CN109632594B - 一种基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法，包括：测定岩心在原始地层覆压情况下的渗透率K和孔隙度Φ；对岩心进行高压压汞实验，得到外加进汞压力P_i、在进汞压力为P_i时进汞的孔喉半径r_i和进汞压力由P_i‑1变为P_i时的进汞饱和度增量ΔS_i；计算各级孔隙和喉道的相关新参数、各级孔喉的比例，然后与孔隙度Φ和渗透率K做相关性分析，确定储层渗透性的主控因素；利用扫描电镜的验证各级孔喉的真实存在，测量其孔径的宽度，同用以上算法所得到的孔径分布做对比。该方法基于高压压汞所提供的数据，应用数学、物理等理论公式处理相关压汞数据，从而形成一种新的算法表征其微观孔喉特征及流体在其中的渗透性。

Description

一种基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法

技术领域

本发明属于非常规油气勘探开发技术领域，具体涉及一种基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法。

背景技术

在研究微观世界当中，扫描电镜一直是人们探索其中奥妙的利器，而压汞法也一直广泛应用于石油天然气地质学当中。早在1976年，Wardiaw便通过实验认为在退汞的过程中，喉道的毛细管压力大于孔隙的毛细管压力，故水银主要由喉道退出，而空隙中任然充满水银。

压汞法是在外加压力的作用下将汞注入到被抽真空的岩石孔隙体系中，当外加压力与毛细管压力达平衡时便可计算出对应级别的孔喉半径，采用汞饱和度增量便可计算出该级别孔喉的分布情况。针对致密砂岩储层，高压压汞法(最高压力可达400MPa)几乎可以表征所有的有效孔隙，最高精度可达到3nm，但考虑到纳微级孔喉内表面有少量的吸附水及超高压力对微观孔喉的破坏作用，必然会有一定的误差，同时也无法直接得到流体在其中的渗流特征和验证各级孔喉的真实存在。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法，包括以下步骤：

步骤1：采用全自动覆压孔渗仪测定岩心在原始地层覆压情况下的渗透率K和孔隙度Φ；

步骤2：采用全自动孔径分析仪对岩心进行高压压汞实验，得到外加进汞压力P_i、在进汞压力为P_i时进汞的孔喉半径r_i和进汞压力由P_i-1变为P_i时的进汞饱和度增量ΔS_i；

具体地，在进汞的过程中，当毛细管压力与进汞压力平衡时，毛细管的阻力包括以下三种：水银处于静止状态时的阻力P_1i、水银欲运动时的阻力P_2i及附加阻力P_3i；

即

式中：P_r—孔喉半径为r_i时对应的毛细管压力，Pa；

σ—水银表面的张力系数，N/m；

θ—水银的润湿接触角；

r_i—孔喉半径，nm；

θ″—水银充注过程中前液面两相接触面切线与孔喉壁的夹角；

θ＇—水银充注过程中后液面两相接触面切线与孔喉壁的夹角；

由于进汞很慢，故汞的前后液面变化极小，阻力P_2i和P_3i均较小，可忽略，故(1)式可简化为：

设定水银的润湿接触角θ为146°，即cosθ≈0.688，利用测高仪测出水银表面的张力系数σ：

式中：d_水银—水银密度；

g—重力加速度，取值9.8N/kg；

h—毛细管内外水银面高度差；

r—毛细玻璃管的半径：

通过以上公式计算得到σ＝461.44×10^-3N/m；

将σ和θ的值带入(2)式中并结合单位换算结果，得出：

式中：p_i单位为MPa，r_i单位为nm；

从而建立进汞压力与孔喉半径的关系式，依据(4)式得到实际孔喉大小及分布情况，包括微纳米级孔喉；为了经一步高精度直观的反映孔喉分布情况，对退汞变化量dv做如下算法：

dv/d(logd)(5)

式中：dv—退汞变化量；

d(logd)—两相邻喉道半径取对数后的变化；

由于喉道中的毛细管压力远大于孔隙中的毛细管压力，故汞是从喉道中退出，孔隙中仍然充满汞，据此结合压汞曲线计算出孔喉体积比：

式中：b_t为平均孔喉体积比；

S_r为残余汞饱和度，％；

S_max为最大进汞饱和度，％；

引进数学上的期望和方差分层段、分级别的处理孔喉分布，对不同级别的孔隙半径和喉道半径加权处理得到不同级别的孔喉半径的期望值和方差值：

式中：

—某一级别孔喉的平均半径；

ΔS_Hgi—进汞饱和度增量；

j与k分别代表某一级别孔喉的上限与下限，i表示此区间其中的一点；

s²为方差—表示某一级孔喉半径分布的均值程度；；

经过期望处理得到各级孔隙和喉道的相关新参数，利用公式(6)算出各级孔喉的比例，然后与孔隙度Φ和渗透率K做相关性分析，确定储层渗透性的主控因素；

步骤3：相关性分析之后，利用扫描电镜的超高分辨率镜下验证各级孔喉的真实存在，测量其孔径的宽度，同步骤2所得到的孔径分布做对比。

优选地，引入数学上的期望与方差公式可以定量表征各级孔喉半径的大小及分布的非均质性强弱，同渗透率做相关性分析，可得出渗透率的主控因素。

优选地，所述孔渗仪为全自动覆压孔渗仪—PoroPDP-200，所述全自动孔径分析仪为PoreMaster系列高压压汞仪。

本发明提供的基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法基于高压压汞所提供的数据，应用数学、物理等学科的理论公式处理相关压汞数据，在此基础上将数学上的期望、方差等相关公式应用到微观孔喉特征的表征上，同时结合压汞法最基本的原理，从而形成一种新的算法表征其孔喉分布及流体在其中的渗透性，通过分级别的处理得到的分级参数

和s²，进一步降低了高压压汞的超高压力对孔喉的破坏及微细孔喉中的束缚水所造成的实验误差，同时也可确定各级孔隙和喉道对孔隙度和渗透率的贡献值，探讨渗透性的主控因素。最后结合扫描电镜的高分辨率多尺度、多级别的观察、分析各级孔喉的镜下特征，进一步提高算法的真实性与可靠性，表征更加准确、全面。

附图说明

图1为本发明实施例1的基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法的流程图；

图2为孔喉分布图；

图3为喉道分布图；

图4为高压压汞曲线解释图；

图5为喉道分级参数与孔渗相关性分析图；

图6为各级喉道所占比例与孔渗相关性分析图；

图7为电镜下的各级孔喉。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

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，进行高压压汞、覆压孔渗、扫描电镜等相关实验来说明本发明的具体技术方案：

一种基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法，具体如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：采用全自动覆压孔渗仪—PoroPDP-200的标准测试方法，测定岩心在原始地层覆压情况下的渗透率K和孔隙度Φ；

步骤2：采用全自动孔径分析仪—PoreMaster系列高压压汞仪的标准测试方法，对岩心进行高压压汞实验，从而得到相关压汞数据，包括外加进汞压力P_i、在进汞压力为P_i时进汞的孔喉半径r_i和进汞压力由P_i-1变为P_i时的进汞饱和度增量ΔS_i；

具体地，在进汞的过程中，当毛细管压力与进汞压力平衡时，毛细管的阻力包括以下三种：水银处于静止状态时的阻力P_1i、水银欲运动时的阻力P_2i及附加阻力P_3i；

即

式中：P_r—孔喉半径为r_i时对应的毛细管压力，Pa；

σ—水银表面的张力系数，N/m；

θ—水银的润湿接触角；

r_i—孔喉半径，nm；

θ″—水银充注过程中前液面两相接触面切线与孔喉壁的夹角；

θ＇—水银充注过程中后液面两相接触面切线与孔喉壁的夹角；

由于进汞很慢，故汞的前后液面变化极小，阻力P_2i和P_3i均较小，可忽略，故(1)式可简化为：

设定水银的润湿接触角θ为146°，即cosθ≈0.688，利用测高仪测出水银表面的张力系数σ：

式中：d_水银—水银密度；

g—重力加速度，取值9.8N/kg；

h—毛细管内外水银面高度差；

r—毛细玻璃管的半径：

通过以上公式计算得到σ＝461.44×10^-3N/m，σ为一个常数；

将σ和θ的值带入(2)式中并结合单位运算结果，得出：

式中：p_i单位为MPa，r_i单位为nm；

从而建立进汞压力与孔喉半径的关系式，依据(4)式得到样品实际孔喉大小及分布情况，包括微纳米级孔喉；为了经一步高精度直观的反映孔喉分布情况，对退汞变化量dv做如下算法：

dv/d(logd) (5)

式中：dv—退汞变化量；

d(logd)—两相邻喉道半径取对数后的变化；

由于喉道中的毛细管压力远大于孔隙中的毛细管压力，故汞是从喉道中退出，孔隙中仍然充满汞，据此结合压汞曲线计算出孔喉体积比：

式中：b_t为平均孔喉体积比；

S_r为残余汞饱和度，％；

S_max为最大进汞饱和度，％；

引进数学上的期望和方差分层段、分级别的处理孔喉分布，对不同级别(纳米级、微纳米级、亚微米级、微米级和常规孔隙这五类(见图2))的孔隙半径和喉道半径加权处理得到不同级别的孔喉半径的期望值和方差值：采用喉道分布图将研究区喉道分为纳米级喉道和微米级喉道(见图3)；

式中：

—某一级别孔喉的平均半径；

ΔS_Hgi—进汞饱和度增量；

j与k分别代表某一级别孔喉的上限与下限，i表示此区间其中的一点；

s²为方差—表示某一级孔喉半径分布的均值程度；

以各级喉道为例：

利用步骤2中的公式(7)和公式(8)，分别计算出纳米级喉道和微米级喉道的分级参数(表1和表2)，基于压汞曲线(图4)并结合公式(6)，可确定各级喉道所占的比例(表3)：

表1 各级喉道分级参数

表

表2 各级喉道分级参数s²表

表3 各级喉道所占比例b_t

经过期望处理得到各级孔隙和喉道的相关新参数

然后与孔隙度Φ和渗透率K做相关性分析，确定储层渗透性的主控因素；

步骤3：相关性分析之后，利用扫描电镜的超高分辨率镜下验证各级孔喉的真实存在，测量其孔径的宽度，同步骤2所得到的孔径分布做对比，具体为，基于表1和表2，将分级参数

以及各级孔喉所占比例bt同孔隙度Φ和渗透率K做相关性分析(图5和图6)，具体的，图5中a为孔隙度与渗透率关系图，b为微米级喉道平均半径与孔隙度关系图，c为纳米级喉道半径与渗透率关系图，d为微米级喉道半径与渗透率关系图；图6中a为孔喉体积比与渗透率关系图，b为纳米级喉道所占比例与渗透率关系图，c为微米级喉道所占比例与孔隙度关系图，d为微米级喉道所占比例与渗透率关系图，确定纳米级喉道对渗透率K的具有重要的控制作用，微米级喉道更多的贡献于孔隙度，而分级参数s²反映了该区喉道的非均质请较强，且纳米级喉道的非均质性强于微米级喉道，利用扫描电镜的超高分辨率镜下验证各级孔喉的真实存在，如图7所示，a为常规粒间孔，b为常规溶蚀孔，c为微米级孔隙，d为亚微米级孔隙，e为微纳米级孔隙，f为纳米级孔隙，由附图7进一步证实了纳米级、微纳米级、亚微米级、微米级及常规孔喉的大量发育，测量其孔径的宽度，同用以上算法所得到的孔径分布做对比，进一步提高算法的真实性与可靠性。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用全自动覆压孔渗仪测定岩心在原始地层覆压情况下的渗透率K和孔隙度Φ；

步骤2：采用全自动孔径分析仪对岩心进行高压压汞实验，得到外加进汞压力P_i、在进汞压力为P_i时进汞的孔喉半径r_i和进汞压力由P_i-1变为P_i时的进汞饱和度增量ΔS_Hgi；

具体地，在进汞的过程中，当毛细管压力与进汞压力平衡时，毛细管的阻力包括以下三种：水银处于静止状态时的阻力P_1i、水银欲运动时的阻力P_2i及附加阻力P_3i；

即

式中：P_i—孔喉半径为r_i时对应的毛细管压力，Pa；

σ—水银表面的张力系数，N/m；

θ—水银的润湿接触角；

r_i—孔喉半径，nm；

θ″—水银充注过程中前液面两相接触面切线与孔喉壁的夹角；

θ＇—水银充注过程中后液面两相接触面切线与孔喉壁的夹角；

由于进汞很慢，故汞的前后液面变化极小，阻力P_2i和P_3i均较小，可忽略，故(1)式可简化为：

设定水银的润湿接触角θ为146°，即|cosθ|≈0.829，利用测高仪测出水银表面的张力系数σ：

式中：d_水银—水银密度；

g—重力加速度，取值9.8N/kg；

h—毛细管内外水银面高度差；

r—毛细玻璃管的半径：

通过以上公式计算得到σ＝461.44×10^-3N/m；

将σ和θ的值带入(2)式中并结合单位换算结果，得出：

式中：p_i单位为MPa，r_i单位为nm；

从而建立进汞压力与孔喉半径的关系式，依据(4)式得到实际孔喉大小及分布情况，包括微纳米级孔喉；

为了进 一步高精度直观的反映孔喉分布情况，对退汞变化量dv做如下算法：

dv/d(logd) (5)

式中：dv—退汞变化量；

d(logd)—两相邻喉道半径取对数后的变化；

由于喉道中的毛细管压力远大于孔隙中的毛细管压力，故汞是从喉道中退出，孔隙中仍然充满汞，据此结合压汞曲线计算出孔喉体积比：

式中：b_t为孔喉体积比；

S_r为残余汞饱和度；

S_max为最大进汞饱和度；

引进数学上的期望和方差分层段、分级别的处理孔喉分布，对不同级别的孔隙半径和喉道半径加权处理得到不同级别的孔隙半径和喉道半径的期望值和方差值：

式中：

为期望—某一级别孔隙或喉道的平均半径；

ΔS_Hgi—进汞饱和度增量；

j与k分别代表某一级别孔隙或喉道的上限与下限，i表示此区间其中的一点；

s²为方差—表示某一级孔隙半径或喉道半径分布的均值程度；

经过上述计算得到各级孔隙和各级喉道的相关性参数

及s²，基于压汞曲线并结合公式(6)算出各级喉道所占的比例，然后与孔隙度Φ和渗透率K做相关性分析，确定储层渗透性的主控因素；

步骤3：相关性分析之后，利用扫描电镜的超高分辨率镜下验证各级孔喉的真实存在，测量其孔径的宽度，同步骤2所得到的孔径分布做对比。

2.如权利要求1所述的基于高压压汞多尺度表征致密储层孔喉特征的方法，其特征在于，所述孔渗仪为全自动覆压孔渗仪—PoroPDP-200，所述全自动孔径分析仪为PoreMaster系列高压压汞仪。

Images