CN110927035A - 一种低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气储层物性分析技术。本发明的一种低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，包括以下步骤：筛选低渗致密砂岩岩样，采用物理实验方法获取岩样孔隙结构特征参数；根据孔隙结构参数，采用数字岩心技术建立三维孔隙物理模型；依据气藏实际给定模拟温度及压力，并确定水相和气相高压物性参数；将三维孔隙物理模型完全饱和水，设定驱替压差，模拟气驱水过程，计算驱替达到稳定后模型中含水饱和度。该方法有效预测不同温度压力下的低渗致密砂岩气藏的束缚水饱和度，还能极大的缩短测试分析周期，克服现有实验分析方法的缺陷和不足，节约大量测试化验费用，为致密砂岩气藏储层综合评价、渗流规律研究、储量计算等奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然气储层物性分析技术，特别涉及一种低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法。
背景技术
低渗致密砂岩是重要的天然气储层，蕴含丰富的天然气资源，是国内外勘探开发的重点领域之一。为高效开发低渗致密储层孔隙空间内赋存的天然气，首先需要对储层岩石饱和的流体特征等物性参数等有准确认识，这是储层评价和天然气开发的基础和关键。
目前主要采用核磁共振法、压汞法及相对渗透率曲线法等岩心实验及现场密闭取心来确定储层岩石的束缚水饱和度。其中核磁共振是最为常用的束缚水饱和度实验测定方法，该方法利用核磁共振仪器分别测量岩样量饱和水状态和离心后的T2弛豫时间谱，再根据两种状态下T2时间谱总幅度之比即可得到岩样的束缚水饱和度。由于实验所用离心机转速有限，等效的驱替压差一般仅有400psi(约2.76MPa)，远小于生产过程中气井的实际生产压差，因此核磁共振实验分析得到的束缚水饱和度要远高于实际的束缚水饱和度。
压汞法则是通过压汞来测量岩样的毛管压力曲线，再将毛管压力曲线转换成气-水两相条件下的驱替压差，从而计算特定驱替压差下的含水饱和度，即为岩样的束缚水饱和度。驱替压差是影响束缚水饱和度计算的关键参数，并且不同岩性、物性及孔隙结构的岩样驱替压差相差较大，目前尚无有效方法来确定该参数，影响了该方法的应用。
相对渗透率曲线法是通过稳态或非稳态方法建立岩样气-水两相相对渗透率曲线，从相对渗透率曲线上读取水相刚开始流动时的端点饱和度即为束缚水饱和度。该方法对于中高渗储层岩石适用性较好，但低渗致密岩样渗流能力极差，通过岩心实验建立相对渗透率曲线较为耗时，且受仪器、实验条件影响，测试结果可能存在较大误差。
密闭取心是获取储层流体饱和度最为直接的方法，所获得的束缚水饱和度通常作为其他方法的参考标准。但密闭取心过程繁琐、费用高昂，并且取心过程可能受降压、漏失等影响，导致气相饱和度发生变化。
整体上，现有岩心实验方法及现场密闭取心在分析低渗致密砂岩束缚水饱和度时存在耗时长、误差大、费用高昂等缺陷，并不能完全满足该类气藏储层流体参数评价的需求。因此，急需建立一种能够适用于低渗致密砂岩储层岩石束缚水饱和度的确定方法，以满足储层评价、产能预测和储量计算等的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有岩心实验方法及现场密闭取心在分析低渗致密砂岩束缚水饱和度时存在耗时长、误差大及费用高昂等缺陷，并不能完全满足该类气藏储层流体参数评价需求的技术问题，提供一种低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，可有效预测不同温度压力下的低渗致密砂岩气藏的束缚水饱和度，预测结果准确可靠，还能极大的缩短测试分析周期，克服现有实验分析方法的缺陷和不足，节约大量测试化验费用，为低渗致密砂岩气藏储层综合评价、渗流规律研究、储量计算等奠定了基础。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，包括以下步骤：
A、筛选低渗致密砂岩岩样，采用物理实验方法获取岩样孔隙结构特征参数；
B、根据孔隙结构参数，采用数字岩心技术建立三维孔隙物理模型；
C、依据气藏实际给定模拟温度及压力，并确定水相和气相高压物性参数；
D、将三维孔隙物理模型完全饱和水，设定驱替压差，模拟气驱水过程，计算驱替达到稳定后模型中含水饱和度。
本计算方法综合考虑低渗致密砂岩岩样的孔隙结构特征参数，利用数字岩心技术建立三维孔隙模型，准确表征岩石孔隙分布发育特征，进一步开展气水两相微观流动模拟，可有效预测不同温度压力下的低渗致密砂岩气藏的束缚水饱和度，所需的基础实验数据简单、易于获取，并且预测结果准确可靠，还能够极大的缩短测试分析周期，克服现有实验分析方法的缺陷和不足，节约大量测试化验费用，为致密砂岩气藏储层综合评价、渗流规律研究、储量计算等奠定了基础。
本计算方法有效考虑温度、压力以及孔隙结构特征参数等对束缚水饱和度的影响，计算迅速、结果可靠，采用三维孔隙物理模型的计算方式，大大节约成本。
作为优选，步骤A中获取岩样孔隙结构特征参数的步骤包括：
a1、选取岩样，测量岩样基础物性参数，包括孔隙度、渗透率；
a2、根据CT仪器要求，对样品进行切割打磨处理；
a3、按实验步骤对岩样进行CT扫描，获取岩样灰度图像；
a4、开展CT图像切割、滤波和阈值分割，对灰度图像进行处理，识别孔隙和喉道，提取孔隙及喉道的特征参数。
其中喉道的特征参数包括孔隙位置、孔隙半径、喉道半径、喉道长度以及孔隙连通关系等。通过CT扫描方式得到相关数据，准确性高，为建立三维孔隙物理模型打下基础。
作为优选，步骤B中的建模时，基于岩样CT扫描所获得的孔喉结构特征参数，根据数字岩心建模方法，构建由孔隙和喉道单元组成的三维孔隙物理模型。
作为优选，步骤C中物性参数的确定：
c1、选取气藏原始地层温度和压力作为模拟的温度和压力；
c2、采用实验方法测量模拟温度压力下地层水的粘度；
c3、采用实验方法测量模拟温度压力下地层水与天然气的界面张力；
c4、采用实验方法测量岩石表面的接触角。
将气藏原始地层温度和压力作为模拟的温度和压力，模拟的有效性得到保证，进而能通过实验方法得到地层水与天然气的界面张力、以及岩石表面的接触角，进而用于模型含水饱和度计算，且模拟的数据更接近真实状态。
作为优选，步骤D中计算模型含水饱和度时，包括以下步骤：
d1、将三维孔隙物理模型中孔隙和喉道单元的含水饱和度均设置为1，即模型完全饱和地层水；
d2、将三维孔隙物理模型对应两端面分别设置为入口端和出口端，模型其余的四面均设为封闭；
d3、入口端与气相相连，增大入口端气相压力，保持出口端压力不变，根据驱替压差及模型尺寸，计算施加在模型两端的平均驱替压差；
d4、对于入口端与气相连接的喉道，按下式计算毛管压力的大小：
式中Pc—毛管压力，MPa；r—喉道半径，μm；σ—气水界面张力，N/m；θ—接触角，°。
作为优选，判断入口端喉道两端压差与毛管压力的大小，包括以下3种情况：
a、入口端喉道两端压差小于毛管压力，驱替压差无法克服毛管压力，气相无法侵入喉道，喉道仍饱和水；
b、入口端喉道两端压差等于毛管压力，气相侵入喉道，喉道中的水被完全驱出；
c、入口端喉道两端压差大于毛管压力，气相侵入喉道，喉道中部被气相占据，水相以液膜的形式存在于喉道边部。
作为优选，对于第c种情况，液膜厚度通过以下公式计算：
d＝r×0.25763e-0.261r×(ΔP)-0.419×μw
式中d—液膜厚度，μm；r—喉道半径，μm；⊿P—喉道两端驱替压差，MPa；μw—水相粘度，mPa·s；e—自然对数的底。
作为优选，重复上述过程，完成该驱替压差下所有孔隙、喉道中流体分布的判断和计算，统计三维孔隙物理模型中水相所占孔隙空间的比例，即为该压差下的含水饱和度。
作为优选，该低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法还包括以下步骤：
E、逐渐增大驱替压差，计算不同驱替压差下模型含水饱和度；
F、当含水饱和度不在随驱替压差增大而增大时得到束缚水饱和度。
作为优选，步骤F在步骤D的基础上进一步增大入口端压力，重复步骤D的过程，计算增大压差后三维孔隙物理模型的含水饱和度。
作为优选，步骤F中，判断增大压差前后，模型两次含水饱和度的相对误差，当含水饱和度相对误差>5％时，重复步骤E，继续增大驱替差压开展模拟。
作为优选，当模型两次含水饱和度的相对误差小于或等于5％时，结束模拟，此时模型的含水饱和度视为不再随驱替压差的增大而变化，即为束缚水饱和度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该计算方法可有效预测不同温度压力下低渗致密砂岩气藏的束缚水饱和度，预测结果准确可靠，还能极大的缩短测试分析周期，克服现有实验分析方法的缺陷和不足，节约大量测试化验费用，为致密砂岩气藏储层综合评价、渗流规律研究、储量计算等奠定了基础，采用三维孔隙物理模型的计算方式，大大节约成本；
2、孔喉的特征参数包括孔隙位置、孔隙半径、喉道半径、喉道长度以及孔隙连通关系等，通过CT扫描方式得到相关数据，准确性高，为建立三维孔隙物理模型打下基础；
3、将气藏原始地层温度和压力作为模拟的温度和压力，模拟的有效性得到保证，进而能通过实验方法得到地层水与天然气的界面张力、以及岩石表面的接触角，进而用于模型含水饱和度计算，且模拟的数据更接近真实状态。
附图说明：
图1为本发明低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法的流程图。
图2为实施例中的三维孔隙物理模型。
图3为实施例中岩样的束缚水饱和度的预测结果。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
如图1至图3所示，本实施例选取川西地区低渗致密砂岩气藏储层岩样，将岩样打磨切割为直径0.2cm、长度1cm左右的圆柱形样品，进行CT扫描。根据CT扫描结果建立岩样三维孔隙物理模型，开展模拟计算不同驱替压差下模型的含水饱和度。
本实施例岩样缚水饱和度计算方法，包括以下步骤：
A、筛选低渗致密砂岩岩样，采用物理实验方法获取岩样孔隙结构特征参数；
B、根据孔隙结构参数，采用数字岩心技术建立三维孔隙物理模型；
C、依据气藏实际给定模拟温度及压力，并确定水相和气相高压物性参数；
D、将三维孔隙物理模型完全饱和水，设定驱替压差，模拟气驱水过程，计算驱替达到稳定后模型中含水饱和度。
该计算方法综合考虑低渗致密砂岩岩样的孔隙结构特征参数，利用数字岩心技术建立三维孔隙模型，准确表征岩石孔隙分布发育特征，进一步开展气水两相微观流动模拟，可有效预测不同温度压力下的低渗致密砂岩气藏的束缚水饱和度，所需的基础实验数据简单、易于获取，并且预测结果准确可靠，还能够极大的缩短测试分析周期，克服现有实验分析方法的缺陷和不足，节约大量测试化验费用，为致密砂岩气藏储层综合评价、渗流规律研究、储量计算等奠定了基础。
本计算方法有效考虑温度、压力以及孔隙结构特征参数等对束缚水饱和度的影响，计算迅速、结果可靠，采用三维孔隙物理模型的计算方式，大大节约成本。
进一步地，步骤A中获取岩样孔隙结构特征参数的步骤包括：
a1、选取岩样，测量岩样基础物性参数，包括孔隙度、渗透率；
a2、根据CT仪器要求，对样品进行切割打磨处理；
a3、按实验步骤对岩样进行CT扫描，获取岩样灰度图像；
a4、开展CT图像切割、滤波和阈值分割，对灰度图像进行处理，识别孔隙和喉道，提取孔隙及喉道的特征参数。
本实施例岩样实际测得的孔隙度为8.72％，渗透率为0.12mD。其中孔喉的特征参数包括孔隙位置、孔隙半径、喉道半径、喉道长度以及孔隙连通关系等，通过CT扫描方式得到相关数据，准确性高，为建立三维孔隙物理模型打下基础。
本实施例中，步骤B中的建模时，基于岩样CT扫描所获得的孔喉结构特征参数，根据数字岩心建模方法，构建有孔隙和喉道单元组成的三维孔隙物理模型，该模型的示意图如图2所示。
进一步地，步骤C中物性参数的确定：
c1、选取气藏原始地层温度和压力作为模拟的温度和压力；
c2、采用实验方法测量模拟温度压力下地层水的粘度；
c3、采用实验方法测量模拟温度压力下地层水与天然气的界面张力；
c4、采用实验方法测量岩石表面的接触角。
将气藏原始地层温度和压力作为模拟的温度和压力，模拟的有效性得到保证，进而能通过实验方法得到地层水与天然气的界面张力、以及岩石表面的接触角，进而用于模型含水饱和度计算，且模拟的数据更接近真实状态。
更进一步地，步骤D中计算模型含水饱和度时，包括以下步骤：
d1、将三维孔隙物理模型中孔隙和喉道单元的含水饱和度均设置为1，即模型完全饱和地层水；
d2、将三维孔隙物理模型对应两端面分别设置为入口端和出口端，模型其余的四面均设为封闭；
d3、入口端与气相相连，增大入口端气相压力，保持出口端压力不变，根据驱替压差及模型尺寸，计算施加在模型两端的平均驱替压差；
d4、对于入口端与气相连接的喉道，按下式计算毛管压力的大小：
式中Pc—毛管压力，MPa；r—喉道半径，μm；σ—气水界面张力，N/m；θ—接触角，°。
进一步地，判断入口端喉道两端压差与毛管压力的大小，包括以下3种情况：
a、入口端喉道两端压差小于毛管压力，驱替压差无法克服毛管压力，气相无法侵入喉道，喉道仍饱和水；
b、入口端喉道两端压差等于毛管压力，气相侵入喉道，喉道中的水被完全驱出；
c、入口端喉道两端压差大于毛管压力，气相侵入喉道，喉道中部被气相占据，水相以液膜的形式存在于喉道边部。
对于第c种情况，液膜厚度通过以下公式计算：
d＝r×0.25763e-0.261r×(ΔP)-0.419×μw
式中d—液膜厚度，μm；r—喉道半径，μm；⊿P—喉道两端驱替压差，MPa；μw—水相粘度，mPa·s；e—自然对数的底。
更进一步地，重复上述过程，完成该驱替压差下所有孔隙、喉道中流体分布的判断和计算，统计三维孔隙物理模型中水相所占孔隙空间的比例，即为该压差下的含水饱和度。
本实施例中，岩样束缚水饱和度计算方法还包括以下步骤：
E、逐渐增大驱替压差，计算不同驱替压差下模型含水饱和度；
F、当含水饱和度不在随驱替压差增大而增大时得到束缚水饱和度。
进一步地，步骤F在步骤D的基础上进一步增大入口端压力，重复步骤D的过程，计算增大压差后三维孔隙物理模型的含水饱和度。
进一步地，步骤F中，判断增大压差前后，模型两次含水饱和度的相对误差，当含水饱和度相对误差>5％时，重复步骤E，继续增大驱替差压开展模拟。
更进一步地，当模型两次含水饱和度的相对误差小于或等于5％时，结束模拟，此时模型的含水饱和度视为不再随驱替压差的增大而变化，即为束缚水饱和度。如图3所示，本实施例模拟得到川西地区低渗致密砂岩气藏储层岩样在不同压差下的含水饱和度如图变化。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (10)
1.一种低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、筛选低渗致密砂岩岩样，采用物理实验方法获取岩样孔隙结构特征参数；
B、根据孔隙结构参数，采用数字岩心技术建立三维孔隙物理模型；
C、依据气藏实际给定模拟温度及压力，并确定水相和气相高压物性参数；
D、将三维孔隙物理模型完全饱和水，设定驱替压差，模拟气驱水过程，计算驱替达到稳定后模型中含水饱和度。
2.根据权利要求1所述的低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，步骤A中获取岩样孔隙结构特征参数的步骤包括：
a1、选取岩样，测量岩样基础物性参数，包括孔隙度、渗透率；
a2、根据CT仪器要求，对样品进行切割打磨处理；
a3、按实验步骤对岩样进行CT扫描，获取岩样灰度图像；
a4、开展CT图像切割、滤波和阈值分割，对灰度图像进行处理，识别孔隙和喉道，提取孔隙及喉道的特征参数。
3.根据权利要求2所述的低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，步骤B中的建模时，基于岩样CT扫描所获得的孔喉结构特征参数，根据数字岩心建模方法，构建有孔隙和喉道单元组成的三维孔隙物理模型。
4.根据权利要求3所述的低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，步骤C中物性参数的确定：
c1、选取气藏原始地层温度和压力作为模拟的温度和压力；
c2、采用实验方法测量模拟温度压力下地层水的粘度；
c3、采用实验方法测量模拟温度压力下地层水与天然气的界面张力；
c4、采用实验方法测量岩石表面的接触角。
5.根据权利要求4所述的低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，步骤D中计算模型含水饱和度时，包括以下步骤：
d1、将三维孔隙物理模型中孔隙和喉道单元的含水饱和度均设置为1，即模型完全饱和地层水；
d2、将三维孔隙物理模型对应两端面分别设置为入口端和出口端，模型其余的四面均设为封闭；
d3、入口端与气相相连，增大入口端气相压力，保持出口端压力不变，根据驱替压差及模型尺寸，计算施加在模型两端的平均驱替压差；
d4、对于入口端与气相连接的喉道，按下式计算毛管压力的大小：
式中Pc—毛管压力，MPa；r—喉道半径，μm；σ—气水界面张力，N/m；θ—接触角，°。
6.根据权利要求5所述的低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，判断入口端所有喉道两端的压差与该喉道毛管压力的大小，包括以下3种情况：
a、入口端喉道两端压差小于毛管压力，驱替压差无法克服毛管压力，气相无法侵入喉道，喉道仍饱和水；
b、入口端喉道两端压差等于毛管压力，气相侵入喉道，喉道中的水被完全驱出；
c、入口端喉道两端压差大于毛管压力，气相侵入喉道，喉道中部被气相占据，水相以液膜的形式存在于喉道边部。
7.根据权利要求6所述的低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，对于第c种情况，液膜厚度通过以下公式计算：
d＝r×0.25763e-0.261r×(ΔP)-0.419×μw
式中d—液膜厚度，μm；r—喉道半径，μm；⊿P—喉道两端驱替压差，MPa；μw—水相粘度，mPa·s；e—自然对数的底。
8.根据权利要求7所述的低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，重复上述过程，完成该驱替压差下所有孔隙、喉道中流体分布的判断和计算，统计三维孔隙物理模型中水相所占孔隙空间的比例，即为该压差下的含水饱和度。
9.根据权利要求1-8之一所述的低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，该低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法还包括以下步骤：
E、逐渐增大驱替压差，计算不同驱替压差下模型含水饱和度；
F、当含水饱和度不再随驱替压差增大而增大时得到束缚水饱和度。
10.根据权利要求9所述的低渗致密砂岩束缚水饱和度计算方法，其特征在于，步骤F在步骤D的基础上进一步增大入口端压力，重复步骤D的过程，计算增大压差后三维孔隙物理模型的含水饱和度；判断增大压差前后，模型两次含水饱和度的相对误差，当含水饱和度相对误差>5％时，重复步骤E，继续增大驱替差压开展模拟；当模型两次含水饱和度的相对误差小于或等于5％时，结束模拟，此时模型的含水饱和度视为不再随驱替压差的增大而变化，即为束缚水饱和度。
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