CN111521539A - 一种致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法 - Google Patents
一种致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于非常规油气勘探开发领域，具体涉及一种致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法。通过高压压汞实验按照孔径由大到小对进汞饱和度进行累积，获取进汞曲线，然后根据样品进汞及孔隙表面分形曲线分段性特征确定不同类型孔隙结构的孔径分界点，再通过计算和分析得到不同类型孔隙结构对应的孔隙度和不同类型孔隙结构对样品孔隙度和渗透率的贡献。本发明基于高压压汞进汞曲线及孔隙表面分形特征，定量表征致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构，精确高效地实现了致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构的刻画。
Description
技术领域
本发明属于非常规油气勘探开发领域，具体涉及一种致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法。
背景技术
随着水平井和大规模水力压裂技术的广泛应用，以致密油气为代表的非常规油气资源在中国鄂尔多斯盆地、松辽盆地及塔里木盆地等地率先实现了商业性开发，业已成为保障我国能源安全的最现实领域。与常规砂(砾)岩储层相比，致密砂砾岩储层通常经历了剧烈的压实和胶结作用，具有极低的孔隙度(<10％)和渗透率(<1.0×10-3μm2)，孔隙结构异常复杂，发育多尺度范围孔隙。其中，纳米尺度孔隙(孔径<1μm)十分发育。基于铸体薄片和扫描电镜观察，致密砂砾岩储层基质中主要发育三种储集空间类型：粒间孔、溶蚀孔和晶间孔。粒间孔是指石英、长石等坚硬颗粒相互支撑而形成的孔隙空间，多为三角形或多边形，边缘平直而光滑，具有较大的孔径(主要介于10μm-300μm)，后期多被硅质和黏土质等胶结物所充填。溶蚀孔主要是指有机酸性流体溶蚀长石、碳酸盐岩等不稳定组分而形成的孔隙空间，形状不规则，边缘常表现为港湾状，连通性较好，孔径多介于2μm-50μm。晶间孔广泛分布于黏土矿物晶体及自生石英微晶之间，连通性差，尺寸较小，孔径多小于2μm。此外，致密砂砾岩储层中常发育微裂缝，根据成因可以分为两类：与上覆地层压实作用有关的压裂缝和与构造活动有关的构造裂缝，宽度多小于1μm，微裂缝可以明显改善地层渗透性，但对储层孔隙度贡献相对较小。因此，实现致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构的定量表征，对于揭示致密砂砾岩成储机制、储层评价以及油气资源量估算具有重要意义。
孔隙结构是指岩石中孔隙的类型、大小、分布及相互连通性。目前，致密砂砾岩储层孔隙结构定量表征手段主要有恒速压汞、低温氮气吸附、核磁共振、聚焦离子束扫描电镜以及微纳米CT等，然而这些手段通常所表征的是所有孔隙的定量发育特征，例如：总孔体积、孔径分布等，难以直接区分不同类型孔隙结构特征。此外，有利用铸体薄片或扫描电镜图像识别不同类型孔隙，然后统计计算不同类型孔隙的面孔率、孔径大小以及孔径分布曲线等，进而表征不同类型孔隙结构。但这种方法存在以下几个问题：(1)需要统计大量图像才能获得相对可靠的结果，工作量大，效率较低；(2)铸体薄片和扫描电镜图像分辨率较低，难以表征较小孔隙(<500nm)；(3)二维面孔率可能难以代表三维孔隙结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法存在以下几个问题：(1)需要统计大量图像才能获得相对可靠的结果，工作量大，效率较低；(2)铸体薄片和扫描电镜图像分辨率较低，难以表征较小孔隙(<500nm)；(3)二维面孔率可能难以代表三维孔隙结构。为解决上述问题，本发明基于高压压汞进汞及孔隙表面分形曲线特征，定量表征致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构，精确高效地实现了致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构的刻画。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现，一种致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，通过高压压汞实验按照孔径由大到小对进汞饱和度进行累积，获取进汞曲线，即进汞压力-累积进汞饱和度关系曲线，然后根据样品进汞及孔隙表面分形曲线分段性特征确定不同类型孔隙结构的孔径分界点，再通过计算和分析得到不同类型孔隙结构对应的孔隙度和不同类型孔隙结构对样品孔隙度和渗透率的贡献。
进一步的，在进行高压压汞实验前首先钻取样品、将样品洗油烘干、测量参数。
进一步的，钻取样品的具体步骤为按照行业标准GB/T 29172-2012，在全直径(岩心直径为12cm)岩心样品上，选取颗粒大小相对均匀的位置，钻取直径为2.5cm，长度介于3-5cm的标准柱样；洗油烘干的具体步骤为利用索氏抽提装置对岩石样品进行抽提洗油，之后在真空釜中烘干(105℃)至恒重；测量参数具体为测量岩石样品的直径和长度，计算样品体积v，单位是cm3，并测量岩石样品的质量m，单位是g，计算样品的视密度ρ视，单位是g/cm3；按照行业标准SY/T 6385-2016，利用波义尔定律，测量岩石样品的孔隙度
单位是％；同时利用气体非稳态法，测量岩石样品的克氏渗透率Kg，单位是mD；结合计算得到的体积v及质量m，计算岩石样品骨架密度ρ骨，单位是g/cm3，计算公式如下：
进一步的，高压压汞实验具体为对同一块岩石样品进行再次烘干(105℃)至恒重，按照行业标准SY/T 5346-2005，利用AutoPoreⅣ9505型高压压汞仪，对岩石样品开展高压压汞实验(最大进汞压力为200MPa，对应的孔径为7.4nm)，按照孔径由大到小对进汞饱和度进行累积，获取进汞曲线，即进汞压力-累积进汞饱和度关系曲线。
进一步的，利用以下公式计算岩石样品的孔隙表面分形曲线，其中孔隙表面分形曲线数据点选取高于排替压力(Pd，单位是MPa)的进汞压力点，因为此阶段反映的是岩石样品中大量连通孔隙的孔隙结构特征，不连通或者连通性极差的孔隙对致密油气开发意义有限：
式中：V为进汞体积，单位是ml/g；D为孔径，单位是μm；Ds为孔隙表面分形维数，无量纲。
理论上，孔隙表面分形代表了孔隙表面的自相似性和平滑度，不同类型孔隙结构具有不同的孔隙表面分形曲线，也就是不同的分形维数。因此，基于孔隙表面分形曲线的分段性，可确定不同类型孔隙结构的分界点；进一步的将高压压汞进汞数据点绘制在dV/dD-孔径双对数直角坐标系下，得到样品的孔隙表面分形曲线，岩石样品的孔隙表面分形曲线可分为两种类型：双段型和单段型；
进一步的，孔隙结构类型判别方法如下：
对于双段型孔隙表面分形曲线，低压段表现为在较小的进汞压力范围内，进汞饱和度急剧升高，属于典型的“大孔细喉”型孔隙结构，主要包括孔径较大的粒间孔和溶蚀孔。高压段表现为进汞饱和度随进汞压力的增大而缓慢稳定增加，属于“树形”孔隙结构，孔隙间的连通关系类似于树枝状，较细的次一级孔隙连通于上一级较粗的孔隙上，主要包括孔径较小的晶间孔。两条孔隙表面分形曲线趋势线的交点对应的孔径即为两种类型孔隙结构的分界点，小孔段属于“树形”孔隙结构，大孔段属于“大孔细喉”型孔隙结构。
对于单段型孔隙表面分形曲线，当进汞压力大于排替压力时，进汞饱和度随进汞压力的增大表现为缓慢稳定的增加，属于“树形”孔隙结构；当进汞压力小于排替压力时，由于粒间孔和溶蚀孔非常少，进汞饱和度几乎没有增加，“大孔细喉”型孔隙结构不发育。因此，排替压力对应的孔径可作为两种类型孔隙结构的分界点，小孔段属于“树形”孔隙结构，大孔段属于“大孔细喉”型孔隙结构。
进一步地根据下式可计算不同类型孔隙结构对应的孔隙度及对样品孔隙度的贡献；
式中：
为某种孔隙结构对应的孔隙度，单位是％；Si为某种孔隙结构对应的进汞饱和度，单位是％；i＝“树形”或“大孔细喉”型孔隙结构；单位是％。
进一步的，根据不同类型孔隙结构孔径分布曲线和Purcell公式(下式)，计算不同类型孔隙结构对岩石渗透率贡献；
式中：Pj为孔径区间j对渗透率的贡献，单位是％；Sj为孔径区间j对应的进汞饱和度，单位是％；rj为孔径区间j对应的平均孔径，单位是μm。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提出一种基于高压压汞进汞及孔隙表面分形曲线特征，能够定量表征致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构特征的方法，精确高效地实现致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构的刻画。
(2)本发明简洁高效地实现致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构的定量表征。既解决了低温氮气吸附、核磁共振、聚焦离子束扫描电镜以及微纳米CT等技术不能区分不同类型孔隙的缺陷，又克服了铸体薄片和扫描电镜图像识别法效率低、表征范围小以及代表性差等问题。
附图说明
图1是进汞压力-累积进汞饱和度关系曲线；
图2是双段型孔隙表面分形曲线；
图3是单段型孔隙表面分形曲线；
图4是“大孔细喉”型孔隙结构模式图；
图5是“树形”孔隙结构结构模式图；
图6是不同类型孔隙结构孔径分布曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，包括以下步骤：
(1)钻取样品：按照行业标准GB/T 29172-2012，在全直径(岩心直径为12cm)岩心样品上，选取颗粒大小相对均匀的位置，钻取直径为2.5cm，长度介于3-5cm的标准柱样。
(2)洗油烘干：利用索氏抽提装置对岩石样品进行抽提洗油，之后在真空釜中烘干(105℃)至恒重。
(3)测量参数：测量岩石样品的直径和长度，计算样品体积v，单位是cm3，并测量岩石样品的质量m，单位是g，计算样品的视密度ρ视，单位是g/cm3；按照行业标准SY/T 6385-2016，利用波义尔定律，测量岩石样品的孔隙度
单位是％；同时利用气体非稳态法，测量岩石样品的克氏渗透率Kg，单位是mD；结合计算得到的体积v及质量m，计算岩石样品骨架密度ρ骨，单位是g/cm3，计算公式如下：
(4)高压压汞实验：对同一块岩石样品进行再次烘干(105℃)至恒重，按照行业标准SY/T 5346-2005，利用AutoPoreⅣ9505型高压压汞仪，对岩石样品开展高压压汞实验(最大进汞压力为200MPa，对应的孔径为7.4nm)，按照孔径由大到小对进汞饱和度进行累积，获取进汞曲线，即进汞压力-累积进汞饱和度关系曲线，见图1。
(5)利用以下公式计算岩石样品的孔隙表面分形曲线，其中孔隙表面分形曲线数据点选取高于排替压力(Pd，单位是MPa)的进汞压力点，因为此阶段反映的是岩石样品中大量连通孔隙的孔隙结构特征，不连通或者连通性极差的孔隙对致密油气开发意义有限：
式中：V为进汞体积，单位是ml/g；D为孔径，单位是μm；Ds为孔隙表面分形维数，无量纲。
(6)理论上，孔隙表面分形代表了孔隙表面的自相似性和平滑度，不同类型孔隙结构具有不同的孔隙表面分形曲线，也就是不同的分形维数。因此，基于孔隙表面分形曲线的分段性，可确定不同类型孔隙结构的分界点；进一步的将高压压汞进汞数据点绘制在dV/dD-孔径双对数直角坐标系下，得到样品的孔隙表面分形曲线，岩石样品的孔隙表面分形曲线可分为两种类型：双段型和单段型，见图2和图3。
(7)孔隙结构类型判别方法如下：
对于双段型孔隙表面分形曲线，低压段表现为在较小的进汞压力范围内，进汞饱和度急剧升高，属于典型的“大孔细喉”型孔隙结构，见图4，主要包括孔径较大的粒间孔和溶蚀孔。高压段表现为进汞饱和度随进汞压力的增大而缓慢稳定增加，属于“树形”孔隙结构，孔隙间的连通关系类似于树枝状，较细的次一级孔隙连通于上一级较粗的孔隙上，见图5，主要包括孔径较小的晶间孔。两条孔隙表面分形曲线趋势线的交点对应的孔径即为两种类型孔隙结构的分界点，小孔段属于“树形”孔隙结构，大孔段属于“大孔细喉”型孔隙结构。
对于单段型孔隙表面分形曲线，当进汞压力大于排替压力时，进汞饱和度随进汞压力的增大表现为缓慢稳定的增加，属于“树形”孔隙结构；当进汞压力小于排替压力时，由于粒间孔和溶蚀孔非常少，进汞饱和度几乎没有增加，“大孔细喉”型孔隙结构不发育。因此，排替压力对应的孔径可作为两种类型孔隙结构的分界点，小孔段属于“树形”孔隙结构，大孔段属于“大孔细喉”型孔隙结构。
(8)根据下式可计算不同类型孔隙结构对应的孔隙度及对样品孔隙度的贡献，具体计算结果见表1；
式中：
为某种孔隙结构对应的孔隙度，单位是％；Si为某种孔隙结构对应的进汞饱和度，单位是％；i＝“树形”或“大孔细喉”型孔隙结构；单位是％。
(9)根据不同类型孔隙结构孔径分布曲线(见图6)和Purcell公式(下式)，计算不同类型孔隙结构对岩石渗透率贡献，见表1；
式中：Pj为孔径区间j对渗透率的贡献，单位是％；Sj为孔径区间j对应的进汞饱和度，单位是％；rj为孔径区间j对应的平均孔径，单位是μm。
表1不同类型孔隙结构对应孔隙度及对样品孔隙度和渗透率的贡献
Claims (10)
1.一种致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：通过高压压汞实验按照孔径由大到小对进汞饱和度进行累积，获取进汞曲线，然后根据样品进汞及孔隙表面分形曲线分段性特征确定不同类型孔隙结构的孔径分界点，再通过计算和分析得到不同类型孔隙结构对应的孔隙度和不同类型孔隙结构对样品孔隙度和渗透率的贡献。
2.如权利要求1所述的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：在进行高压压汞实验前首先钻取样品、将样品洗油烘干、测量参数。
3.如权利要求2所述的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：钻取样品的具体步骤为在全直径岩心样品上，选取颗粒大小相对均匀的位置，钻取标准柱样；洗油烘干的具体步骤为利用索氏抽提装置对岩石样品进行抽提洗油，之后在真空釜中烘干至恒重；测量参数具体为测量岩石样品的直径和长度，计算样品体积v，单位是cm3，并测量岩石样品的质量m，单位是g，计算样品的视密度ρ视，单位是g/cm3；再利用波义尔定律，测量岩石样品的孔隙度
单位是％；同时利用气体非稳态法，测量岩石样品的克氏渗透率Kg，单位是mD；结合计算得到的体积v及质量m，计算岩石样品骨架密度ρ骨，单位是g/cm3，计算公式如下：
4.如权利要求1或3所述的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：高压压汞实验具体为对同一块岩石样品进行再次烘至恒重，对岩石样品开展高压压汞实验，按照孔径由大到小对进汞饱和度进行累积，获取进汞曲线，即进汞压力-累积进汞饱和度关系曲线。
5.如权利要求4所述的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：高压压汞实验的最大进汞压力为200MPa，对应的孔径为7.4nm。
6.如权利要求1所述的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：利用以下公式计算岩石样品的孔隙表面分形曲线，其中孔隙表面分形曲线数据点选取高于排替压力(Pd，单位是MPa)的进汞压力点：
式中：V为进汞体积，单位是ml/g；D为孔径，单位是μm；Ds为孔隙表面分形维数，无量纲。
7.如权利要求6所述的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：将高压压汞进汞数据点绘制在dV/dD-孔径双对数直角坐标系下，得到样品的孔隙表面分形曲线：双段型和单段型。
8.如权利要求7所述的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：对于双段型孔隙表面分形曲线，两条孔隙表面分形曲线趋势线的交点对应的孔径即为两种类型孔隙结构的分界点，小孔段属于“树形”孔隙结构，大孔段属于“大孔细喉”型孔隙结构；对于单段型孔隙表面分形曲线，排替压力对应的孔径即为两种类型孔隙结构的分界点，小孔段属于“树形”孔隙结构，大孔段属于“大孔细喉”型孔隙结构。
9.如权利要求8所述的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：根据下式可计算不同类型孔隙结构对应的孔隙度及对样品孔隙度的贡献：
式中：
为某种孔隙结构对应的孔隙度，单位是％；Si为某种孔隙结构对应的进汞饱和度，单位是％；i＝“树形”或“大孔细喉”型孔隙结构；单位是％。
10.如权利要求8所述的致密砂砾岩储层中不同类型孔隙结构定量表征方法，其特征在于：根据不同类型孔隙结构孔径分布曲线和Purcell公式(即下式)，计算不同类型孔隙结构对岩石渗透率贡献：
式中：Pj为孔径区间j对渗透率的贡献，单位是％；Sj为孔径区间j对应的进汞饱和度，单位是％；rj为孔径区间j对应的平均孔径，单位是μm。
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