CN109781765A

CN109781765A - 一种计算致密储层束缚水液膜厚度的新方法

Info

Publication number: CN109781765A
Application number: CN201910047257.5A
Authority: CN
Inventors: 陈猛; 戴家才; 刘向君; 况晏; 杨国锋; 秦昊
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-05-21

Abstract

本发明涉及一种致密储层束缚水液膜厚度的计算方法，是一种评价致密储层束缚水液膜厚度的准确有效手段。计算步骤依次包括：(1)岩心准备，切割为A、B两段，A段用于饱和水离心核磁共振实验，B段用于高压压汞实验；(2)计算离心后束缚水饱和度S_wir；(3)离心过程T₂谱检测，确定薄膜束缚水分布；(4)计算不同孔喉半径r_i对应孔喉内表面积A_i；(5)计算不同孔喉半径r_i对应薄膜束缚水液膜厚度H_wi。本发明结合离心过程核磁共振T₂谱和高压压汞毛管压力曲线，准确计算得到致密储层不同半径孔隙内束缚水液膜平均厚度H_wi，为致密储层开发有效渗流通道评价奠定基础。

Description

一种计算致密储层束缚水液膜厚度的新方法

技术领域

本发明涉及一种储层束缚水液膜厚度的计算方法，尤其针对致密储层束缚水液膜厚度计算。主要结合岩石饱和水状态离心核磁共振实验，以及岩心高压压汞实验数据，可对致密油气藏孔喉空间束缚水液膜厚度进行准确定量计算，是一种准确有效的储层开发评价方法。

背景技术

随着常规能源日益枯竭，以致密油气为代表的非常规资源勘探开发日益受到重视。致密储层束缚流体是影响储层含油性评价、产能预测、储量计算及孔喉流体流动下限的关键参数，是指导致密储层合理高效开发的重要参考。致密储层复杂的微观孔喉结构使得对于孔喉空间束缚流体分布的评价十分困难，目前采用较为广泛的为基于低场核磁共振技术的室内评价技术，该方法基于对致密油气藏岩心样品进行分析来指示不同孔喉对应流体分布，适用于致密油气藏勘探开发各阶段流体分布评价。

分析目前实验室内确定致密油储层束缚水饱和度的方法主要有半渗透隔板法，压汞法以及离心-核磁共振T₂谱分析法等。其中，半渗透隔板法确定束缚水饱和度主要取决于隔板的半渗透性，即束缚水状态隔板的阈压值必需超过致密油储层孔喉下限所对应的最大毛细管压力值，而对于以微纳米孔喉为主的致密储层，对半渗透隔板存在较高要求。压汞法采用进汞得到模拟储层束缚水饱和度，该技术其能较好的反映致密油储层孔隙结构分布，但采用进汞法获取的残余润湿相流体饱和度一定程度上取决于最大进汞压力。相比较而言，核磁共振技术以其高效，无损的优势被引入致密油储层束缚流体饱和度分析，但直接通过饱和水核磁共振T₂谱并不能准确表征束缚流体分布特征，因此，高速离心技术被引入与核磁共振技术相结合，通过离心后检测得到的核磁共振T₂谱指示孔喉空间束缚流体分布，并结合离心前后T₂谱变化确定孔喉空间薄膜束缚水，从而定量计算孔喉空间薄膜束缚水厚度，为致密油藏勘探开发有效渗流通道评价提供依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种致密储层束缚水液膜厚度的计算方法，由此得到的计算结果，认识和结论，丰富了致密油气藏储层评价方法和技术，准确定量了致密油气藏不同半径孔喉空间束缚流体分布液膜厚度，弥补了对致密油气藏渗流通道认识的不足。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

致密储层束缚水液膜厚度计算公式如下：

据文献(Rootare H M,Prenzlow C F.Surface areas from mercuryporosimeter measurements. Journal of Physical Chemistry,1967,71(8):2733-2736)(Schmitt M,Fernandes C P,Neto J A B D C,et al.Characterization of poresystems in seal rocks using Nitrogen Gas Adsorption combined with MercuryInjection Capillary Pressure techniques.Marine&Petroleum Geology,2013,39(1),138-149.)得到一种基于压汞数据计算孔喉内表面积的方法，其核心思想为汞进入单位孔喉体积做的功与该体积对应孔喉内表面积成正比。可由下式进行表示：

dW＝p_injdV_inj (1)

式中，p_inj—注汞压力，单位为兆帕(MPa)；

V_inj—当前压力p_inj下对应进汞体积，单位为立方米(m³)；

W—注入汞所需做的功，单位为焦耳(J)。

当进汞过程界面张力σ(＝0.485N/m)和接触角θ(140°)不变时，孔喉内表面积A可用下式计算：

式中，A—孔喉内表面积，单位为平方米(m²)；

θ—两相流体液面接触角，单位为度(°)；

σ—界面张力，单位为牛顿每米(N/m)。

则不同孔喉半径对应有效孔隙内表面积A_i可表示为：

式中，A_i—孔喉半径r_i对应的孔喉内表面积，单位为兆帕(MPa)；

p_i—第i次外加进汞压力，单位为兆帕(MPa)；

p_i-1—第i-1次外加进汞压力，单位为兆帕(MPa)；

V_i—当前压力p_i下对应进汞体积，单位为立方米(m³)；

V_i-1—当前压力p_i-1下对应进汞体积，单位为立方米(m³)。

则确定不同半径孔喉空间束缚水体积V_wif，结合孔喉对应内表面积A_i，对应束缚水液膜厚度可由下式进行计算，

式中，H_wi—任意半径r_i孔喉液膜平均厚度，单位为米(m)；

V_wif—任意半径r_i孔喉内薄膜束缚水体积，单位为立方米(m³)。

从公式(3)和(4)可以看出，要确定孔喉空间对应束缚水液膜厚度，则先必须求取不同孔喉空间束缚水体积V_wif以及孔喉空间内表面积A_i。

一种致密储层束缚水膜厚度的计算方法，依次包括以下步骤：

(1)实验岩心准备；

(2)离心核磁共振实验计算束缚水饱和度S_wir；

(3)离心前后T₂谱变化，确定孔喉流体流动半径下限和薄膜束缚水分布；

(4)计算不同孔喉半径r_i对应孔喉内表面积A_i；

(5)计算不同孔喉半径r_i对应薄膜束缚水液膜厚度H_wi。

以下对各步骤进行具体说明：

(1)实验岩心准备

按照中华人民共和国国家标准GB/T 29172-2012《岩心分析方法》，对岩样进行选取、制备、清洗。岩样切割为两段(A、B)：A段用于离心核磁共振实验，B段用于高压压汞实验。测量A段样品干重m₀、长度L、直径D、孔隙度φ、渗透率k(稳态法测量，围压为3MPa，通过改变入口端气体压力，测量5～6个不同压差条件的氮气渗透率，并进行滑脱校正)。

(2)离心核磁共振实验计算束缚水饱和度S_wir

离心核磁共振实验步骤如下：(1)装置调试。装入核磁系统专用的岩心夹持器，测试饱和地层水岩心的T₂谱线特征，并确定T_E(回波间隔)、T_W(等待时间)、NECH(回波数)等参数。本发明针对致密油储层岩心样品选择核磁共振CPMG序列，采样参数分别为：回波间隔T_E＝0.254ms，等待时间T_W＝6000ms，回波个数NECH＝12000，90°脉宽P₁＝5，扫描次数 N＝32，本发明核磁共振实验T₂谱扫描均选用此参数；(2)样品准备；(3)样品抽真空加压饱和。将岩心抽真空至133Pa，在20MPa压力下加压饱和模拟地层水48小时后，测量饱和样品质量m₁，并测量饱和状态T₂谱分布；(4)恒速离心。对岩心样品在1000r/min转速条件下连续稳定离心1.5小时，将实验样品倒置再连续离心1.5小时，取出岩心样品称重，保证T₂谱采样参数不变，获取样品离心过程核磁共振T₂谱；(5)增加离心转速连续离心。重复步骤(4)，依次增加转速至3000、5000、7000、8000、9000和10000r/min进行离心，称重并测量对应 T₂谱，连续离心称重直至两次离心后含水饱和度变化幅度小于3％，称量样品质量m₂；(6) 结束实验，数据处理。

实验过程离心力计算公式为：

束缚水饱和度S_wir计算公式为：

式中，p_ci—实验过程不同离心转速对应的离心力，单位为兆帕(MPa)；

Δρ—饱和流体与空气密度差，单位为千克每立方米(kg/m³)；

L—离心样品长度，单位为米(m)；

R—离心半径，单位为米(m)；

RPM—离心机转速，单位为转每分钟(r/min)。

(3)离心前后T₂谱变化，确定孔喉流体流动半径下限和薄膜束缚水分布

结合离心前后T₂谱幅度变化，用饱和水状态T₂谱减去离心后束缚水状态T₂谱，得到样品可动流体分布谱，谱左端点即对应流动半径下限，可动水分布区间对应的束缚水即为薄膜束缚水。

(4)计算不同孔喉半径r_i对应孔喉内表面积A_i

按照中华人民共和国国家标准标准GB/T 29171-2012《岩石毛管压力曲线测定》，对B段岩样进行高压压汞实验，实验结果得到岩样的高压进汞曲线，可参考文献(WashburnE W.The dynamics of capillary flow.Physical review,1921,17(3):273-283.)计算得到样品孔隙半径分布。结合饱和水状态核磁共振T₂谱和样品孔喉半径分布确定横向弛豫时间T₂与孔隙半径r对应转换关系，采用文献(Xiao L,Mao Z Q,Zou C C,et al.A newmethodology of constructing pseudo capillary pressure(Pc)curves from nuclearmagnetic resonance(NMR)logs.Journal of Petroleum Science and Engineering,2016,147:154-167.)方法将核磁共振T₂谱转换为对应的孔隙半径分布，转换关系式表示为，

式中，r—孔隙半径，单位为微米(μm)；

C、m—拟合系数；

T₂—横向弛豫时间，单位为毫秒(ms)。

基于转换后饱和水状态核磁共振T₂谱，基于文献(Xiao L,Mao Z Q,Zou C C,etal.A new methodology of constructing pseudo capillary pressure(Pc)curves fromnuclear magnetic resonance(NMR)logs.Journal of Petroleum Science andEngineering,2016,147:154-167.)方法构建毛管压力曲线，并基于公式(3)可计算得到不同孔隙半径对应孔隙空间内表面积。

(5)计算不同孔喉半径r_i对应薄膜束缚水液膜厚度H_wi

根据步骤(2)所得束缚水饱和度计算得到束缚水体积V_wif和步骤(4)确定的孔喉内表面积，根据公式(3)可确定样品不同孔隙空间对应束缚水液膜厚度H_wi。

不同孔喉半径孔隙内薄膜束缚水体积计算公式如下：

式中，V_wif—不同半径孔喉空间对应薄膜束缚水体积，单位为立方米(m³)；

D—离心样品直径，单位为米(m)；

φ—离心样品孔隙度，小数；

S_wir—离心样品束缚水饱和度，小数；

T_2ir—束缚水状态不同孔喉半径对应流体分布幅度，无量纲。

本发明提出了致密储层计算束缚水液膜厚度的计算公式，并提出了采用新的束缚水液膜厚度计算公式计算束缚水液膜平均厚度的实施方法。本方法结合离心核磁共振实验和高压压汞实验数据，采用离心法计算得到了岩样束缚水饱和度S_wir，并结合高压压汞获取孔喉分布得到横向弛豫时间T₂与孔喉半径对应转换系数C，进而得到不同孔喉半径孔隙空间薄膜束缚水体积V_wif和对应孔喉半径内表面积A_i，计算出束缚水液膜平均厚度。本发明提出了一种新的致密储层计算束缚水液膜厚度的新方法，为致密油气藏开发评价奠定基础。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)手段先进，精度高。结合低场核磁共振技术和高压压汞技术，可描述孔喉分布对束缚水分布影响；同时通过增加离心转速稳定离心得到致密储层束缚水，准确可靠；(2)可操作性。束缚水饱和度S_wir、束缚水分布和孔喉内表面积A均可通过实验获取；(3)定量准确。结合离心横向弛豫时间谱分布，可获取不同半径孔喉空间束缚水液膜厚度。

附图说明

图1为致密储层岩样分段示意图。

图2为本发明具体实施过程流程示意图。

图3为实例中致密储层岩样离心过程核磁共振T₂谱分布。

图4为实例中致密储层岩样高压压汞毛管压力和重构毛管压力曲线以及对应孔喉分布图。

图5为实例中致密储层岩样不同半径孔喉内束缚水平均液膜厚度分布。

具体实施方式

图1为致密储层岩样分段示意图。其中A段用于离心核磁共振实验，B段用于高压压汞实验，岩样的长度、直径等参数以国家标准GB/T 29172-2012要求进行测量。

图2为本发明具体实施过程流程示意图。

图3为实例中致密储层岩样离心过程核磁共振T₂谱分布。图中分布谱对应不同离心转速，幅度最低绿色实线为10000r/min离心后T₂谱，即为束缚水分布状态。

图4为实例中致密储层岩心高压压汞毛管压力曲线。

图5为实例中致密储层岩心不同半径孔喉束缚水液膜平均厚度分布图。

应用实例：

已知致密储层岩心样品取自某油田深度为1360.2m处，样品孔隙度为6.93％，渗透率为 0.038×10^-3μm²，测量得样品A段长度为4.660cm，直径为2.511cm，干重为56.955g；B段长度为1.950cm。

该样品离心核磁共振T₂谱分布如图3所示，离心后质量为57.622g；毛管压力曲线和对应孔喉分布如图5所示。

根据离心后样品质量，计算得到束缚水饱和度为：

根据离心转速，计算得最大离心力为：

结合饱和水状态核磁共振T₂谱和高压压汞孔隙分布，得到横向弛豫时间与孔喉半径对应转换关系式为：

r＝0.0032·T₂ ^0.6799 T₂≤9ms

r＝0.0003·T₂ ^2.0753 9＜T₂≤25ms

r＝0.0291·T₂ ^0.6250 T₂＞25ms

用饱和水状态T₂谱幅度减去束缚水状态T₂谱幅度可得样品可动流体分布，对应幅度为0 左端点即为样品临界流动半径下限，计算值为0.001285μm。

基于文献方法采用T₂谱构建伪毛管压力曲线如图4所示，结合公式(3)计算得到不同孔喉半径对应内表面积。计算得到样品总孔隙内表面积为，

结合公式(4)即可计算得到不同孔喉半径对应薄膜束缚术液膜平均厚度，对应分布如图 5所示，平均液膜厚度分布于0～18.556nm范围。

Claims

1.一种计算致密储层束缚水平均液膜厚度的新方法，依次包括以下步骤：

(1)岩心准备，切割为A、B两段，A段(干重m₀)用于离心核磁共振实验，B段用于高压压汞实验；

(2)选取A段岩心样品洗盐、烘干后饱和模拟地层水，称量其质量m₁，逐渐增加离心转速离心至含水饱和度变化小于3％，称量离心最终质量m₂，同时监测不同转速离心后核磁共振T₂谱，计算离心后束缚水饱和度S_wir；

(3)通过离心前后T₂谱分布变化，确定样品离心过程临界流动半径下限；

(4)确定样品不同半径r_i孔隙对应内表面积A_i；

(5)计算不同半径孔隙内薄膜束缚水平均液膜厚度H_wi。

2.如权利要求1所述的致密储层束缚水膜厚度计算方法，其特征在于，所述步骤(2)采用如下公式计算束缚水饱和度S_wir：

式中，D—离心样品直径，m；

L—离心样品长度，m；

φ—A段岩心样品孔隙度，小数；

ρ_w—自吸流体密度，kg/m³；

m₂—A段岩心样品离心后质量，kg；

m₀—A段岩心样品干重，kg。

3.如权利要求1所述的致密储层束缚水膜厚度计算方法，其特征在于，所述步骤(4)采用如下公式计算样品不同孔喉半径对应有效孔隙内表面积A_i：

式中，A_i—孔喉半径r下对应的孔喉内表面积，MPa；

p_i—第i次外加进汞压力，MPa；

p_i-1—第i-1次外加进汞压力，MPa；

V_i—当前压力p_i下对应进汞体积，m³；

V_i-1—当前压力p_i-1下对应进汞体积，m³；

θ—两相流体液面接触角，°；

σ—界面张力，N/m。

4.如权利要求1所述的致密储层束缚水膜厚度计算方法，其特征在于，所述步骤(5)采用如下公式计算不同孔喉半径孔隙内薄膜束缚水体积：

式中，V_wif—不同半径孔喉空间对应薄膜束缚水体积，m³；

φ—离心样品孔隙度，小数；

S_wir—离心样品束缚水饱和度，小数；

5.如权利要求1所述的致密储层束缚水膜厚度计算方法，其特征在于，所述步骤(5)采用如下公式计算不同孔喉半径孔隙内对应束缚水液膜平均厚度：

式中，H_wi—任意半径r_i孔喉液膜平均厚度，m；

V_wif—任意半径r_i孔喉内薄膜束缚水体积，m³；

A_i—任意半径内薄膜束缚水占孔隙体内表面积，m²。