CN108005634B - 一种油气储层物理模型及其润湿性全域量化模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油气储层物理模型及其润湿性全域量化模拟方法。该油气储层物理模型包括油润湿物理模型和/或水润湿物理模型，其制备包括：将模型砂、油湿调控剂或水湿调控剂、以及胶结剂混合均匀后进行后处理，得到实验用油气储层物理模型；其中，所述油湿调控剂的润湿接触角大于160°，耐温温度至少为200℃；所述水湿调控剂的润湿接触角小于20°，耐温温度至少为200℃。该方法不仅实现了实验用储层模型的润湿性在强亲油到强亲水的全范围内的量化可控，而且实现了储层模型的润湿性在整个实验过程中的恒定不变，为评价各类油藏润湿性对渗流和驱油的影响提供了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气储层物理模型及其润湿性全域量化模拟方法，属于油气田开发物理模拟实验领域。
背景技术
在油气田开发中，无论是流体(油、气、水)在油藏内的单相渗吸，还是两相驱替，均与储层的润湿性密切相关。因此，油气田开发相关研究实验用储层模型润湿性的模拟是油气开采领域迫切需要解决的难题。作为油气评价实验和科学研究用的储层物理模型，其润湿性模拟技术需要满足三个基本要求：①为准确地评价各类油藏润湿性对渗流和驱油的影响，实验用储层模型的润湿性须实现量化可控；②润湿性对渗流和驱油影响规律性研究，要求储层模型润湿性可在强亲油到强亲水的全范围内量化可控；③为客观地评价和研究特定润湿条件下的渗流和驱油特性，储层模型的润湿性在整个实验过程中必须保持恒定。这三个基本要求至今仍是实验用人造储层模型制作面临的挑战和亟待攻克的技术难点。
长期以来，在油气勘探开发领域中，模拟实验用储层模型润湿性的调控均为吸附法，包括岩心浸泡和砂剂混合压制两种方法。岩心浸泡法将天然岩心或人造岩心浸泡于硅油或表面活性剂溶液中，岩心孔隙表面吸附硅油或表面活性剂而改变岩心的润湿性；砂剂混合压制法是将硅油或表面活性剂(如OP-10)添加于模型砂中，并与胶结剂搅拌，压制、钻切成岩心。这两种方法实质上都是通过亲油、亲水介质的吸附改变润湿性，存在的共性问题是模型的润湿性难以准确量化控制，模拟润湿性的范围过窄，在渗流和驱油过程中，吸附于砂粒表面的硅油或表面活性剂必然要解吸，导致模型润湿性的变化。目前所使用的润湿性调控方法均未解决实验用人造储层模型润湿性模拟的关键问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种油气储层物理模型及其润湿性全域模拟方法。该方法不仅实现了实验用储层模型的润湿性在强亲油到强亲水的全范围内的量化可控，而且实现了储层模型的润湿性在整个实验过程中保持恒定，为准确地评价各类油藏润湿性对渗流和驱油的影响提供了有利基础。
为达到上述目的，本发明提供了一种油气储层物理模型，所述油气储层物理模型包括油润湿物理模型和/或水润湿物理模型；其中，
所述油润湿物理模型的制备包括以下步骤：将模型砂、油湿调控剂和胶结剂混合均匀后进行后处理，得到油润湿物理模型；其中，所述油湿调控剂的润湿接触角大于160°，耐温温度至少为200℃；
所述水润湿物理模型的制备包括以下步骤：将模型砂、水湿调控剂和胶结剂混合均匀后进行后处理，得到水润湿物理模型；其中，所述水湿调控剂的润湿接触角小于20°，耐温温度至少为200℃。
本发明提供的技术方案提供的油湿调控剂/水湿调控剂与胶结剂具有很好的胶结性，在储层模型制作过程中油湿调控剂/水湿调控剂能够固结在孔隙表面，或与模型砂的表面发生化学反应，有效实现了对储层模型润湿性的调控，并能够在渗流和驱油实验过程中使模型的润湿性保持稳定，从根本上解决了储层模型润湿性全域量化模拟的技术难点。
在本发明提供的油气储层物理模型中，将油湿调控剂的润湿接触角限定为大于160°，能够保证制备得到的油润湿物理模型具有很好的亲油性能；将水湿调控剂的润湿接触角限定为小于20°，能够保证制备得到的水润湿物理模型具有很好的亲水性能。此外，将水湿调控剂和油湿调控剂的耐温温度限定为至少为200℃，能够避免油气储层物理模型在制作过程中发生破坏，同时保证油气储层物理模型的润湿性在较高温度(比如200℃)下仍然可以有效。
在上述储层物理模型中，优选地，所述油湿调控剂的粒径小于0.2μm；更优选地，所述油湿调控剂包括氟树脂；进一步优选地，所述油湿调控剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和氟化(甲基)丙烯酸酯中的一种或几种的组合。在优选实施方式中，本发明提供的油湿调控剂为长链结构或网状交联结构，具有耐温温度高、耐腐蚀、分散性好的性质特点。
在上述储层物理模型中，优选地，所述水湿调控剂包括亲水疏油性气相二氧化硅；更优选地，所述亲水疏油性气相二氧化硅的粒径为20nm-2μm。本发明提供的水湿调控剂亲水疏油性气相二氧化硅的原生粒子的粒径在20nm-2μm左右，一个粒径为20nm的原生粒子可以由10000个微观的SiO2小单元堆积组成，为无定型结构，具有耐温温度高、耐腐蚀、分散性好的性质特点。
在所述油润湿物理模型中，将油湿调控剂与模型砂的重量之比记为Ro，Ro的值越大，模型的油润湿性就越强。优选地，所述Ro的取值不超过0.03；更优选地，所述Ro的取值为[0-0.0133]。
在所述水润湿物理模型中，将水湿调控剂与模型砂的重量之比记为Rw，Rw的值越大，模型的水润湿性就越强。优选地，所述Rw的取值不超过0.03；更优选地，所述Rw的取值为[0-0.02]。
在上述储层物理模型中，将油湿调控剂与模型砂的重量之比记为Ro，优选地，所述油润湿物理模型包括一系列不同Ro值的油润湿子物理模型；更优选地，所述一系列不同Ro值的油润湿子物理模型的Ro值分别为0、0.0067、0.0107和0.0133。
在上述储层物理模型中，将水湿调控剂与模型砂的重量之比记为Rw，优选地，所述水润湿物理模型包括一系列不同Rw值的水润湿子物理模型；更优选地，所述一系列不同Rw值的油润湿子物理模型的Rw值分别为0、0.0067、0.01和0.02。
在上述储层物理模型中，优选地，在所述油润湿物理模型和水润湿物理模型中，模型砂的目数为120目-160目。
在上述模型中，优选地，在所述油润湿物理模型和水润湿物理模型的制备过程中，后处理包括压制、固化和钻取，这些后处理操作可以是本领域的常规操作，没有特别限定。
在上述模型中，优选地，以油湿调控剂与模型砂的重量之比Ro为基准，所述油润湿物理模型包括一系列不同Ro值的油润湿子物理模型；更优选地，所述一系列不同Ro值的油润湿子物理模型的Ro值可以分别为0、0.0067、0.0107和0.0133。
在上述模型中，优选地，以油湿调控剂与模型砂的重量之比Rw为基准，所述水润湿物理模型包括一系列不同Rw值的水润湿子物理模型；更优选地，所述一系列不同Rw值的油润湿子物理模型的Rw值可以分别为0、0.0067、0.01和0.02。
本发明还提供了一种油气储层物理模型润湿性全域量化模拟方法，该方法是基于上述的油气储层物理模型进行的，其包括以下步骤：
分别测定不同Ro值的油润湿模型的润湿指数，其中，所述Ro表示油湿调控剂与模型砂的重量之比；
分别测定不同Rw值的水润湿模型的润湿指数，其中，所述Rw表示水湿调控剂与模型砂的重量之比；
构建润湿指数与Ro和Rw的关系，以得到油气储层物理模型润湿指数在[-1.0-1.0]的全域化模拟结果。
在上述方法中，优选地，分别测定不同Ro值的油润湿模型的润湿指数时，不同Ro值分别为0、0.0067、0.0107和0.0133。
在上述方法中，优选地，别测定不同Rw值的水润湿模型的润湿指数时，不同Rw值分别为0、0.0067、0.01和0.02。
在上述方法中，优选地，该方法还包括基于所述油气储层物理模型润湿指数在[-1.0-1.0]的全域化模拟结果，制备需要的润湿指数的油气储层物理模型的步骤，该步骤包括以下过程：
基于所述油气储层物理模型润湿指数在[-1.0-1.0]的全域化模拟结果，确定需要的润湿指数对应的Ro值或Rw值；根据确定的Ro值或Rw值，制备需要的润湿指数的油气储层物理模型。
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案不仅实现了实验用储层模型的润湿性在强亲油到强亲水的全范围内的量化可控，而且实现了储层模型的润湿性在整个实验过程中保持恒定，为准确地评价各类油藏润湿性对渗流和驱油的影响提供了有利基础。
附图说明
图1为WI(润湿指数)与Rw(水湿调控剂与模型砂的重量之比)的关系曲线图；
图2为WI(润湿指数)与Ro(油湿调控剂与模型砂的重量之比)的关系曲线图；
图3为利用WI(润湿指数)与Ro(油湿调控剂与模型砂的重量之比)的关系曲线图确定特定WI(润湿指数)值下的Ro(油湿调控剂与模型砂的重量之比)的示意图。
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1
本实施例提供了一种油气储层物理模型的制备方法，该方法包括以下步骤：
选取120目-160目的石英砂作为模型砂，分别称取油湿调控剂与模型砂的重量之比(Ro)为0、0.0067、0.0107、0.0133的油湿调控剂，将模型砂、油湿调控剂和胶结剂混合均匀，经压制、固化钻取等常规工艺，制备得到4种不同Ro值的油润湿物理模型；其中，油湿调控剂为氟化(甲基)丙烯酸酯，其润湿接触角大于160°，耐温温度至少为200℃。
同样的，选取120目-160目的石英砂作为模型砂，分别称取水湿调控剂与模型砂的重量之比(Rw)为0.002、0.00667、0.01、0.02的水湿调控剂，将模型砂、水湿调控剂和胶结剂混合均匀，经压制、固化钻取等常规工艺，制备得到4种不同Rw值的水润湿物理模型；其中，水湿调控剂为亲水疏油性气相二氧化硅，其润湿接触角小于20°，耐温温度至少为200℃。
实施例2
本实施例提供了一种油气储层物理模型润湿性全域量化模拟方法，该方法包括以下步骤：
分别测定实施例1中4种不同Ro值的油润湿模型的润湿指数(润湿指数的测试参照Amott润湿指数方法进行)，构建测得的润湿指数与Ro的关系，得到图1所示的图版。
分别测定实施例1中4种不同Rw值的水润湿模型的润湿指数(润湿指数的测试参照Amott润湿指数方法进行)，构建测得的润湿指数与Rw的关系，得到图2所示的图版；
图1和图2所示的图版共同构成了油气储层物理模型润湿指数在[-1.0-1.0]的全域化模拟结果。
假如需要制作一个润湿指数为-0.5的储层模型，可在图1中找到WI为-0.5时的油湿调控剂重量比Ro为0.0112，如图3所示。按这个比例添加油湿调控剂即可得到润湿指数为-0.5的储层模型。
测试例
本测试例对油气储层物理模型在渗流和驱油实验过程中的润湿稳定性进行了测试。测试过程如下：
根据油气储层物理模型润湿指数在[-1.0-1.0]的全域化模拟结果(如图1和图2所示)，制作润湿指数为(-0.399)和0.713的油气储层物理模型；然后将制作好的油气储层物理模型在1m/d的流速下经水冲刷48h，再重新测量它的润湿指数，测试结果如表1所示。
表1
| 样品号 | 原先的润湿指数 | 经过水冲刷后的润湿指数 | 润湿指数比值 |
| 1 | -0.399 | -0.392 | 0.982456 |
| 2 | 0.713 | 0.74 | 1.037868 |
从表1中可以发现，原先为润湿指数为(-0.399)的油气储层物理模型经过水长时间冲刷后变成了(-0.392)，原先为润湿指数为0.713的油气储层物理模型经过冲刷后变成了0.74，润湿指数基本保持不变，证明本发明提供的油气储层物理模型在渗流和驱油实验中润湿性能够保持稳定。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (13)
1.一种油气储层物理模型润湿性全域量化模拟方法，该方法是基于油气储层物理模型进行的，所述油气储层物理模型包括油润湿物理模型和/或水润湿物理模型；其中，
所述油润湿物理模型的制备包括以下步骤：将模型砂、油湿调控剂和胶结剂混合均匀后进行后处理，得到油润湿物理模型；其中，所述油湿调控剂的润湿接触角大于160°，耐温温度至少为200℃；在所述油润湿物理模型中，将油湿调控剂与模型砂的重量之比记为Ro，所述Ro的取值不超过0.03；
所述水润湿物理模型的制备包括以下步骤：将模型砂、水湿调控剂和胶结剂混合均匀后进行后处理，得到水润湿物理模型；其中，所述水湿调控剂的润湿接触角小于20°，耐温温度至少为200℃；在所述水润湿物理模型中，将水湿调控剂与模型砂的重量之比记为Rw，所述Rw的取值不超过0.03；
所述方法包括以下步骤：
分别测定不同Ro值的油润湿模型的润湿指数，其中，所述Ro表示油湿调控剂与模型砂的重量之比；
分别测定不同Rw值的水润湿模型的润湿指数，其中，所述Rw表示水湿调控剂与模型砂的重量之比；
构建润湿指数与Ro和Rw的关系，以得到油气储层物理模型润湿指数在[-1.0-1.0]的全域化模拟结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述油湿调控剂的粒径小于0.2μm。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述油湿调控剂包括氟树脂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述油湿调控剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和氟化(甲基)丙烯酸酯中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，所述水湿调控剂包括亲水疏油性气相二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述亲水疏油性气相二氧化硅的粒径为20nm-2μm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述Ro的取值为[0-0.0133]。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述Rw的取值为[0-0.02]。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述油润湿物理模型包括一系列不同Ro值的油润湿子物理模型。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其中，分别测定不同Ro值的油润湿模型的润湿指数时，不同Ro的取值分别为0、0.0067、0.0107和0.0133。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水润湿物理模型包括一系列不同Rw值的水润湿子物理模型。
12.根据权利要求1或11所述的方法，其中，分别测定不同Rw值的水润湿模型的润湿指数时，不同Rw的取值分别为0、0.0067、0.01和0.02。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括基于所述油气储层物理模型润湿指数在[-1.0-1.0]的全域化模拟结果，制备需要的润湿指数的油气储层物理模型的步骤，该步骤包括以下过程：
基于所述油气储层物理模型润湿指数在[-1.0-1.0]的全域化模拟结果，确定需要的润湿指数对应的Ro值或Rw值；
根据确定的Ro值或Rw值，制备需要的润湿指数的油气储层物理模型。
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