CN110806435A

CN110806435A - 一种co2-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法

Info

Publication number: CN110806435A
Application number: CN201910231294.1A
Authority: CN
Inventors: 闫伟; 李文博; 邓金根
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2020-02-18

Abstract

本发明公开了一种CO₂‑水‑岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，首先制备岩心、配置地层水；然后岩心抽真空饱和地层水；测量岩心初始交流阻抗谱；将岩心放入夹持器中，在地层压力和温度下，注入CO₂和地层水；测量岩心的交流阻抗谱；对比CO₂‑水‑岩相互作用前后的Nyquist图，根据Nyquist图拟合出等效电路图，根据电路图中连通孔隙电阻大小变化情况定性评价CO₂‑水‑岩反应对岩心的影响。本发明能够快速、准确定性评价CO₂‑水‑岩相互作用对致密岩石孔喉结构的影响。

Description

一种CO2-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法。

背景技术

我国非常规油气资源储量巨大，而致密油气储量在非常规油气资源中占据着重要的地位。目前常用的储层改造方式是滑溜水压裂，这种方法在常规储层改造方面取得了较好效果，但在致密油气开发中同时也暴露了很多问题。致密油气基质滲透率极低，在钻井和储层改造的过程中，钻井液、压裂液极易伤害储层，造成产量下降。滑溜水在进入储层后可能导致水锁、粘土颗粒膨胀和运移等伤害。1981年加拿大最早应用纯液态CO₂干法压裂技术，其优势就是消除了压裂液对储层的伤害，加拿大已有1400多口油气井成功采用了CO₂干法压裂，增加产量50％以上。超临界CO₂与常规压裂液相比粘度更低、更易扩散，因此在压裂过程中能渗入储层微孔隙深部，更容易形成多分支复杂缝网。但是在产生复杂缝网的同时，还会与地层水、岩石发生水-岩-气三相间的反应，改变储层孔隙结构。一方面CO₂与地层水相互作用形成的碳酸溶液对部分硅酸盐矿物(长石和黏土矿物等)和绝大多数碳酸盐矿物具有溶解作用，使得岩石孔隙体积在矿物溶解后增加，能够改善孔喉的连通性，有效提高储层的渗流能力；另一方面会使黏土、碳酸盐等矿物的转化和二次沉淀会减小岩石的孔隙体积、堵塞孔隙、喉道，降低储层的渗透率。

中国发明专利申请“超临界CO₂注入对低渗透砂岩油藏孔喉结构影响的定量评价方法”(申请日2018.04.10，公开号CN107894386A)公开了一种超临界CO₂注入对低渗透砂岩油藏孔喉结构影响的定量评价方法，该方法需要反复进行烘干、饱和、离心等步骤，操作时间长，处理过程中可能会导致岩石产生新生微裂纹，影响后续测试结果，此外，核磁共振设备昂贵，测试成本高。于志超等人于2012年在《石油学报》第33卷第6期《饱和CO₂地层水驱过程中的水-岩相互作用实验》一文中利用饱和CO₂的地层水驱替岩心，利用扫描电镜、XRD测试对微观结构进行定性的分析；王琛等人于2013在《西南石油大学学报(自然科学版)》第32卷第6期《CO₂-地层水-岩石相互作用对特低渗透砂岩孔喉伤害程度定量评价》一文中针对储层岩石经过CO₂驱替后气体注入气体对储层物性的影响，利用孔隙度、渗透率测量，及核磁共振方法进行分析；肖娜等人于2018年在《油田化学》第35卷第1期《CO₂-水-岩石相互作用对岩石孔渗参数及孔隙结构的影响——以延长油田35-3井储层为例》一文中针对CO₂注入储层利用孔隙度、渗透率测量，压汞，电镜扫描方法进行分析。上述方法或技术中均未涉及CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的快速定性评价方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明能够快速定量评价CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构的影响规律。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

步骤一：从全直径岩心上钻取岩心样品，吸油后烘干；

步骤二：根据油田采出水的水样分析，配制出模拟地层水的溶液；

步骤三：将岩心样品放入已配制的地层水溶液中，抽真空饱和；

步骤四：将步骤三饱和好的岩心试样两端贴紧电极片并连接导线，把导线连接在电化学工作站上，测试系统的开路电位，设置扰动电压测试岩石试样的交流阻抗谱，设置测量频率范围为1×10⁶Hz～1Hz；

步骤五：将步骤四测量后的岩心试样放入岩心夹持器中，连接CO₂-地层水驱替设备，设置实验温度和围压压力，向岩心中注入CO₂和地层水；

步骤六：将步骤五得到的岩心试样，按照步骤四重新测量试样的交流阻抗谱；

步骤七：绘制CO₂-水-岩石相互作用的前后Nyquist图；

步骤八：拟合等效电路如图2，计算不连通孔隙、连通孔隙电阻大小，比较CO₂-水-岩石相互作用的前后不连通孔隙、连通孔隙电阻变化，若岩心孔隙电阻变大，表明CO₂-水-岩石相互作用降低岩心渗透率，阻塞岩心内部孔喉；岩心孔隙电阻变小，表明CO₂-水-岩石相互作用增加岩心渗透率，增加岩心内部孔喉连通性。

进一步地，步骤一中钻取岩心的方向为地层流体径向流动方向。

进一步地，步骤三中抽真空饱和时间不少于24h。

进一步地，步骤四中采用二电极法测量岩心试样交流阻抗谱。

进一步地，步骤四中所施加的扰动电压应在自然电位附近。

进一步地，步骤五中注入方式为恒压注入。

进一步地，步骤五中设置温度为地层温度，围压为地层压力。

进一步地，步骤八中采用如下公式计算出不连通孔隙R_cp、连通孔隙电阻R_ccp大小：

R_cp＝(R₀+R₁)×R₀/R₁

R_ccp＝R₀+R₁

式中：R₀、R₁电阻大小可由图三读出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明实验过程无需对岩心试样进行切磨等对岩心造成伤害的处理，保持岩心试样原有特征，同时模拟地层温度、压力条件，评价结果CO₂-水-岩石相互作用真实可信；该方法可以在岩心注入CO₂-地层水前后连续测试交流阻抗谱，相对于核磁共振方法和孔渗测量方法无需对岩心进行烘干处理，更加简单、方便、快速；相对于扫描电镜、铸体薄片方法等方法更加全面准确，为CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响评价提供有力的技术支持，且该方法所需装置简单，操作方便，测试精度高。

附图说明

图1为本发明测得CO₂-水-岩相互作用前后岩心的Nyquist图；

图2为本发明简化的岩心等效电路图；

图3为理想的岩心Nyquist图；

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述：

CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、岩心制备：从全直径岩心上钻取直径25.4mm，长度介于20mm到50mm之间的岩心柱，钻取方向为地层流体径向流动方向，洗油后烘干。

步骤二、配置地层水：根据油田采出水的水样分析，配制出模拟地层水的溶液；

步骤三、将岩心样品放入已配制的地层水溶液中，抽真空饱和24小时即可；

步骤四、将步骤三饱和好的岩心试样两端贴紧电极片并连接导线，把导线连接在电化学工作站上，测试系统的开路电位，设置扰动电压在开路电位附近测试岩石试样的交流阻抗谱，设置测量频率范围为1×10⁶Hz～1Hz；

步骤五、将步骤四测量后的岩心试样放入岩心夹持器中，连接CO₂-地层水驱替设备，设置实验温度和围压压力为地层条件下的温度压力，使其模拟地层环境，向岩心中注入CO₂和地层水；

步骤六、将步骤五得到的岩心试样，按照步骤四重新测量试样的交流阻抗谱；

步骤七、绘制CO₂-水-岩石相互作用的前后Nyquist图；

步骤八、拟合等效电路，计算不连通孔隙、连通孔隙电阻大小，比较CO₂-水-岩石相互作用的前后不连通孔隙、连通孔隙电阻变化，若岩心孔隙电阻变大，表明CO₂-水-岩石相互作用降低岩心渗透率，阻塞岩心内部孔喉；岩心孔隙电阻变小，表明CO₂-水-岩石相互作用增加岩心渗透率，增加岩心内部孔喉连通性。

岩心试样饱和地层水后测量交流阻抗谱，在岩心试样一端输入交流电正弦波扰动电信号，在另一端提取被扰动后的反馈信息。岩心内部连通孔隙越多、孔径越大，岩心渗透性越强，拟合出的等效电路图中连通孔隙中的电阻就越小，这就是交流组交流阻抗研究岩心内部孔隙结构的理论基础。所以将CO₂-水-岩相互作用前后等效电路图中连通孔隙电阻大小变化进行比较，可快速定性评价CO₂注入前后孔喉大小、连通孔隙的变化规律。

下面结合具体实施例做进一步说明：

实施例

CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，包括以下步骤：

步骤一、岩心制备：从全直径岩心上钻取直径25.4mm，长度30mm的岩心柱，钻取方向为地层流体径向流动方向，洗油后烘干；

步骤三、将岩心样品放入已配制的地层水溶液中，抽真空饱和24小时；

步骤四、将步骤三饱和好的岩心试样两端贴紧电极片并连接导线，把导线连接在电化学工作站上，测试系统开路电位为5mv，设置扰动电压5mv测试岩石试样的交流阻抗谱，设置测量频率范围为1×10⁶Hz～1Hz；

步骤五、将步骤四测量后的岩心试样放入岩心夹持器中，连接CO₂-地层水驱替设备，设置实验温度为地层温度100℃和围压压力为地层压力20MPa，模拟地层环境，向岩心中注入CO₂和地层水，注入压力为14MPa，注入时间24h；

步骤七、绘制CO₂-水-岩石相互作用的前后Nyquist图，见图1；

表1 CO₂-水-岩石相互作用前后岩心不连通孔隙、连通孔隙电阻大小变化

	0h	24h
			R<sub>0</sub>	1050	1700
R<sub>1</sub>	350	600
			R<sub>ccp</sub>	1400	2300
R<sub>cp</sub>	4200	6517
			渗透率mD	0.141	0.111

由表1可以看出岩心在CO₂-水-岩石相互作用前后岩心渗透率减小，由0.141mD减小到0.111mD，由表1可以看出不连通孔隙、连通孔隙，电阻值都变大，这是由于反应过程中生成新的矿物导致孔隙直径变小，电阻增大，岩心渗透率降低。

Claims

1.一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：从全直径岩心上钻取岩心样品，吸油后烘干；

步骤四：将步骤三饱和好的岩心试样两端贴紧电极片并连接导线，把导线连接在电化学工作站上，测试系统开路电位，设置扰动电压测试岩石试样的交流阻抗谱，设置测量频率范围为1×10⁶Hz～1Hz；

步骤七：绘制CO₂-水-岩石相互作用的前后Nyquist图；

步骤八：拟合等效电路，计算不连通孔隙、连通孔隙电阻大小，比较CO₂-水-岩石相互作用的前后不连通孔隙、连通孔隙电阻变化，若岩心孔隙电阻变大，表明CO₂-水-岩石相互作用降低岩心渗透率，阻塞岩心内部孔喉；岩心孔隙电阻变小，表明CO₂-水-岩石相互作用增加岩心渗透率，增加岩心内部孔喉连通性。

2.根据权利要求1所述的一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，其特征在于，步骤一中钻取岩心的方向为地层流体径向流动方向。

3.根据权利要求1所述的一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，其特征在于，步骤三中抽真空饱和时间不少于24h。

4.根据权利要求1所述的一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，其特征在于，步骤四中采用二电极法测量岩心试样交流阻抗谱。

5.根据权利要求1所述的一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，其特征在于，步骤四中所施加的扰动电压应在系统开路电位附近。

6.根据权利要求1所述的一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，其特征在于，步骤五中注入方式为恒压注入。

7.根据权利要求1所述的一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，其特征在于，步骤五中设置温度为地层温度，围压为地层压力。

8.根据权利要求1所述的一种CO₂-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法，其特征在于，步骤八中采用如下公式计算出不连通孔隙R_cp、连通孔隙电阻R_ccp大小：

R_cp＝(R₀+R₁)×R₀/R₁

R_ccp＝R₀+R₁

式中：R₀、R₁电阻大小可由测量出的Nyquist图中读出。