CN110487835A - 一种计算致密油气藏储层饱和度指数的新方法 - Google Patents

一种计算致密油气藏储层饱和度指数的新方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种致密储层饱和度指数的计算方法，是一种评价致密储层电性特征参数的准确有效手段。计算步骤依次包括：(1)岩心准备，切割为A、B、C三段，A段用于润湿性分析，B段用于铸体薄片分析，C段用于离心核磁共振实验；(2)储层岩石润湿性分析；(3)储层岩石微观结构分析，确定形状因子G；(4)样品离心核磁共振实验，获取离心过程核磁共振T2谱；(5)计算饱和度指数n。本发明结合岩石微观结构、润湿性分析和离心过程核磁共振T2谱，准确计算得到致密储层不同含水饱和度条件饱和度指数n，为致密油气藏勘探开发过程储层含水饱和度准确定量评价奠定基础。

Description

一种计算致密油气藏储层饱和度指数的新方法
技术领域
本发明涉及一种储层饱和度指数n的计算方法，尤其针对致密油气藏储层饱和度指数计算。主要结合岩石饱和水状态离心核磁共振实验，以及铸体薄片、润湿性分析，可对致密油气藏储层含水饱和度计算中所用的饱和度指数n进行准确定量计算，是一种准确可行的致密油气藏储层特征参数评价方法。
背景技术
随着全球能源需求量的日益增加和常规资源逐渐枯竭，以致密油气为代表的非常规油气藏越来越受到重视。与常规油气藏不同，致密油气藏储层主要发育微纳米级孔喉，微观结构复杂，储层非均质性强。针对致密油气藏储层评价，准确的含水饱和度计算是指导油气藏合理高效开发的重要基础。
据文献(Archie G E.The Electrical Resistivity Log as an Aid inDetermining Some Reservoir Characteristics.AIME,1942,146(1):54-61.)和中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5385-2007《岩石电阻率参数实验室测量及计算方法》，对于单块岩样，基于岩电实验分析，结合Archie模型进行拟合求取饱和度指数n，再结合Archie模型可展开储层饱和度测井评价。Archie模型关于电阻增大系数表示如下：
式中，I—电阻增大系数；
Rt—岩样部分饱和盐水时的电阻率，单位为欧姆米(Ω.m)；
Ro—岩样完全饱和盐水时的电阻率，单位欧姆米(Ω.m)；
n—饱和度指数；
b—岩性系数；
Sw—岩石的含水饱和度。
现有研究表明，致密储层电阻增大系数vs.含水饱和度在双对数中标系中呈现明显的非线性特征，因此常规储层中采用的基于Ariche模型拟合求取饱和度指数n在致密储层中并不适用。另一方面，常规岩电实验方法在致密油气藏储层岩心中较难建立低含水饱和度，进而导致基于岩电实验结果求取致密油气藏储层含水饱和度并不准确。作为致密油气藏储层含水饱和度定量评价的关键参数之一，饱和度指数n的准确求取意义显得尤为重要。虽然国内外对储层饱和度评价指数n计算方法进行了大量研究，但对于非常规储层，特别是致密储层，尚未有一套较为完善的评价方案。本发明建立一种考虑致密储层孔喉结构影响的饱和度指数n计算方法，在贴近致密储层微观孔隙结构的前提下，获取准确的饱和度指数n值。
最初，Ariche等认为饱和度指数与岩石类型无关，分布于1.5～2.0范围，对于纯松散的砂岩，其值近似等于2.0。但研究人员在随后的研究中发现，饱和度指数不仅与岩石润湿性有关，岩石孔喉拓扑结构及孔喉几何特征对饱和度指数也有明显影响，表现为饱和度指数n随着孔喉结构的改善而逐渐减小，对应岩石的润湿性和非均质性对饱和度指数n的影响也越来越小。因此，要准确求取致密油气藏储层饱和度指数n值，需要在明确储层润湿性的基础上，考虑储层微观孔隙结构影响，引入孔隙结构评价参数，完善致密储层饱和度指数计算模型。在明确储层润湿性后，结合储层岩心铸体薄片实验，确定致密储层微观孔喉结构，并通过引入孔喉形状因子进行定量表征。结合核磁共振快速、高效、无损的优势，开展不同含水饱和度条件致密储层岩心核磁共振T2谱测量。最终，建立符合致密油气藏储层饱和度指数n计算模型，为致密油气藏储层含水饱和度准确定量评价奠定基础。
发明内容
本发明目的在于提供一种致密油气藏储层饱和度指数计算方法，由此得到的计算结果，认识和结论，丰富了致密油气藏储层饱和度评价技术和方法，基于本发明计算的致密油气藏储层饱和度指数n，更符合致密油气藏储层实际，提升了致密油气藏储层含水饱和度评价精度。为达到上述技术目的，本发明提供以下技术方案。
致密油气藏储层饱和度指数n计算公式如下：
据文献(Walsh J B,Brace W F.The effect of pressure on porosity and thetransport properties of rock.Journal of Geophysical Research-space Physics,1984,89(B11):9425–9431.)(Straley C,Rossini D,Vinegar H J,Tutunjian P,MorrissC E.Core analysis by low-field NMR.Log Analyst,1997,38,84-93.)(Kuang Y,Sima LQ,Zhang Z Y,Wang Z L,Chen M.A Model for Estimating the Saturation ExponentBased on NMR in Tight Sandy Conglomerate Reservoirs.Arabian Journal forScience&Engineering,2018,43(11):6305-6313.)，得到一种基于毛管束理论和核磁共振渗透率计算SDR模型的含水饱和度计算方法，其核心思想为储层含水饱和度与孔隙结构和流体空间分布密切相关。可由下式表示：
其中，横向弛豫时间几何平均值表示为：
式中，V—总孔隙体积，单位为立方米(m3)；
Vw—孔隙部分饱和水时水的体积，单位为立方米(m3)；
A—孔隙总内表面积，单位为平方米(m2)；
Aw—孔隙部分饱和水时水相内表面积，单位为平方米(m2)；
T2LM—完全饱和水时样品核磁共振T2几何平均值，单位为毫秒(ms)；
T2wLM—部分饱和水时样品核磁共振T2几何平均值，单位为毫秒(ms)；
Sw—样品含水饱和度；
m1、n1—为实验分析经验系数，通常取4和2；
n—饱和度指数。
由式(2)可推导得到饱和度指数n计算公式为：
公式(4)中的参数Aw/A与储层岩石孔隙结构和润湿性密切相关。
对于致密储层岩心样品，孔喉截面等效为任意三角形状。则亲水型条件部分饱和水状态孔隙空间流体分布方式为：润湿相水吸附于孔喉内表面，非润湿相油气分布于孔隙中心位置。推导得到Aw/A表达式为：
式中，kd—与孔隙截面形状相似的几何多边形周长(P’)与原几何多边形周长(P)比值；
G—孔隙形状因子。
则亲水型致密油气藏低含水条件储层饱和度指数nw可表示为：
式中，nw—亲水性致密油气藏储层饱和度指数。
对于憎水型致密油气藏储层，部分饱和水状态孔隙空间流体分布方式为：润湿相油气吸附于孔喉内表面，非润湿相水分布于孔隙中心位置。可以推导得到Aw/A表达式为：
则对于憎水型致密油气藏储层，饱和度指数nnw可表示为：
式中，nnw—憎水型致密油气藏储层饱和度指数。
据文献(Mason G,Morrow N R.Capillary behavior of a perfectly wettingliquid in irregular triangular tubes.Journal of Colloid&Interface Science,1991,141(1):262-274.)，对于公式(6)和(8)中比例系数kd求取，基于任意三角形结构，低润湿相饱和度条件(Swp<kd 2)，润湿相流体以角隅方式吸附于孔喉内表面，中心非润湿相流体为不规则形状，此时可推导得到kd表达式为：
G＝A/P2 (10)
中高润湿相饱和度条件(Swp≥kd 2)，中心非润湿相流体以圆柱状形式存在于孔喉内，则有，kd＝1 (11)
式中，P—孔喉截面周长，单位为米(m)；
Swp—润湿相流体饱和度。
由公式(6)和(8)可以看出，要准确计算不同润湿性条件致密油气藏储层饱和度指数n，则需在明确致密油气藏储层润湿性的前提下，结合微观分析得到储层孔喉形状因子G。其中，润湿性可参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5153-2007《油藏岩石润湿性测定方法》进行确定；储层孔喉结构基于岩心铸体薄片实验通过图像提取处理分析得到。
一种计算致密油气藏储层饱和度指数n的新方法，依次包括以下步骤：
(1)实验岩心准备；
(2)岩石润湿性分析；
(3)岩心样品微观结构分析，确定孔隙形状及形状因子G；
(4)致密储层岩心离心核磁共振实验，获取离心过程核磁共振T2谱；
(5)计算饱和度指数n。
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。岩样切割为三段(A、B、C)：A段用于润湿性分析，B段用于铸体薄片分析，C段用于离心核磁共振实验。测量C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)岩石润湿性分析
选取A段岩心样品，参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5153-2007《油藏岩石润湿性测定方法》，将样品表面磨平、清洁，采用水滴接触法分析样品润湿性。实验中只需确定岩石样品润湿性，并不需要确定其对应润湿性指数，其中，接触角小于75°为水湿，接触角大于105°为非水湿，接触角介于75～105°为中性润湿。
(3)岩心样品微观结构分析，确定孔隙形状及形状因子G
选取B段岩心样品，参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 913-2004《岩石制片方法》和SY/T 5368-2000《岩石薄片鉴定》制备实验样品并获取响应微观结构照片，提取孔喉几何结构特征参数，计算得到孔喉形状因子G。
(4)致密储层离心核磁共振实验，获取离心过程核磁共振T2谱
离心核磁共振实验步骤如下：(1)核磁共振装置调试。测试标准样品的T2谱线特征，并确定TE(回波间隔)、TW(等待时间)、NECH(回波数)等参数。本发明针对致密油气藏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TE＝0.254ms，等待时间TW＝6000ms，回波个数NECH＝12000，90°脉宽P1＝5，扫描次数N＝32，发明中T2谱扫描均选用该组参数；(2)实验样品准备。将C段岩心样品洗盐、洗油、烘干，称量干重m0，后将样品置于饱和装置抽真空至133Pa，在20MPa压力下加压饱和模拟地层水48小时，测量饱和模拟地层水后样品质量m1，并扫描得到饱和水状态T2谱；(4)恒速离心。对岩心样品在1000r/min转速条件下连续稳定离心1.0小时，将实验样品倒置再连续离心1.0小时，取出岩心样品称重mi，保证核磁共振装置采样参数设置不变，扫描获取对应核磁共振T2谱；(5)连续离心获取不同含水饱和度。重复步骤(4)，依次增加转速进行离心，保证每次离心2小时，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％，此即为致密油气藏储层岩心样品束缚水状态，称量样品质量mir，计算离心后束缚水饱和度Swir；(6)结束实验，数据处理。
(5)计算饱和度指数n
根据步骤(2)确定的储层润湿性和步骤(3)提取的储层孔喉结构参数，结合公式(6)和(8)即可计算得到致密油气藏储层饱和度指数n。
本发明提出了致密油气藏储层饱和度指数n计算公式，并提出了采用新的计算公式计算致密油气藏储层饱和度指数n的实施方法。本方法结合离心核磁共振实验和铸体薄片、润湿性分析，通过明确储层润湿性，采用离心核磁共振得到了岩样不同含水饱和度条件核磁共振T2谱，并结合铸体薄片图像处理得到孔喉截面几何结构和形状因子G，计算出致密油气藏储层饱和度指数n。本发明提出了一种计算致密油气藏储层饱和度指数的新方法，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，定量准确。结合低场核磁共振技术和铸体薄片分析，在明确储层属性的基础上，建立对应的饱和度指数计算方法；同时通过增加离心转速得到致密储层岩心不同含水饱和度，测量范围广，准确可靠；(2)可操作性。不同条件含水饱和度Sw和孔喉截面形状、孔喉形状因子G均可通过实验获取。
附图说明
图1为致密储层岩心样品分段示意图。
图2为实例中致密储层岩心样品铸体薄片分析图。
图3为实例中部分饱和模拟地层水致密储层岩心孔喉流体分布示意图。
图4为实例中致密油气藏储层岩样离心过程核磁共振T2谱分布。
具体实施方式
图1为致密储层岩心样品分段示意图。其中A段用于润湿性分析，B段用于铸体薄片分析，C段用于离心核磁共振实验，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为实例中致密储层岩心样品铸体薄片分析图。
图3为实例中部分饱和模拟地层水致密储层岩心孔喉空间流体分布等效示意图。
图4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含水饱和度条件核磁共振T2谱。
应用实例：
已知致密储层岩心样品取自中国X油田，地层深度为586.3m处，样品孔隙度为15.0％，渗透率为0.147×10-3μm2，测量得样品C段长度为5.248cm，直径为2.499cm，干重为57.663g，饱和水质量为60.861g。
A段岩心润湿性判别为水湿，基于铸体薄片(图2)分析得到孔喉形状因子平均值为0.04。部分饱和岩心孔喉空间流体等效流体分布如图3所示，孔喉截面为任意三角形。
样品离心过程不同含水饱和度条件核磁共振T2谱分布如图4所示，最终离心后质量为58.657g。基于T2谱分析得到系数m1为4.205，系数n1为0.685。
根据离心过程样品质量变化，计算得到对应的含水饱和度Sw。其中，束缚水饱和度为：
结合离心过程核磁共振T2谱变化，结合公式(5)计算得到致密储层束缚水状态饱和度指数n为：

Claims (6)

1.一种计算致密油气藏储层饱和度指数的新方法，依次包括以下步骤：
(1)岩心准备，切割为A、B、C三段，A段用于润湿性分析，B段用于铸体薄片分析，C段(干重m0)用于离心核磁共振实验；
(2)选取A段岩心样品，参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5153-2007《油藏岩石润湿性测定方法》，将样品表面磨平、清洁，采用水滴接触法分析样品润湿性；
(3)选取B段岩心样品，参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 913-2004《岩石制片方法》和SY/T 5368-2000《岩石薄片鉴定》制备实验样品并获取响应微观结构照片，提取孔喉几何结构特征参数，得到孔喉形状因子G；
(4)选取C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％，称量最终离心质量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Swir；
(5)计算致密储层饱和度指数n。
2.如权利要求1所述的致密储层饱和度指数计算方法，其特征在于，所述步骤(3)采用如下公式表征亲水型任意三角形孔喉流体分布，
式中，A—孔隙总内表面积，单位为平方米(m2)；
Aw—孔隙部分饱和水时水相内表面积，单位为平方米(m2)；
kd—与孔隙截面形状相似的几何多边形周长(P’)与原几何多边形周长(P)比值；
Sw—样品含水饱和度；
G—孔隙形状因子。
3.如权利要求1所述的致密储层饱和度指数计算方法，其特征在于，所述步骤(3)采用如下公式表征憎水型任意三角形孔喉流体分布，
式中，A—孔隙总内表面积，单位为平方米(m2)；
Aw—孔隙部分饱和水时水相内表面积，单位为平方米(m2)；
kd—与孔隙截面形状相似的几何多边形周长(P’)与原几何多边形周长(P)比值；
Sw—样品含水饱和度；
G—孔隙形状因子。
4.如权利要求1所述的致密储层饱和度指数计算方法，其特征在于，所述步骤(3)采用如下公式计算比例系数kd，
低润湿相饱和度条件(Swp<kd 2)，润湿相流体以角隅方式吸附于孔喉内表面，中心非润湿相流体为不规则形状，此时可推导得到kd表达式为，
G＝A/P2
中高润湿相饱和度条件(Swp≥kd 2)，中心非润湿相流体以圆柱状形式存在于孔喉内，则有，
kd＝1
式中，P—孔喉截面周长，单位为米(m)；
Swp—润湿相流体饱和度；
Sw—样品含水饱和度；
A—孔隙总内表面积，单位为平方米(m2)；
Aw—孔隙部分饱和水时水相内表面积，单位为平方米(m2)；
kd—与孔隙截面形状相似的几何多边形周长(P’)与原几何多边形周长(P)比值；
G—孔隙形状因子。
5.如权利要求1所述的致密储层饱和度指数计算方法，其特征在于，所述步骤(5)采用如下公式计算亲水型致密油气藏低含水条件储层饱和度指数nw，
式中，nw—亲水型致密油气藏储层饱和度指数；
T2LM—完全饱和水时样品核磁共振T2几何平均值，单位为毫秒(ms)；
T2wLM—部分饱和水时样品核磁共振T2几何平均值，单位为毫秒(ms)；
m1、n1—为实验分析经验系数；
Sw—样品含水饱和度；
kd—与孔隙截面形状相似的几何多边形周长(P’)与原几何多边形周长(P)比值；
G—孔隙形状因子。
6.如权利要求1所述的致密储层饱和度指数计算方法，其特征在于，所述步骤(5)采用如下公式计算憎水型致密油气藏低含水条件储层饱和度指数nnw，
式中，nnw—憎水型致密油气藏储层饱和度指数；
T2LM—完全饱和水时样品核磁共振T2几何平均值，单位为毫秒(ms)；
T2wLM—部分饱和水时样品核磁共振T2几何平均值，单位为毫秒(ms)；
m1、n1—为实验分析经验系数；
Sw—样品含水饱和度；
kd—与孔隙截面形状相似的几何多边形周长(P’)与原几何多边形周长(P)比值；
G—孔隙形状因子。
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