CN107991335A - 致密砂岩水锁损害评价试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种致密砂岩水锁损害评价试验方法。该方法包括：制备岩心样品，在高温条件下对岩心样品进行钝化处理并烘干；对岩心样品进行饱和处理，得到饱和处理后的岩心样品；对饱和处理后的岩心样品，通过高压离心装置进行离心处理，得到离心处理后的岩心样品；对离心处理后的岩心样品进行第一核磁共振测试，得到岩心样品的第一含水饱和度S_wi；测试第一含水饱和度S_wi的岩心样品的气测渗透率K_wgi以及地层初始含水饱和度S_wci的气测渗透率K_wcgi；根据第一含水饱和度S_wi的岩心样品的气测渗透率K_wgi以及地层初始含水饱和度S_wci的气测渗透率K_wcgi，得到第一含水饱和度S_wi的岩心样品相对于地层初始的渗透率变化率D_n。本发明能够对水锁损害程度做出全面的评价。

Description

致密砂岩水锁损害评价试验方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术，尤其涉及一种致密砂岩水锁损害评价试验方法。

背景技术

非常规致密砂岩油气藏开发过程中，由于外来水相流体渗入油气层孔道，会将油气层中原有的油推向油气层深部，并在油(气)/水界面形成一个凹向油(气)相的弯液面。由于表面张力的作用，在弯液面处形成毛细管阻力。若储层能量不足以克服毛细管阻力，就不能消除水相堵塞，造成储层含水饱和度增加，影响储采收率。而这种损害称为“水锁损害”。

目前出现的水锁损害评价方法有：采用岩样浸泡的方法实验研究了水锁效应对岩心有效渗透率的影响；利用静态岩心流动实验方法，通过测定束缚水饱和度下的油相渗透率变化来评价水锁效应对渗透率的损害；考虑外来流体对基质的作用，采用反向流体侵入岩心，正向高压气体驱替的方式，进行了水锁损害程度定量实验分析。

然而，现有技术中的水锁损害评价方法，不能排除各种因素的干扰，并对水锁损害程度做出全面的评价。

发明内容

本发明提供一种致密砂岩水锁损害评价试验方法，以排除现有技术中水敏膨胀、盐析、饱和水分布不均等因素的干扰，以及未考虑地层初始的含水条件评价水锁损害的问题。

本发明提供一种致密砂岩水锁损害评价试验方法，包括：

制备岩心样品，在高温条件下对所述岩心样品进行钝化处理并烘干；

对所述岩心样品进行饱和处理，得到饱和处理后的岩心样品；

对所述饱和处理后的岩心样品，通过高压离心装置进行离心处理，得到离心处理后的所述岩心样品；

对所述离心处理后的岩心样品进行第一核磁共振测试，得到所述岩心样品的第一含水饱和度S_wi；

测试第一含水饱和度S_wi的岩心样品的气测渗透率K_wgi以及地层初始含水饱和度S_wci的气测渗透率K_wcgi；

根据所述第一含水饱和度S_wi的岩心样品的气测渗透率K_wgi以及所述地层初始含水饱和度S_wci的气测渗透率K_wcgi，得到第一含水饱和度S_wi的岩心样品相对于所述地层初始的渗透率变化率D_n；

其中，所述高压离心装置采用不同的转速对所述岩心样品进行离心处理，在所述转速低于预设转速时，所述第一含水饱和度S_wi为可动水饱和度，则所述转速高于或等于预设转速时，所述第一含水饱和度S_wi为束缚水饱和度。

可选地，所述制备岩心样品，包括：

在所述地层初始的储层液体流动方向上获取岩心样品；

采用甲醇对所述岩心样品进行除盐处理。

可选地，所述在高温条件下对所述岩心样品进行钝化处理，包括：

以100℃为梯度对岩心样品逐级加温，每个所述梯度下保持2h，升至550℃时保温处理2h；

以100℃为梯度对岩心样品逐级降温，每个所述梯度下保持2h，降至室温时保温处理2h。

可选地，所述对所述岩心样品进行饱和处理，得到饱和处理后的岩心样品，包括：

将烘干后的岩心样品进行抽真空处理；

将所述岩心样品浸泡在饱和流体中；

通过高压对所述待饱和流体施加饱和压力。

可选地，所述在高温条件下对所述岩心样品进行钝化处理之后，还包括：

对钝化烘干后的所述岩心样品进行称重，得到所述岩心样品的重量G_g0；

所述对所述岩心样品进行饱和处理，得到饱和处理后的岩心样品之后，还包括：

通过称重法测量所述岩心样品的第一有效孔隙体积，以及对所述饱和处理后的岩心样品进行第二核磁共振测试，得到所述岩心样品的第二有效空隙体积；

将所述第一有效孔隙体积与所述第二有效孔隙体积进行对比处理，以评估第一核磁共振测试的准确性。

可选地，所述通过称重法测量所述岩心样品的第一有效孔隙体积，包括：

对饱和处理后的岩心样品进行称重，得到所述岩心样品的重量G_W；

根据如下公式一确定所述岩心样品的第一有效孔隙体积V_ρ：

V_ρ＝(G_w-G_g0)/ρ₁ 公式一

其中，所述ρ₁为在测定的饱和温度下饱和流体的密度，所述G_W为饱和处理后的岩心样品的重量，所述G_g0为钝化烘干后的岩心样品的重量。

可选地，所述对所述饱和处理后的岩心样品，通过高压离心装置进行离心处理，得到离心处理后的所述岩心样品之后，还包括：

通过称重法测量所述岩心样品的第二含水饱和度；

将所述第一含水饱和度与所述第二含水饱和度进行对比处理，以评估第一核磁共振测试的准确性。

可选地，所述通过称重法测量所述岩心样品的第二含水饱和度，包括：

对钝化烘干后的所述岩心样品进行称重，得到所述岩心样品的重量G_g0

对离心处理后的所述岩心样品进行称重，得到所述岩心的重量G_wi；

根据如下公式二确定所述岩心样品的第二含水饱和度：

其中，所述ρ₁为在测定的饱和温度下饱和流体的密度，所述G_wi为离心处理后的岩心样品的重量，所述G_g0为钝化烘干后的岩心样品的重量。

本发明致密砂岩水锁损害评价试验方法，通过在高温条件下对岩心样品进行钝化处理并烘干，消除了水敏性粘土矿物的活性，以去离子水为待饱和液体，对岩心样品进行饱和处理，再采用高压离心装置进行离心处理，对离心处理后的岩心样品进行第一核磁共振测试，测试不同饱和度下的气体渗透率，计算得到岩心样品不同的含水饱和度下相对于地层初始含水饱和度的气体渗透率变化率，特别是得到通过岩心束缚水饱和度对应的渗透率相对于地层初始含水饱和度的气体渗透率变化率，实现更为精确的评价地层水锁损害程度，建立了将地层初始含水饱和度状态下的渗透率作为渗透率变化的初始值的水锁损害评价指标，明确了束缚水在岩心中的分布状态，解决现有评价方法中实验结果重现性差，达到了全面评价含水饱和度对渗透率的损害程度。

附图说明

图1为本发明致密砂岩水锁损害评价试验方法实施例一的流程图；

图2为本发明致密砂岩水锁损害评价试验方法实施例二的流程图；

图3为本发明致密砂岩水锁损害评价试验方法实施例三的流程图。

具体实施方式

图1为本发明致密砂岩水锁损害评价试验方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、制备岩心样品，在高温条件下对岩心样品进行钝化处理并烘干。

本实施例通过井筒取芯，在地层初始的储层液体流动方向上获取岩心样品。具体地，通过钻取柱塞的方式，在地层初始的储层液体流动方向上获取岩心样品，岩心样品的端面和井筒的柱面保持平整，且岩心样品的端面垂直于井筒的柱面，岩心样品的直径一般为2.5cm，其长度不小于直径的1.5倍。当地层水矿化度高于20000mg/L或者地层水资料未知时，制备得到的岩心样品，还需要采用甲醇等试剂进行除盐处理。

本实施例在制备得到岩心样品后，在高温条件下对岩心样品进行钝化处理。该钝化处理的过程是先对岩心样品进行加温至550℃后，然后降温至室温的过程。具体地，在升温时，温度以100℃为梯度对岩心样品逐级加温，每个梯度下保持2h，升至550℃时保温处理2h；在降温时，以100℃为梯度对岩心样品逐级降温，每个梯度下保持2h，降至室温时保温处理2h。这样的钝化处理可以使得蒙脱石、伊利石或蒙脱石间层矿物转变为伊利石，消除水敏性粘土矿物的活性。

在钝化处理后，对岩心样品进行烘干，烘干温度应该控制在55～60℃，烘干相对湿度控制在40～50％，烘干时间不小于48h，48h后每8h称重一次，两次称重的差值不小于10mg，直至岩心样品烘干至恒重，烘干过程结束。

步骤102、对岩心样品进行饱和处理，得到饱和处理后的岩心样品。

具体地，将烘干后的岩心样品进行抽真空处理，然后将岩心样品浸泡在饱和流体中，最后通过高压对待饱和流体施加饱和压力。

例如，将烘干后的岩心样品进行抽真空4h以上，选择去离子水为待饱和流体，将岩心样品浸泡在饱和流体中，采用25MPa高压作为饱和压力，加压时间不低于8h，以保证岩心样品充分饱和，岩心样品在饱和液中浸泡至少24h以上。

步骤103、对饱和处理后的岩心样品，通过高压离心装置进行离心处理，得到离心处理后的岩心样品；

具体地，高压离心装置采用不同的转速对岩心样品进行离心处理。

高压离心装置具体可以为高压离心机。本实施例利用高压离心机对饱和处理后的岩心样品进行离心处理，转速分别为1000r/min、2000r/min、3000r/min、4000r/min、6000r/min、8000r/min、10000r/min，进行恒速离心。离心过程中每10min调换岩心样品方向，离心时间50min。如果地层初始含水饱和度小于30％，需结合氮气驱替、冰箱冷藏等联合作用建立含水饱和度。

步骤104、对离心处理后的岩心样品进行第一核磁共振测试，得到岩心样品的第一含水饱和度S_wi；

具体地，在转速低于预设转速时，第一含水饱和度S_wi为可动水饱和度，则转速高于预设转速时，第一含水饱和度S_wi为束缚水饱和度。

本实施例对离心处理后的岩心样品进行第一核磁共振测试，具体可以用核磁共振仪对不同离心转速下的岩心样品进行第一核磁共振测试，通过核磁共振仪可直接绘制T₂谱曲线。第一核磁共振仪测得的信号与岩心样品孔隙中的含氢总量成正比。通过标准岩心样品的刻度，得到核磁共振仪测得的信号与有效空隙体积的对应定量关系表。根据第一核磁共振仪测得的信号查找对应定量关系表得到第二有效孔隙体积，再与测得的第一有效孔隙体积相除，得到第一含水饱和度S_wi。T₂谱曲线可以更加直观的观测核磁共振仪测得的信号，其中，横坐标代表弛豫时间，纵坐标代表信号谱，信号谱的谱面积代表信号的大小，弛豫时间与孔隙半径成正比。

对不同离心转速下的岩心样品进行核磁共振测试，利用T₂谱计算第一含水饱和度S_wi，建立在不同离心转速下的岩心样品第一含水饱和度S_wi，利用核磁成像分析岩心样品内部流体分布状态。具体地，在本实施例中，对于离心处理过程中，在转速低于预设转速时，得到的第一含水饱和度S_wi为可动水饱和度，则转速高于或等于预设转速时，得到的第一含水饱和度S_wi为束缚水饱和度。具体地，设定预设转速为10000r/min，在具体实现过程中，先对岩心样品进行离心处理，转速为1000r/min，离心处理后进行核磁共振测试，得到可动水饱和度。然后对该样品继续进行离心处理，转速为2000r/min，处理后进行核磁共振测试，得到可动水饱和度，再依次进行3000r/min、4000r/min、6000r/min、8000r/min的离心处理，对应地进行核磁共振处理，得到可动水饱和度。当离心处理的转速达到10000r/min时，对应地进行核磁共振处理，得到束缚水饱和度。

步骤105、测试第一含水饱和度S_wi的岩心样品的气测渗透率K_wgi以及地层初始含水饱和度S_wci的气测渗透率K_wcgi。

具体地，根据第一含水饱和度S_wi和地层初始含水饱和度S_wci得到第一含水饱和度S_wi的气测渗透率K_wgi和地层初始含水饱和度S_wci的气测渗透率K_wcgi。

本实施例利用气体达西定律计算含水饱和度下的岩心样品气体渗透率K_wgi，通过公式计算得到。其中，q_g是气体流量，P_a是大气压力，μ是气体粘度，L是岩心样品长度，A是岩心样品断面积，P₁、P₂分别是气体渗透率仪入口和出口的绝对压力。

步骤106、根据第一含水饱和度S_wi的岩心样品的气测渗透率K_wgi以及地层初始含水饱和度S_wci的气测渗透率K_wcgi，得到第一含水饱和度S_wi的岩心样品相对于地层初始的渗透率变化率D_n。

本实施例中，建立岩心样品含水饱和度，测试不同含水饱和度下的气测渗透率，通过气测渗透率计算岩心样品的渗透率变化率。具体地，建立含水饱和度与气测渗透率之间的关系，尤其是可以得到在测得的束缚水饱和度与已知的地层初始含水饱和度的这段范围内的气测渗透率与含水饱和度的曲线规律。同时，通过岩心样品束缚水饱和度对应的渗透率计算渗透率变化率，得到评价没有可动水影响时最大的水锁损害程度。

本领域技术人员可以理解，本实施例不仅仅是单纯的获取渗透率变化率，来对水锁损害程度进行评价，而是结合含水饱和度，来获取含水饱和度对应的渗透变化率，从而可以得到气测渗透变化率与含水饱和度的对应关系，综合性的评价渗透率变化率，同时，还可以根据该对应关系，在得到其它岩心样品时，在获取到含水饱和度之后，预估渗透率变化率，提高了测量效率。

具体地，本实施例根据K_wgi、K_wcgi，通过水锁损害评价公式D_n＝(K_wcgi-K_wgi)/K_wcgi×100％计算岩心样品在不同饱和度下相对于地层含水饱和度S_wci的渗透率变化率D_n，依据渗透率变化率D_n评价水锁损害程度。特别是计算得到的束缚水饱和度对应的渗透率变化率，反映了在束缚水影响时，地层条件下最大水锁损害程度，可将此参数作为水锁损害程度评价的新指标。其中，表1示出了D_n值与水锁程度的对应关系。

表1

水锁损害	水锁程度
		Dn≤5	无
5<Dn≤30	弱
		30<Dn≤50	中等偏弱
50<Dn≤70	中等偏强
		70<Dn≤90	强
Dn>90	极强

本实施例致密砂岩水锁损害评价试验方法，通过在高温条件下对岩心样品进行钝化处理并烘干，消除了水敏性粘土矿物的活性，以去离子水为试验介质饱和岩心样品，对岩心样品进行饱和处理，再采用高压离心装置进行离心处理，对离心处理后的岩心样品进行第一核磁共振测试，测试不同饱和度下的气体渗透率，计算得到岩心样品不同的含水饱和度下相对于地层初始含水饱和度的气体渗透率变化率，特别是得到通过岩心束缚水饱和度对应的渗透率相对于地层初始含水饱和度的气体渗透率变化率，实现更为精确的评价地层水锁损害程度，建立了将地层初始含水饱和度状态下的渗透率作为渗透率变化的初始值的水锁损害评价指标，明确了束缚水在岩心中的分布状态，解决现有评价方法中实验结果重现性差，达到了全面评价含水饱和度对渗透率的损害程度。

在上述实施例的基础上，图2、图3对核磁共振进行了验证，以评估第一核磁共振测试的准确性。

图2为本发明致密砂岩水锁损害评价试验方法实施例二的流程图，如图2所示，本实施例的方法可以包括：

步骤201、在高温条件下对岩心样品进行钝化处理之后，对钝化烘干后的岩心样品进行称重，得到岩心样品的重量G_g0。

步骤202、对岩心样品进行饱和处理，得到饱和处理后的岩心样品之后，通过称重法测量岩心样品的第一有效孔隙体积，以及对饱和处理后的岩心样品进行第二核磁共振测试，得到岩心样品的第二有效空隙体积。

本实施例对钝化烘干后的岩心样品进行称重，得到岩心样品的重量G_g0。对饱和处理后的岩心样品进行称重，得到岩心样品的重量G_W。根据如下公式一确定岩心样品的第一有效孔隙体积V_ρ：

V_ρ＝(G_w-G_g0)/ρ₁ 公式一

其中，ρ₁为在测定的饱和温度下饱和流体的密度；

G_W为饱和处理后的岩心样品的重量；

G_g0为钝化烘干后的岩心样品的重量。

具体地，对饱和处理后的岩心样品进行第二核磁共振测试，得到岩心样品的第二有效空隙体积。

本实施例通过标准岩心样品的刻度，得到核磁共振测得的信号与有效空隙体积的对应定量关系表。第二核磁共振仪测得的信号通过查找对应定量关系表得到第二有效孔隙体积。

步骤203、将第一有效孔隙体积与第二有效孔隙体积进行对比处理，以评估第一核磁共振测试的准确性。

具体地，本实施例将第一有效孔隙体积与第二有效孔隙体积作差，得到两者的差值，需满足5％以内的误差范围。在实际应用过程中，第一有效孔隙体积与第二有效孔隙体积的差值都在误差范围内，满足评价水锁损害程度的条件，验证了核磁共振测试的准确性。

本实施例致密砂岩水锁损害评价试验方法中岩心样品第一次比较处理，通过称重法对钝化烘干后的岩心样品进行称重，测量岩心样品的第一有效孔隙体积，以及对饱和处理后的岩心样品进行第二核磁共振测试，得到岩心样品的第二有效空隙体积。将第一有效孔隙体积与第二有效孔隙体积进行对比处理，以评估第一核磁共振测试的准确性。

图3为本发明致密砂岩水锁损害评价试验方法实施例三的流程图，如图3所示，本实施例的方法可以包括：

步骤301、对饱和处理后的岩心样品，通过高压离心装置进行离心处理，得到离心处理后的岩心样品之后，通过称重法测量岩心样品的第二含水饱和度。

本实施例对钝化烘干后的岩心样品进行称重，得到岩心样品的重量G_g0，对离心处理后的岩心样品进行称重，得到岩心的重量G_wi，根据如下公式二确定岩心样品的第二含水饱和度：

其中，ρ₁为在测定的饱和温度下饱和流体的密度；

G_wi为离心处理后的岩心样品的重量；

G_g0为钝化烘干后的岩心样品的重量。

步骤302、将第一含水饱和度与第二含水饱和度进行对比处理，以评估第一核磁共振测试的准确性。

具体地，本实施例将第一含水饱和度与第二含水饱和度作差，得到两者的差值，需满足5％以内的误差范围。在实际应用过程中，第一含水饱和度与第二含水饱和度的差值在误差范围内，满足评价水锁损害程度的条件，验证了核磁共振测试的准确性。

本实施例致密砂岩水锁损害评价试验方法中岩心样品第二次比较处理，通过称重法对离心处理后的岩心样品测量岩心样品的第二含水饱和度，再对离心处理后的岩心样品进行第一核磁共振测试，得到岩心样品的第一含水饱和度，将第一含水饱和度与第二含水饱和度进行对比处理，以评估第一核磁共振测试的准确性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种致密砂岩水锁损害评价试验方法，其特征在于，

制备岩心样品，在高温条件下对所述岩心样品进行钝化处理并烘干；

对所述岩心样品进行饱和处理，得到饱和处理后的岩心样品；

对所述饱和处理后的岩心样品，通过高压离心装置进行离心处理，得到离心处理后的所述岩心样品；

对所述离心处理后的岩心样品进行第一核磁共振测试，得到所述岩心样品的第一含水饱和度S_wi；

测试第一含水饱和度S_wi的岩心样品的气测渗透率K_wgi以及地层初始含水饱和度S_wci的气测渗透率K_wcgi；

根据所述第一含水饱和度S_wi的岩心样品的气测渗透率K_wgi以及所述地层初始含水饱和度S_wci的气测渗透率K_wcgi，得到第一含水饱和度S_wi的岩心样品相对于所述地层初始的渗透率变化率D_n；

其中，所述高压离心装置采用不同的转速对所述岩心样品进行离心处理，在所述转速低于预设转速时，所述第一含水饱和度S_wi为可动水饱和度，则所述转速高于或等于预设转速时，所述第一含水饱和度S_wi为束缚水饱和度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备岩心样品，包括：

在所述地层初始的储层液体流动方向上获取岩心样品；

采用甲醇对所述岩心样品进行除盐处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在高温条件下对所述岩心样品进行钝化处理，包括：

以100℃为梯度对岩心样品逐级加温，每个所述梯度下保持2h，升至550℃时保温处理2h；

以100℃为梯度对岩心样品逐级降温，每个所述梯度下保持2h，降至室温时保温处理2h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述岩心样品进行饱和处理，得到饱和处理后的岩心样品，包括：

将烘干后的岩心样品进行抽真空处理；

将所述岩心样品浸泡在饱和流体中；

通过高压对所述待饱和流体施加饱和压力。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在高温条件下对所述岩心样品进行钝化处理之后，还包括：

对钝化烘干后的所述岩心样品进行称重，得到所述岩心样品的重量G_g0；

所述对所述岩心样品进行饱和处理，得到饱和处理后的岩心样品之后，还包括：

通过称重法测量所述岩心样品的第一有效孔隙体积，以及对所述饱和处理后的岩心样品进行第二核磁共振测试，得到所述岩心样品的第二有效空隙体积；

将所述第一有效孔隙体积与所述第二有效孔隙体积进行对比处理，以评估第一核磁共振测试的准确性。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过称重法测量所述岩心样品的第一有效孔隙体积，包括：

对饱和处理后的岩心样品进行称重，得到所述岩心样品的重量G_W；

根据如下公式一确定所述岩心样品的第一有效孔隙体积V_ρ：

V_ρ＝(G_w-G_g0)/ρ₁ 公式一

其中，所述ρ₁为在测定的饱和温度下饱和流体的密度，所述G_W为饱和处理后的岩心样品的重量，所述G_g0为钝化烘干后的岩心样品的重量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述饱和处理后的岩心样品，通过高压离心装置进行离心处理，得到离心处理后的所述岩心样品之后，还包括：

通过称重法测量所述岩心样品的第二含水饱和度；

将所述第一含水饱和度与所述第二含水饱和度进行对比处理，以评估第一核磁共振测试的准确性。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过称重法测量所述岩心样品的第二含水饱和度，包括：

对钝化烘干后的所述岩心样品进行称重，得到所述岩心样品的重量G_g0

对离心处理后的所述岩心样品进行称重，得到所述岩心的重量G_wi；

根据如下公式二确定所述岩心样品的第二含水饱和度：

其中，所述ρ₁为在测定的饱和温度下饱和流体的密度，所述G_wi为离心处理后的岩心样品的重量，所述G_g0为钝化烘干后的岩心样品的重量。