CN110161071A - 一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法 - Google Patents

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Abstract

一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法，包括以下步骤：1)对岩样进行洗油，烘干后测孔隙度、渗透率、毛管压力曲线；2)饱和模拟地层水，测核磁共振T2谱；3)进行油驱水离心实验，确定最佳离心力；4)选用最佳离心力，测离心后核磁共振T2谱；5)确定核磁共振T2截止值；6)确定可动流体最小孔喉半径r；本发明基于核磁共振测试原理，首先确定岩样最佳离心力，再依据最佳离心力来测核磁共振T2谱，确定T2截止值；将实测的毛管力曲线与岩样原始饱和地层水后的T2谱曲线相拟合，得出换算系数f；最后计算可动流体最小喉道半径；本发明能够准确、快速测定致密储层可动流体最小喉道半径。

Description

一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种评价致密储层可动流体最 小喉道半径的方法。
背景技术
近年来，随着常规油气资源日益减少，世界范围内加大了对非常规能源， 特别是致密油气的勘探开发。致密油气在我国油气组成中占有很大比重，改善 致密油气藏开发效果对保障国家能源安全具有重要意义。
由于致密储层其独特而又有别于常规砂岩储层的特性，导致常规孔喉结构 研究方法对致密砂岩储层存在很大的局限性。而可动流体最小喉道半径是致密 油开发中评价可动流体比例的重要指标，能够更准确地反映致密储层的物性及 渗流特征，但是现有的测试手段及方法对致密储层可动流体最小喉道半径的确 定还存在一些不足，主要原因如下：不同岩心样品的微观孔隙结构不同、非均 质性不同，造成了可动流体最小喉道半径的不同。如果不先准确测定样品的最 佳离心力，那么通过核磁共振离心实验测得的可动流体参数是不准确的，进而 影响样品真实的可动流体最小喉道半径的确定。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种评价致密储层可动流体 最小喉道半径的方法，利用氢原子核自身的磁性及其与外加磁场相互作用的原 理，通过测量岩石孔隙流体中氢核核磁共振弛豫信号的幅度和弛豫速率建立T2谱，来研究岩石孔隙结构，并且对岩样先确定最佳离心力；本发明能够准确、 快速测定储层流体参数。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法，包括以下步骤：
(1)采集岩样，对岩样进行洗油，烘干后测孔隙度、渗透率，用高压压汞 实验测试岩样的毛管力曲线；
(2)对岩样进行饱和模拟地层水，测原始核磁共振T2谱；
(3)对岩样进行油驱水离心实验，确定最佳离心力；
(4)选用最佳离心力，对岩样进行离心实验，测离心后核磁共振T2谱；
(5)确定核磁共振T2截止值；
(6)确定可动流体最小孔喉半径r。
进一步地，步骤(2)和步骤(4)中测核磁共振采用中石油勘探开发研究 院研发的RecCore-3000型核磁共振岩心分析仪，其系统频率为2MHZ～5MHZ连续 可调，磁场强度为940～1175Gauss，频率精度为0.01HZ。
进一步地，步骤(3)中确定最佳离心力时的测试参数确定为：等待时间4s、 回波间隔0.28ms、回波个数6000、扫描次数64、接受增益100％。
进一步地，步骤(3)中确定最佳离心力的具体方法为：对岩样进行油驱水 离心实验，施加不同的离心力，得到不同离心力离心后岩样的T2谱，再根据T2谱得到不同离心力下岩样含水饱和度的变化情况，当含水饱和度减少量最小时 其对应的离心力即为最佳离心力。
进一步地，步骤(5)中，确定T2截止值具体为：在步骤(2)中测得的原 始核磁共振T2谱分布曲线上找出一点，使其左侧曲线与坐标轴围成的面积与步 骤(4)中测得的离心后核磁共振T2谱曲线围成的面积相等，即为T2截止值。
进一步地，步骤(5)中，计算可动流体最小孔喉半径r采用下式：
r＝f·T2(1)
式中：r—孔隙喉道半径，μm；T2—弛豫时间，ms；f—换算系数，μm/ms；
其中，换算系数f的确定方法为：分别将各岩样的T2谱分布曲线与毛管压 力曲线绘在同一对数坐标系中，运用式(1)对每块岩样的驰豫时间与孔喉半径 进行拟合，保证T2谱分布中波峰对应的弛豫时间与毛管压力曲线中波峰对应的 孔喉半径相重合，用样品毛管压力曲线中波峰对应的孔喉半径除以T2谱分布曲 线中波峰对应的弛豫时间，即为换算系数f。
本发明的优点：
本发明基于核磁共振可动流体测试原理，利用氢原子核自身的磁性及其与 外加磁场相互作用的原理，通过油驱水离心实验确定岩样最佳离心力，然后再 依据每块样品的最佳离心力来测量岩石孔隙流体中氢核核磁共振弛豫信号的幅 度和弛豫速率建立核磁共振T2谱，确定样品的T2截止值；再将高压压汞实验测 得的毛管力曲线与岩样的原始饱和地层水后的核磁共振T2谱曲线相拟合，得到 换算系数f。根据换算系数f和T2截止值，计算出T2截止值对应的孔喉半径， 即为可动流体最小孔喉半径。该技术能够准确、快速测定致密储层可动流体最 小喉道半径。
附图说明
图1为鄂尔多斯盆地姬塬油田长8段致密砂岩的典型6块岩样核磁共振T2谱，图1(a)是岩样1号样品核磁共振T2谱，图1(b)是岩样9号样品核磁共 振T2谱，图1(c)是岩样11号样品核磁共振T2谱，图1(d)是岩样15号样品 核磁共振T2谱，图1(e)是岩样20号样品核磁共振T2谱，图1(f)是岩样37 号样品核磁共振T2谱。
图2为6块典型岩样T2截止值与孔隙度、渗透率的关系；图2(a)是T2截止值与孔隙度的关系图；图2(b)是T2截止值与渗透率的关系图。
图3为6块典型岩样换算后孔喉半径分布与T2谱分布对比图，图3(a)是 岩样1号样品换算后孔喉半径分布与T2谱分布对比图，图3(b)是岩样9号样 品换算后孔喉半径分布与T2谱分布对比图，图3(c)是岩样11号样品换算后孔 喉半径分布与T2谱分布对比图，图3(d)是岩样15号样品换算后孔喉半径分布 与T2谱分布对比图，图3(e)是岩样20号样品换算后孔喉半径分布与T2谱分 布对比图，图3(f)是岩样37号样品换算后孔喉半径分布与T2谱分布对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
采用本发明的方法对对姬塬油田长8段不同小层下的6块典型致密岩样进 行了可动流体特征研究，并以毛管压力曲线为基础，将T2谱分布与孔喉半径分 布进行了换算，确定了可动流体最小孔喉半径。鄂尔多斯盆地地跨陕甘宁蒙晋 五省区，总体面积为37×104km2，是我国致密油气勘探开发较早地区，致密油气 资源非常丰富，具有广阔的开发前景。姬塬油田位于鄂尔多斯盆地西部，横跨 伊陕斜坡和天环坳陷，三叠系延长组自上而下划分为10个油层组，其中研究区 长8油层组较为发育，是勘探开发的主力油层组。由于储层在沉积过程中受到 压实、成岩等作用，导致目标储层岩石致密，并发育有大量的微、纳米级孔喉。 复杂的孔喉结构特征又进一步导致流体在孔喉内的赋存状态及分布特征变得复杂，直接制约了长8油层组的勘探开发。然而，由于致密储层其独特而又有别 于常规砂岩储层的特性，导致常规孔喉结构研究方法对致密砂岩储层存在很大 的局限性。而可动流体最小喉道半径是致密油开发中评价可动流体比例的重要 指标，能够更准确地反映致密储层的物性及渗流特征。
(1)采集岩样，对岩样进行洗油，烘干后测孔隙度、渗透率，用高压压汞 实验测试岩样的毛管力曲线
采集60块取样岩心样品，通过对所有60块取样岩心样品分析可知，研究区 主要碎屑组分是石英、长石、岩屑和填隙物。对岩样进行洗油，烘干后测孔隙 度、渗透率，岩矿组分中，石英占30.90％，长石占34.63％，岩屑占15.32％，填 隙物占18.82％。孔隙度主要分布于5～11％，平均7.22％；渗透率主要分布于 0.01～0.25×10-3μm2，平均0.15×10-3μm2。在对60块岩心样品分别进行核磁共振 T2谱实验的基础上，从中挑选6块具有代表性的岩样进行分析，实验中所用的6 块岩样分别来源于鄂尔多斯盆地姬塬油田长8段储层的3个不同小层长81 1、长 81 2和长82，其基本参数如表1所示。
表1姬塬油田长8储层6典型岩样物性参数
(2)对岩样进行饱和模拟地层水，测原始核磁共振T2谱
对岩样进行饱和模拟地层水，具体操作为：将岩样在恒温箱60℃下干燥48 小时，去除岩样中的水分；配制矿化度为25000mg/L的模拟地层水；在室温22℃ 下样品饱和模拟地层水，出液至3-5PV时测核磁共振T2谱曲线不再变化时即为 饱和完全。最终的核磁共振T2谱曲线即可饱和完全时的样品T2谱曲线。
实验中测量核磁共振T2谱所用的是中石油勘探开发研究院研发的 RecCore-3000型核磁共振岩心分析仪，系统频率为2MHZ～5MHZ连续可调，磁场 强度为940～1175Gauss，频率精度为0.01HZ。实验方法严格按照石油天然气行 业标准SY/T5336-2007《岩心常规分析方法》和SY/T6490-2014《岩样核磁共振 参数实验室测量规范》执行。
(3)对岩样进行油驱水离心实验，确定最佳离心力
在确定最佳离心力之前，主要测试参数经多次调试确定为：等待时间4s、 回波间隔0.28ms，回波个数6000，扫描次数64，接受增益100％。选取6块岩 心进行油驱水离心实验，离心力分别为20psi、40psi、80psi、160psi、200psi、 220psi、240psi，比较不同离心力离心后岩心T2谱，确定最佳离心力大小。根 据T2谱可以得到不同离心力下岩样内剩余含水饱和度的变化。以离心力从20psi 增大至160psi、从160psi增大至200psi、从200psi增大至260psi为例，6块 岩心不同离心力离心后，岩心含水饱和度变化数据见表2可以看出，施加20psi～160psi离心力后，含水饱和度平均减少量为17.36％，变化较大；施加 160psi～200psi离心力后，含水饱和度平均减少量仅为6.35％，变化已经很小； 施加200～240psi离心力后，含水饱和度平均减少量仅为0.88％，基本没有变化。 因此，综合之下选择200psi是油驱水离心最佳离心力。
通过同样的方法，可以确定水驱油离心实验的最佳离心力为200psi，200psi 水驱油离心后岩心状态为水驱最终状态。建议以后在进行水驱油离心实验时， 采用200psi的离心力建立岩心的水驱最终状态。
表2 6块岩心离心实验前后含水饱和度变化统计表
(4)选用最佳离心力，对岩样进行离心实验，测离心后核磁共振T2谱
选择200psi的最佳离心力测量岩样的核磁共振T2谱曲线。根据研究区长8 段6块典型致密岩样的核磁共振T2谱形态可以看出，饱和模拟地层水状态下的 T2谱分布形态多呈双峰特征，能够反映出岩心内大、小孔隙及喉道的分布特征， 且不同孔喉半径之间存在明显界限。6块典型岩样的T2谱分布形态主要表现为4 种类型：9号岩样[图1(b)]的T2谱呈现出左峰远远高于右峰，且左右峰不连 续形态，说明该岩样物性差，大中孔隙基本未发育，且孔喉间连通性差。11号 和15号两块岩样[图1(c)，图1(d)]的T2谱分布主要呈现出左峰高出右峰， 右峰发育弱，但左右峰连续的形态，说明该岩样对应储层的物性相比9号岩样 偏好，大中孔隙略有发育，连通性相对较好，但孔喉半径仍较小，微小孔隙比 大中孔隙发育。1号和37号两块岩样[图1(a)，图1(f)]的T2谱分布呈现左 峰略高于右峰，右峰发育相对较好；说明该段储层中大、中孔隙较为发育，孔 喉半径相对较大，但物性仍然较差。20号岩样[图1(e)]的T2谱分布左右峰 基本相当，且左峰对应驰豫时间所包络的面积与右峰驰豫时间所包络的面积基 本相等，说明该岩样对应储层的物性较相对好，孔喉半径较大，且中、大孔隙较为发育。
通过对6块岩样进行离心后，除9号岩样[图1(b)]的T2谱分布形态未发 生明显变化外，其余岩样的峰形均发生了变化，说明9号岩样中无论大、中、 微小孔喉内的可动流体含量很低，死孔隙较多。1号和37号岩样[图1(a)，图 1(f)]的左右两峰均发生明显下降，且两峰下降幅度较大，说明可动流体在微 小孔喉和大、中孔喉中均有分布。而15号和20号样品[图1(d)，图1(e)] 的左右峰也均有下降，但左峰下降幅度远小于右峰，说明可动流体主要赋存于 大、中孔喉里。11号岩样[图1(c)]的左右峰下降幅度较小，说明该岩样大中 孔隙中出现死孔隙和堵塞喉道的比例较高，连通性较差，可能与岩石中存在的 黏土矿物类型及含量，以及赋存方式有直接关系。
(5)确定核磁共振T2截止值
可动流体与束缚流体的划分主要取决于流体在岩石中分布的弛豫时间界限 (T2截止值)，当弛豫时间大于此界限时，流体称为可动流体；当弛豫时间小于 此界限时，流体称为束缚流体，T2弛豫时间长度与孔隙结构特征、岩石矿物组成、 黏土类型及流体性质等有关。
T2截止值是核磁共振实验中划分致密砂岩孔隙内可动流体和束缚流体的关 键参数。其主要计算方法是在饱和模拟地层水的T2谱分布曲线上找出一点，使 其左侧曲线与坐标轴围成的面积与离心后T2曲线围成的面积相等，即为T2截止 值。由表3可知，6块典型岩样的T2截止值分布在0.54～12.33ms之间，平均值 为6.44ms，分布范围较为广泛。从图2可以看出，T2截止值与岩心孔隙度、渗 透率的相关性较差，即储层物性好坏与T2截止值并没有直接关系，进一步说明T2截止值是多因素综合作用的产物。
(6)确定可动流体最小孔喉半径r
可动流体最小喉道半径是指致密砂岩孔隙中的可动流体在外力作用下能够 流动时的最小喉道半径，也是制定致密油藏开发方案的重要参数之一。其计算 方法一般根据最佳离心力计算出所对应的喉道半径，即为可动流动最小喉道半 径。但根据核磁共振结果可知，在孔喉半径大于最佳离心力所对应孔喉半径的 某些孔隙内仍然存在有束缚流体，因此按照此方法计算得到的可动流体最小喉 道半径会小于真实值，具有很大的局限性。
根据前人已有研究成果显示，核磁共振T2谱与压汞(毛管压力)曲线都是 研究岩石孔隙结构的有效方法，其本质均能直接反映出岩石内部孔隙结构特征， 且孔喉半径与驰豫时间两者之间为正比关系，能够通过对应关系式式(1)进行 互相转换。因此，本发明采用该换算方法来计算出核磁共振T2分布所对应的孔 喉半径分布，进而准确确定可动流体最小孔喉半径。
r＝f·T2(1)
式中：T2—弛豫时间，ms；r—孔隙喉道半径，μm；f—换算系数，μm/ms。
分别将6块典型岩样的T2谱分布曲线与毛管压力曲线绘在同一对数坐标系 中，运用式(1)对每块岩样的驰豫时间与孔喉半径进行拟合，尽量保证T2谱分 布中波峰对应的弛豫时间与毛管压力曲线中波峰对应的孔喉半径相重合(拟合 图如图3所示)，用样品毛管压力曲线中波峰对应的孔喉半径μm除以T2谱分布 中波峰对应的弛豫时间ms即为换算系数f。可以确定6块典型岩样的换算系数 f＝0.045μm/ms，换算系数f＝0.045μm/ms是6块岩样的平均值。以1号样品为 例，通过换算后可以绘出毛管压力曲线与T2谱分布对比图[图3(a)]可以看出， 换算后的T2谱的左右峰与毛管压力曲线中的左右峰一一对应，且曲线形态也基本一致，说明核磁共振T2分布能够表征岩石孔隙结构特征。但毛管压力曲线中 的孔喉半径分布范围比T2分布的偏窄，这主要是由于T2分布反映的是岩样内所 有孔喉空间，与孔喉间连通性无关，而压汞曲线更多的是反映孔隙间的连通性。 另一方面，由于汞属于强非润湿相，进入孔喉时受到的毛管压力远远高于水相， 从而导致汞无法进入这部分高毛管压力的孔喉。
由于T2截止值反映的是可动流体与束缚流体的界限值，因此也可以认为T2截止值能够反映岩心内可动流体的最小孔喉半径。从T2截止值的分布范围说明 研究区长8段储层中可动流体最小孔喉半径较为分散。根据换算系数f和T2截 止值，可以计算出T2截止值对应的孔喉半径，即为可动流体最小孔喉半径。6 块典型岩样的可动流体最小孔喉半径分布范围为0.024～0.555μm(见表3)，平 均值为0.29μm。说明研究区长8段致密砂岩储层的可动流体最小孔喉半径小， 且分布范围广，反映出储层物性较差，非均质性严重等特点。
表3 6块典型岩样核磁共振实脸结果
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利 用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运 用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集岩样，对岩样进行洗油，烘干后测孔隙度、渗透率，用高压压汞实验测试岩样的毛管力曲线；
(2)对岩样进行饱和模拟地层水，测原始核磁共振T2谱；
(3)对岩样进行油驱水离心实验，确定最佳离心力；
(4)选用最佳离心力，对岩样进行离心实验，测离心后核磁共振T2谱；
(5)确定核磁共振T2截止值；
(6)确定可动流体最小孔喉半径r。
2.根据权利要求1所述的一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(4)中测核磁共振采用中石油勘探开发研究院研发的RecCore-3000型核磁共振岩心分析仪，其系统频率为2MHZ～5MHZ连续可调，磁场强度为940～1175Gauss，频率精度为0.01HZ。
3.根据权利要求1所述的一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法，其特征在于，步骤(3)中确定最佳离心力时的测试参数确定为：等待时间4s、回波间隔0.28ms、回波个数6000、扫描次数64、接受增益100％。
4.根据权利要求1所述的一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法，其特征在于，步骤(3)中确定最佳离心力的具体方法为：对岩样进行油驱水离心实验，施加不同的离心力，得到不同离心力离心后岩样的T2谱，再根据T2谱得到不同离心力下岩样含水饱和度的变化情况，当含水饱和度减少量最小时其对应的离心力即为最佳离心力。
5.根据权利要求1所述的一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法，其特征在于，步骤(5)中，确定T2截止值具体为：在步骤(2)中测得的原始核磁共振T2谱分布曲线上找出一点，使其左侧曲线与坐标轴围成的面积与步骤(4)中测得的离心后核磁共振T2谱曲线围成的面积相等，即为T2截止值。
6.根据权利要求1所述的一种评价致密储层可动流体最小喉道半径的方法，其特征在于，步骤(5)中，计算可动流体最小孔喉半径r采用下式：
r＝f·T2 (1)
式中：r—孔隙喉道半径，μm；T2—弛豫时间，ms；f—换算系数，μm/ms；
其中，换算系数f的确定方法为：分别将各岩样的T2谱分布曲线与毛管压力曲线绘在同一对数坐标系中，运用式(1)对每块岩样的驰豫时间与孔喉半径进行拟合，保证T2谱分布中波峰对应的弛豫时间与毛管压力曲线中波峰对应的孔喉半径相重合，用样品毛管压力曲线中波峰对应的孔喉半径除以T2谱分布曲线中波峰对应的弛豫时间，即为换算系数f。
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