设置有第一阀门和第二阀门；

所述模拟地层水箱与所述岩心夹持器间设置第三阀门和第一压力表；

所述岩心夹持器与所述手摇泵之间设置有第二压力表；

所述岩心夹持器的另一端与量筒连通。

6.根据权利要求1所述的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法，其特征在于，气测岩心的渗透率的装置包括氮气瓶，流量控制器，第一压力传感器，第二压力传感器，第三压力传感器，手摇泵和气体流量计；

所述氮气瓶与流量控制器连通，所述氮气瓶与流量控制器之间设置有减压阀；所述流量控制器与所述岩心夹持器的入口连通；所述流量控制器与所述岩心夹持器的入口之间设置有单向阀和第一压力传感器；

所述岩心夹持器的围压口与手摇泵连通；所述岩心夹持器的围压口与手摇泵之间设置有第三压力传感器；

所述岩心夹持器的出口与气体流量计连通，所述岩心夹持器的出口与气体流量计之间设置有第二压力传感器。

7.根据权利要求1所述的研究致密砂岩孔喉结构动态变化的方法，其特征在于，通过如下公式计算岩心渗透率：

$K_{g\stackrel{\‾}{p}}=\frac{2Q_0{p}_0\mathrm{\μ}L}{A(p_1^2-p_2^2)}$

其中，为平均压力时的气测渗透率，单位为μm²(D)，Q₀为大气压下气体体积流量，单位为cm³/s；p₀为大气压，单位为10^-1MPa；p₁为入口绝对压力，单位为10^{- 1}MPa；p₂为出口绝对压力，单位为10^-1MPa；μ为气体粘度，单位为mPa·s；L为岩心长度，单位为cm；A为岩心端口截面积，单位为cm²。