CN108959723A - 一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法。方法包括以下步骤：(1)构建新的孔喉连接模型,将岩心中实际的有效孔喉体系理想化为由无数半径为r_i、长度为ΔL的圆柱连续连接的模型；(2)根据所述新的孔喉连接模型导出渗透率公式；(3)对样品进行高压压汞实验得到高压压汞数据，制作毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图；(4)确定渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素。本发明的方法不仅能够准确的确定渗透率的主控因素，而且还能确定次一级主控因素、辅控因素等。

Description

一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法

技术领域

本发明属于油气田勘探开发技术领域，具体涉及一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法。

背景技术

综观全球，从传统油气资源迈向新能源的第三次能源重大变革中，非常规油气资源无疑将会成为最现实的资源类型，而致密油便是继页岩气之后当下非常规油气的研究热点。渗透性表示在一定压差下允许流体通过的性能，故储层渗透性的大小直接影响油气井的产量，其大小可用渗透率表示，由储层中的全部微观孔喉体系控制。当下，喉道是渗透率的主控因素已被学术界所认可，但喉道有大小之分，在这方面的探讨上相对较少，且在致密储层中孔隙较小，对渗透率的影响不容忽视。

在现有的对储层渗透率的研究中，常用的毛束管模型是将孔喉网络看成若干直径不同、长度不同、连接方式不同的毛束管。这种孔喉模型过于简单，与实际相差较大。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，能更直观的揭示致密砂岩储层渗透性的主控因素。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，包括以下步骤：

(1)构建新的孔喉连接模型,将岩心中实际的有效孔喉体系理想化为由无数半径为r_i、长度为ΔL的圆柱连续连接的模型；

(2)根据所述新的孔喉连接模型导出渗透率公式；

(3)对样品进行高压压汞实验得到高压压汞数据，制作毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图；

(4)确定渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素。

进一步的，所述步骤(2)中所述渗透率公式的推导过程为：

1)计算每个长ΔL的标准圆柱毛细管的流量q；

2)设岩心中的彼此相连的标准圆柱毛细管数量为n，v_i为第i根标准圆柱毛细管的体积，p_ci为对应的毛细管压力，计算通过岩石的总流量Q；

3)计算渗透率k。

进一步的，所述渗透率k为：

式中，θ—水对管壁的润湿角；σ—水的表面张力；φ—孔隙度；n—岩心中的彼此相连的标准圆柱毛细管数量；Si—每个毛细管在总的毛细管中的饱和度；Pci—第i根标准圆柱毛细管压力。

进一步的，步骤(3)中所述根据高压压汞数据做出毛细管压力平方的

倒数与进汞饱和度的关系曲线图具体为：

所述高压压汞数据包括毛细管压力、孔喉半径、进汞饱和度以及汞饱和度增量；

在利用高压压汞数据制作毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图时对纵坐标轴取对数。

进一步的，所述步骤(4)中具体包括：

1)对所述汞饱和度增量Δsi进行预设数据处理，并将得到的数据与所述孔喉半径制成孔喉分布图；

2)根据所述孔喉分布图划分孔喉体系级别；

3)根据所述各级孔喉的临界半径计算各级孔喉的临界毛细管压力平方的倒数，并将各级孔喉的临界值投影到毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图上；

4)比较各级孔喉的面积，确定渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素。

进一步的，所述步骤1)中对所述汞饱和度增量Δsi进行预设数据处

理具体包括：

汞饱和度增量Δs_i，对其进行算法的处理，

式中，dv—汞饱和度增量；d—对应的孔喉直径。

进一步的，所述步骤2)中划分孔喉体系级别具体包括：

结合孔喉的相对大小将孔喉划分为纳米级(<10nm)、微纳米级(10-100nm)、亚微米级(100-1000nm)、微米级(1-10um)及常规孔喉(>10um)。

进一步的，在步骤(4)之后还包括：

对所述样品进行覆压孔渗实验，得到对应的覆压渗透率，结合步骤(4)中确定的渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素，总结出渗透率主控因素的控制规律。

本发明的效果在于：采用本发明所述的方法，在对致密砂岩储层中全体孔喉体系中渗透性主控因素的探讨时，能根据各级孔喉所围成的面积定量—半定量的计算出各级别孔喉对的渗透率贡献的大小，对现阶段致密储层的勘探开发具有重要意义。

附图说明

图1是本发明所述方法一实施例的流程示意图；

图2是本发明提供的新的孔喉连接模型一实施例的示意图；

图3是本发明提供的毛细管压力平方的倒数的对数与进汞饱和度的关系曲线一实施例的示意图；

图4是本发明提供的孔喉分布一实施例的示意图；

图5是本发明提供的各级孔喉对渗透率贡献大小一实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1是本发明所述方法一实施例的流程示意图，所述方法包括以下步骤：

步骤101：构建新的孔喉连接模型，将岩心中实际的有效孔喉体系理想化为由无数半径为r_i、长度为ΔL的圆柱连续连接的模型。

参阅图2，图2为本发明提供的新的孔喉连接模型一实施例的示意图。

针对致密砂岩储层中全体孔喉体系对渗透性主控因素的探讨，本发明将实际有效孔喉理想化为无数直径不同、长度为ΔL(非常小，达到纳米级)彼此相连的圆柱体，利用数学上极限的思维，当ΔL足够小时，所构成的小圆柱体(直径不同，长度为ΔL)为标准的圆柱体，从而构造出全新的孔喉连接模型。

步骤102：根据所述新的孔喉连接模型导出渗透率公式。

具体的，根据所述新的孔喉连接模型导出渗透率公式的推导过程为：

1)计算每个长ΔL的标准圆柱毛细管的流量q。

根据泊肃叶定律可知通过每个长ΔL的标准圆柱毛细管的流量q：

式中，r—毛细管半径；Δp—毛细管两端的压强差；μ—液体的粘度系数；ΔL—标准圆柱毛细管的长度(非常小，达到纳米级)。

根据理想圆柱体的体积公式得知每个标准圆柱毛细管孔隙体积ν：

v＝πr²ΔL→πr²＝v/ΔL ②

式中，ΔL—标准圆柱毛细管的长度；r—毛细管半径。

根据毛细管压力公式得知孔喉中的毛细管压力Pc：

式中，r—毛细管半径；θ—水对管壁的润湿角；σ—水的表面张力。

将②式和③式带入①式中得：

式中，θ—水对管壁的润湿角；σ—水的表面张力；μ—液体的粘度系数；Δp—毛细管两端的压强差；ν—每个标准圆柱毛细管孔隙体积；Pc—毛细管压力；ΔL—标准圆柱毛细管的长度。

2)设岩心中的彼此相连的标准圆柱毛细管数量为n，v_i为第i根标准圆柱毛细管的体积，p_ci为对应的毛细管压力，计算通过岩石的总流量Q。

3)计算渗透率k。

对于流体在实际孔喉中的渗流情况，由达西公式可得：

式中，Q—总的流量；k—渗透率；A—岩心的截面积(取决于高压压汞仪样品槽的截面积)；μ—流体粘度；L—岩心长度(相对较大，为厘米级，取决于高压压汞仪样品槽的长度，为义定值，故可设L＝λ*ΔL，λ为常数)。

将⑥式带入⑤式中，可得到渗透率k：

进一步的，设岩心中毛细管的总体积为v_p，则v_i与v_p的比值可视为每个毛细管在总的毛细管中的饱和度s_i，即：

而岩心的体积为AL，故孔隙度：

将⑧式代入⑨式中得：v_i＝φALs_i＝φAλΔLs_i ⑩

将⑩式代入⑦式中得：

通过以上推导可得到定量计算渗透率的公式，但无法实际应用到压汞曲线当中。本发明结合实际毛细管压力曲线，引入数学上积分的定义：

将式代入式中得到了渗透率k的计算公式：

式中，θ—水对管壁的润湿角；σ—水的表面张力；φ—孔隙度；λ—常数；Pc—毛细管压力；S—毛细管饱和度。

步骤103：对样品进行高压压汞实验得到高压压汞数据，制作毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图。

分析步骤102中所得到的渗透率计算公式可知，公式中的变量为结合数学中积分的几何定义—积分值为被积函数与变量之间所围成面积的大小。故，可以根据公式利用高压压汞数据制作出毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图。

需要指出的是，致密储层非常致密，渗透率相当低，故其所围成的面积非常小。为进一步高精加的比较各级孔喉所围成面积的相对大小，对所述关系曲线图中的纵坐标轴取对数。其实际数据并未变化，只是将其置于一个新的坐标体系(取对数后的直角坐标系中)，可以准确的根据各级孔喉所围成面积的相对大小得到各级孔喉对渗透率贡献的相对大小。

下面以胜利油田某地区三千多米深度的致密砂岩储层样品为例进行说明。

首先，根据全自动孔径分析仪—PoreMaster系列高压压汞仪的标准测试方法，对样品进行压汞实验并得到高压压汞数据。其中，高压压汞数据包括：毛细管压力、孔喉半径、进汞饱和度以及汞饱和度增量。下面以Pi代表毛细管压力曲线，ri代表对应的孔喉半径，si为对应的进汞饱和度，Δsi为汞饱和度增量。

对压汞数据进行处理，将毛细管压力先取平方，然后取倒数得到如下表(部分)相关数据。

然后利用该表数据做出毛细管压力平方的倒数1/pi²(纵坐标)与进汞饱和度si(横坐标)的关系曲线图。然后对纵坐标取对数，得到毛细管压力平方的倒数的对数与进汞饱和度的关系曲线图，如图3所示。

步骤104：确定渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素。

确定渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素具体的过程如下：

1)对所述汞饱和度增量Δsi进行预设数据处理，并将得到的数据与所述孔喉半径制成孔喉分布图。

具体的，对高压压汞数据中的汞饱和度增量Δsi进行算法的处理。式中，dv为汞饱和度增量；d为对应的孔喉直径。处理后得到下表(部分)相关数据。

然后，参阅图4，以的值为纵坐标、孔喉半径为横坐标制作出孔喉分布图。

2)根据所述孔喉分布图划分孔喉体系级别。

依据孔喉分布图划分孔喉体系级别。在本实施例中，结合孔喉的相对大小将孔喉划分为纳米级(<10nm)、微纳米级(10-100nm)、亚微米级(100-1000nm)、微米级(1-10um)及常规孔喉(>10um)。

3)根据所述各级孔喉的临界半径计算各级孔喉的临界毛细管压力平方的倒数，并将各级孔喉的临界值投影到毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图上。

具体的，先依据步骤2)中划分的各级别孔喉得到各级孔喉的临界半径。然后利用毛细管压力公式计算各级孔喉的临界毛细管压力。最后计算各级孔喉的临界毛细管压力平方的倒数。参阅图5，将各级孔喉的临界值投影到毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图上，对其中纵坐标取对数得到各级孔喉所对应的面积。

4)比较各级孔喉的面积，确定渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素。

比较各级孔喉的面积，能直观的得到微米级和亚微米级为渗透率的主控因素，微纳米级为次一级控制因素，紧接着是纳米级孔喉，常规孔喉对渗透率基本没有影响。

在确定渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素之后，还可以对所述样品进行覆压孔渗实验，得到对应的覆压渗透率，总结渗透率主控因素的控制规律。

区别于现有技术特征，本发明提供的一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，基于毛束管模型理论，应用极限的思维构建新的孔喉连接模型，利用该模型可以分层次、分级别的求出各级孔喉对渗透率贡献的大小，最终确定研究区渗透率的主控因素、辅控因素等。

本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)构建新的孔喉连接模型,将岩心中实际的有效孔喉体系理想化为由无数半径为r_i、长度为ΔL的圆柱连续连接的模型；

(2)根据所述新的孔喉连接模型导出渗透率公式；

(3)对样品进行高压压汞实验得到高压压汞数据，制作毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图；

(4)确定渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素。

2.根据权利要求1所述一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述渗透率公式的推导过程为：

1)计算每个长ΔL的标准圆柱毛细管的流量q；

2)设岩心中的彼此相连的标准圆柱毛细管数量为n，v_i为第i根标准圆柱毛细管的体积，p_ci为对应的毛细管压力，计算通过岩石的总流量Q；

3)计算渗透率k。

3.根据权利要求1所述一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，其特征在于，所述渗透率k为：

式中，θ—水对管壁的润湿角；σ—水的表面张力；φ—孔隙度；n—岩心中的彼此相连的标准圆柱毛细管数量；Si—每个毛细管在总的毛细管中的饱和度；Pci—第i根标准圆柱毛细管压力。

4.根据权利要求1所述一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，其特征在于，步骤(3)中所述根据高压压汞数据做出毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图具体为：

所述高压压汞数据包括毛细管压力、孔喉半径、进汞饱和度以及汞饱和度增量；

在利用高压压汞数据制作毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图时对纵坐标轴取对数。

5.根据权利要求4所述一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，其特征在于，所述步骤(4)中具体包括：

1)对所述汞饱和度增量Δsi进行预设数据处理，并将得到的数据与所述孔喉半径制成孔喉分布图；

2)根据所述孔喉分布图划分孔喉体系级别；

3)根据所述各级孔喉的临界半径计算各级孔喉的临界毛细管压力平方的倒数，并将各级孔喉的临界值投影到毛细管压力平方的倒数与进汞饱和度的关系曲线图上；

4)比较各级孔喉的面积，确定渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素。

6.根据权利要求5所述一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，其特征在于，所述步骤1)中对所述汞饱和度增量Δsi进行预设数据处理具体包括：

汞饱和度增量Δs_i，对其进行算法的处理，

式中，dv—汞饱和度增量；d—对应的孔喉直径。

7.根据权利要求5所述一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，其特征在于，所述步骤2)中划分孔喉体系级别具体包括：

结合孔喉的相对大小将孔喉划分为纳米级(<10nm)、微纳米级(10-100nm)、亚微米级(100-1000nm)、微米级(1-10um)及常规孔喉(>10um)。

8.根据权利要求1所述一种探讨致密砂岩储层渗透性主控因素的方法，其特征在于，在步骤(4)之后还包括：

对所述样品进行覆压孔渗实验，得到对应的覆压渗透率，结合步骤(4)中确定的渗透率的主控因素、次一级主控因素、辅控因素，总结出渗透率主控因素的控制规律。