CN111879678B - 一种基于自吸法的致密砂岩气水相对渗透率实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自吸法的致密砂岩气水相对渗透率实验方法，它包括：S1、钻取致密岩石的圆柱形岩样进行清洗烘干处理；S2、将岩样切割为两段并再次烘干；S3、对第一段岩样进行气水毛管压力实验；S4、测量第二段岩样的孔隙度φ_He等参数；S5、将第二段岩样抽真空并加压饱和地层水溶液后测量核磁共振孔隙度φ_NMR等参数；S6、将第二段岩样放入自吸瓶中开展自吸水实验，并测量核磁孔隙度记为φ_NMRi等参数；S7、对步骤S3至步骤S6得到的数据进行处理，得到致密砂岩气水相对渗透率。本发明能够结合自吸水过程中和完全饱和水的核磁共振T₂谱，准确得到致密气藏的气水相对渗透率曲线，为致密气藏的开发奠定基础。

Description

一种基于自吸法的致密砂岩气水相对渗透率实验方法

技术领域

本发明涉及一种致密岩石气水相对渗透率确定的新方法，属于油气勘探技术领域。

背景技术

致密气作为一种对环境污染较小、高效清洁能源广泛受到人们的关注，初步统计，我国致密气藏储量为300亿方。由于致密气藏砂岩储层具有孔隙结构复杂、孔喉细小、渗透率低、含水饱和度较高、高毛管压力等特点，并且通常致密砂岩储层多为亲水储层，使得流体极易在毛管压力的作用下发生自吸现象。相对渗透率曲线是认识气水两相流动特征的参数之一，有效获取气水相对渗透率，对于气藏的开发开采、水侵计算、采收率计算均有一定的意义；目前获取气水相对渗透率的方法主要有室内实验法和经验公式法。

室内实验方法包括了稳态法和非稳态法，两种方法都是基于达西定律，假设流体不可压缩、流体之间不发生物理化学反应、忽略毛管压力和重力作用等。稳态法测定相对渗透率时将气、水按一定流量比例同时注入岩样，当进出口压力及气水流量稳定时测定气水相对渗透率和岩样的含水饱和度，该方法测定结果准确度高，但是实验周期较长。非稳态法利用在恒定驱替压力或者恒定驱替速度下进行气驱水实验，记录实验过程各个时间点的产水、产气量，每个测点不需要达到稳定，该方法实验周期短、效率高。

经验公式法是学者统计大量的相对渗透率实验以及矿场数据，进而得到相对渗透率与其他物理性质之间的关系，通过储层的基本参数求解相对渗透率，该方法统计特征明显，受制于统计的样本特征。

因此，相对于经验公式法，室内实验法常常被用于确定气水相对渗透率。既然如此，获取气水相对渗透率的室内方法还存在以下不足：

(1)稳态法虽然测试过程和数据处理简单，但是对测试岩心的渗透率有较高要求；该方法测试周期长、耗费时间长，仅适用于渗透率较高的砂岩和碳酸盐岩，很难适用于致密岩石。

(2)非稳态法虽然测试周期短、效率高，但是该方法忽略了毛管压力的影响，这很难真实反映致密储层岩石的特征。致密储层岩石孔隙结构复杂、非均质性强、渗透率低、孔隙度低、以微纳米孔为主，表现出显著的毛管效应，因此，现有的非稳态法也难以适用于致密岩石。

综上所述，现有的室内实验法都很难有效获取致密岩石在毛管压力作用下的气水两相流动规律。

发明内容

针对上述问题和不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于自吸法的致密砂岩气水相对渗透率实验方法。

为了解决上述问题，本发明采用了以下的技术方案

一种基于自吸法的致密砂岩气水相对渗透率实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、钻取致密岩石的圆柱形岩样，并进行清洗烘干处理；

S2、将岩样切割为两段，将两段岩样再次烘干；

S3、对第一段岩样进行气水毛管压力实验，测定其岩石气水毛管压力，同时拟合得到气水毛管压力P_cgw与含水饱和度S_w间的关系曲线P_cgw＝f(S_w)；

S4、测量第二段岩样的孔隙度φ_He、绝对渗透率k、岩样长度L、岩样直径D；

S5、所述步骤S4的测量完成后，将第二段岩样抽真空至133Pa，并在20MPa的压力下加压饱和地层水溶液48小时后测量饱和后岩样的重量m₀、核磁共振孔隙度φ_NMR0以及核磁共振T₂谱曲线T₂₀，所述核磁共振T₂谱曲线的面积记为A₀；

S6、将第二段岩样再次进行清洗烘干处理后，将岩样的周边和一个端面进行密封使其与流体隔绝，只保持另一个端面处于敞开状态与流体接触；然后，将所述第二段岩样放入自吸瓶中开展自吸水实验，每间隔一个自吸时间将所述第二段岩样取出测量其核磁共振T₂谱曲线、重量以及自吸时间，直至T₂曲线趋于重叠后停止自吸水实验；

将步骤S6中第i次自吸水后测量得到岩样的核磁孔隙度记为φ_NMRi；将步骤S6中第i次自吸水后测量得到的岩样的重量记为m_i，将步骤S6中第i次自吸水后测量得到的岩样的核磁共振T₂谱曲线T_2i；将第i次自吸时间记为t_i，其中i＝1，2，3…，n；

S7、对步骤S3至步骤S6得到的数据进行处理，得到致密砂岩气水相对渗透率，步骤S7包括以下子步骤：

S71、自吸水量的计算：

第i次自吸水的自吸水量V_wi为：

V_wi＝(φ_NMRi-φ_NMRi-1)×V (1)

式中，φ_NMRi—第二段岩样自吸后的核磁共振孔隙度，小数；

φ_NMRi-1—第二段岩样自吸前的核磁共振孔隙度，小数；

V—岩样外表体积，cm³；

D—岩样直径，cm；

L—岩样长度，cm；

V_wi—自吸水体积，cm³；

S72、绘制岩心自吸能力曲线：

(1)计算自吸能力：

根据所述第i次自吸水的自吸水量V_wi得到岩样对应的自吸能力R_i：

式中：R_i—自吸能力，无量纲；

V_wi—自吸水量，cm³；

A_c—渗吸面积，cm²；

(2)绘制自吸能力R_i与(t_i/L²)^0.5间的关系曲线：

计算各次自吸水的岩心的自吸能力，并绘制其自吸能力R_i与(t_i/L²)^0.5之间的关系曲线；

S73、计算水相渗透率：

(1)计算含水饱和度：根据第i次自吸水后的核磁共振谱T₂曲线T_2i及对应的核磁共振孔隙度φ_NMRi计算岩样在第i次自吸岩心的含水饱和度S_wi：

式中：φ_He—岩样的孔隙度，小数；

φ_NMRi—第i次自吸水后测量得到的核磁孔隙度，小数；

(2)根据步骤(1)得到的核磁共振T₂谱曲线T_2i和下式计算第i次自吸时间内的水相渗透率：

式中，k_wi—岩样水相渗透率，mD；

C—与岩石矿物成分相关的系数，可通过实验数据拟合，无量纲；

m，n—与岩样物性和微观结构系数相关的系数，分别等于4和2，无量纲；

T_2i—第i次横向弛豫时间，毫秒；

T_2Mi—第i次横向弛豫时间对数加权平均值，毫秒；

AM(T_2i)—第i次横向弛豫时间对应的幅度，单位为幅度；

S74、计算气相渗透率：

(1)对步骤S72得到的自吸能力R_i与(t_i/L²)^0.5间的关系曲线进行对比实验拟合得出自吸能力R_i与气相渗透率k_gi的表达式：

式中，k_gi—气相渗透率，mD；

k_wi—水相渗透率，mD；

μ_g—气相粘度，mPa·s；

μ_w—水相粘度，mPa·s；

ΔS_wi—含水饱和度变化值，小数；

P_cgw—岩样气水毛管压力，MPa；

φ_NMRi-1—第i次自吸水前测量得到的核磁孔隙度，小数；

φ_NMRi—第i次自吸水后测量得到的核磁孔隙度，小数；

结合步骤S72得到的自吸能力R_i数据，以及步骤S73得到的水相渗透率k_wi数据计算获取岩样在第i次自吸时间内的气相渗透率k_gi：

S75、根据步骤S73和步骤S74得到的数据计算得出气水相对渗透率：

(1)根据步骤S74得到的第i次自吸水后岩样气相渗透率k_gi数据得出第i次自吸水后岩样气相相对渗透率k_rgi：

式中：k_rgi—第i次自吸水后岩样气相相对渗透率，小数；

k—岩样绝对渗透率，mD；

(2)根据步骤S73得到的第i次自吸水后岩样水相渗透率k_wi数据得出第i次自吸水后岩样水相相对渗透率k_rwi：

式中：k_rwi—第i次自吸水后岩样水相相对渗透率，小数；

S76、根据步骤S75得到的数据绘制气水相对渗透率曲线。

本发明具有如下有益效果：

由于致密储层岩石表现出较高的毛管压力，这种现象将使得岩心具有较强的自发吸入湿相流体的能力；与现有的室内的测量方法相比，本发明充分利用了致密气储层具有高毛管压力效应，容易自发吸入流体的特点，结合核磁共振记录下每一个自吸时间的自吸水量以及T₂曲线特征，通过自吸水量得到自吸能力曲线进而得到气相渗透率；通过T₂曲线特征得到每一个阶段的含水饱和度变化和水相渗透率，并通过气水毛管压力实验获取自吸水的压力，进而得到自吸过程中气水相对渗透率曲线。该测定方法精度较高，充分利用了致密岩石的高毛管效应，具有较广的适用性。

附图说明

图1为岩样切割示意图；

图2为气水毛管压力拟合曲线

图3为自吸核磁共振曲线示意图；

图4为气水相对渗透率曲线示意图。

具体实施方式

本发明一种基于自吸法的致密砂岩气水相对渗透率实验方法，具体由以下步骤实现：

S1、钻取致密岩石的圆柱形岩样，并进行清洗烘干处理；

S2、如图1所示将岩样切割为两段，分别为长度2.5cm、5cm，直径2.5cm，和将两段岩样再次烘干；

S3、按照国家标准GT/T 29171-2012《岩石毛管压力曲线的测定》利用半渗透隔板法对第一段岩样进行气水毛管压力实验，测定其岩石气水毛管压力，同时拟合得到气水毛管压力与含水饱和度间的关系曲线f(S_w)＝P_cgw(如图2所示)，气水毛管压力记为P_cgw；-

S4、按照行业标准GB/T29172-2012《岩心分析方法》测量第二段岩样的孔隙度φ_He、绝对渗透率k、岩样长度L、岩样直径D，岩样干重m₀；

S5、所述步骤S4的测量完成后，将第二段岩样抽真空至133Pa，并在20MPa的压力下加压饱和地层水溶液48小时后测量饱和后岩样的重量m₁、核磁共振孔隙度φ_NMR0以及核磁共振T₂₀谱曲线，所述核磁共振T₂谱曲线的面积记为A₁；当饱和地层水后所测得的核磁孔隙度与气测孔隙度误差小于2％时(即满足

时)岩样饱和完成。否则进行重新饱和直至饱和完成。

S6、将第二段岩样再次进行清洗烘干处理后，将岩样的周边和一个端面进行密封使其与流体隔绝，只保持上端面处于敞开状态，将第二段岩样放入自吸瓶中开展自吸水实验，每间隔一个自吸时间将所述第二段岩样取出测量其核磁共振T₂谱曲线、重量以及自吸时间，待本次测量完成后将岩样重新封闭后放入自吸瓶中继续自吸，直至T₂曲线趋于重叠后停止自吸水试验；待本次测量完成后将岩样重新封闭后放入自吸瓶中继续自吸，直至T₂曲线趋于重叠后停止自吸水实验；

将步骤S6中第i次自吸水后测量得到岩样的核磁孔隙度记为φ_NMRi；将步骤S6中第i次自吸水后测量得到的岩样的重量记为m_i，将步骤S6中第i次自吸水后测量得到的岩样的核磁共振T₂谱曲线T_2i；将第i次自吸时间记为t_i，其中i＝1，2，3…，n；

S7、对步骤S3至步骤S6得到的数据进行处理，得到致密砂岩气水相对渗透率。具体的，步骤S7包括以下子步骤：

S71、自吸水量的计算：

核磁共振T₂曲线及孔隙度的变化反映了岩样孔隙中的流体变化情况，结合自吸水前后核磁共振孔隙度的变化，可以计算某一时间间隔内(某自吸时间内)的自吸水量。

第i次自吸水的自吸水量V_wi的计算公式如下：

V_wi＝(φ_NMRi-φ_NMRi-1)×V (1)

式中，φ_NMRi—第二段岩样自吸后的核磁共振孔隙度，小数；

φ_NMRi-1—第二段岩样自吸前的核磁共振孔隙度，小数；

V—岩样外表体积，cm³；

D—岩样直径，cm；

L—岩样长度，cm；

V_wi—自吸水体积，cm³。

S72、绘制岩心自吸能力曲线：

(1)计算自吸能力：

根据S71所述的某一时间间隔内(某自吸时间内)自吸水量V_wi计算得到岩样在对应时间间隔内的自吸能力R_i；具体的是：通过核磁共振记录下第i次自吸水的自吸水量V_wi以及岩样的基本参数(包括自吸面积和长度)得到岩样对应的自吸能力R_i：

式中：R_i—自吸能力，无量纲；

V_wi—自吸水量，cm³；

A_c—自吸面积，cm²；

(2)绘制自吸能力R_i与(t_i/L²)^0.5间的关系曲线：

计算各次自吸水的岩心的自吸能力，并记录下自吸的时间，并绘制其自吸能力R_i与(t_i/L²)^0.5之间的关系曲线；

S73、计算水相渗透率：

(1)计算含水饱和度：根据第i次自吸水后的核磁共振T₂谱曲线T_2i(如图3所示)及对应的核磁共振孔隙度φ_NMRi计算岩样在第i次自吸时间内岩心的含水饱和度S_wi：

式中：φ_He—岩样孔隙度，小数；

φ_NMRi—第i次自吸水后测量得到的核磁孔隙度，小数；

(2)渗透率与岩石的孔喉半径分布有着密切的关系，而核磁共振T₂谱曲线可以反映岩石的孔喉半径分布，因此可以用核磁共振得到的T₂分布来计算岩石的渗透率。根据步骤S73的(1)中得到的核磁共振T₂谱曲线T_2i和下式计算第i次自吸时间内的水相渗透率：首先对不同横向弛豫时间T₂时间进行取对数，同时乘以不同弛豫时间的幅度后加权平均；将加权平均后的值除以孔隙度，同时作以10为基底的幂函数处理最后得到横向弛豫时间加权平均值。

具体如下：

式中，k_wi—岩样水相渗透率，mD；

C—与岩石矿物成分相关的系数，可通过实验数据拟合，无量纲；

m，n—与岩样物性和微观结构系数相关的系数，分别等于4和2，无量纲；

T_2i—第i次横向弛豫时间，毫秒；

T_2Mi—第i次横向弛豫时间对数加权平均值，毫秒；

AM(T_2i)—第i次横向弛豫时间对应的幅度，单位为幅度。

S74、计算气相渗透率：

(1)对步骤S72得到的自吸能力R_i与(t_i/L²)^0.5间的关系曲线进行对比实验拟合得出自吸能力R_i与气相渗透率k_gi的表达式：

式中，k_gi—气相渗透率，mD；

k_wi—水相渗透率，mD；

μ_g—气相粘度，mPa·s；

μ_w—水相粘度，mPa·s；

ΔS_wi—含水饱和度变化值，小数；

P_cgw—岩样气水毛管压力，MPa；

φ_NMRi-1—第i次自吸水前测量得到的核磁孔隙度，小数；

φ_NMRi—第i次自吸水后测量得到的核磁孔隙度，小数。

结合步骤S72得到的自吸能力R_i数据，以及步骤S73得到的水相渗透率k_wi数据计算获取岩样在第i次自吸时间内的气相渗透率k_g：

S75、根据步骤S73和步骤S74得到的数据计算得出气水相对渗透率(如图4所示)：

(1)根据步骤S74得到的气相渗透率k_gi数据得出气相相对渗透率k_rgi：

式中：k_rgi—第i次自吸水后岩样气相相对渗透率，小数；

k—岩样绝对渗透率，mD。

(2)根据步骤S73得到的第i次自吸岩样水相渗透率k_wi数据得出第i次自吸岩样水相相对渗透率k_rwi：

式中：k_rwi—第i次自吸水后岩样水相相对渗透率，小数。

S76、根据步骤S75得到的数据绘制气水相对渗透率曲线。

总而言之，本发明能够结合自吸水过程中和完全饱和水的核磁共振T₂谱，准确得到致密气藏的气水相对渗透率曲线，为致密气藏的开发奠定基础。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种基于自吸法的致密砂岩气水相对渗透率实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、钻取致密岩石的圆柱形岩样，并进行清洗烘干处理；

S2、将岩样切割为两段，将两段岩样再次烘干；

S3、对第一段岩样进行气水毛管压力实验，测定其岩石气水毛管压力，同时拟合得到气水毛管压力P_cgw与含水饱和度S_w间的关系曲线P_cgw＝f(S_w)；

S4、测量第二段岩样的孔隙度φ_He、绝对渗透率k、岩样长度L、岩样直径D；

S5、所述步骤S4的测量完成后，将第二段岩样抽真空至133Pa，并在20MPa的压力下加压饱和地层水溶液48小时后测量饱和后岩样的重量m₀、核磁共振孔隙度φ_NMR0以及核磁共振T₂谱曲线T₂₀，所述核磁共振T₂谱曲线的面积记为A₀；

S6、将第二段岩样再次进行清洗烘干处理后，将岩样的周边和一个端面进行密封使其与流体隔绝，只保持另一个端面处于敞开状态与流体接触；然后，将所述第二段岩样放入自吸瓶中开展自吸水实验，每间隔一个自吸时间将所述第二段岩样取出测量其核磁共振T₂谱曲线、重量以及自吸时间，直至T₂曲线趋于重叠后停止自吸水实验；

将步骤S6中第i次自吸水后测量得到岩样的核磁孔隙度记为φ_NMRi；将步骤S6中第i次自吸水后测量得到的岩样的重量记为m_i，将步骤S6中第i次自吸水后测量得到的岩样的核磁共振T₂谱曲线T_2i；将第i次自吸时间记为t_i，其中i＝1，2，3…，n；

S7、对步骤S3至步骤S6得到的数据进行处理，得到致密砂岩气水相对渗透率，步骤S7包括以下子步骤：

S71、自吸水量的计算：

第i次自吸水的自吸水量V_wi为：

V_wi＝(φ_NMRi-φ_NMRi-1)×V (1)

式中，φ_NMRi—第二段岩样自吸后的核磁共振孔隙度，小数；

φ_NMRi-1—第二段岩样自吸前的核磁共振孔隙度，小数；

V—岩样外表体积，cm³；

D—岩样直径，cm；

L—岩样长度，cm；

V_wi—自吸水体积，cm³；

S72、绘制岩心自吸能力曲线：

(1)计算自吸能力：

根据所述第i次自吸水的自吸水量V_wi得到岩样对应的自吸能力R_i：

式中：R_i—自吸能力，无量纲；

V_wi—自吸水量，cm³；

A_c—渗吸面积，cm²；

(2)绘制自吸能力R_i与(t_i/L²)^0.5间的关系曲线：

计算各次自吸水的岩心的自吸能力，并绘制其自吸能力R_i与(t_i/L²)^0.5之间的关系曲线；

S73、计算水相渗透率：

(1)计算含水饱和度：根据第i次自吸水后的核磁共振谱T₂曲线T_2i及对应的核磁共振孔隙度φ_NMRi计算岩样在第i次自吸岩心的含水饱和度S_wi：

式中：φ_He—岩样的孔隙度，小数；

φ_NMRi—第i次自吸水后测量得到的核磁孔隙度，小数；

(2)根据步骤(1)得到的核磁共振T₂谱曲线T_2i和下式计算第i次自吸时间内的水相渗透率：

式中，k_wi—岩样水相渗透率，mD；

C—与岩石矿物成分相关的系数，可通过实验数据拟合，无量纲；

m，n—与岩样物性和微观结构系数相关的系数，分别等于4和2，无量纲；

T_2i—第i次横向弛豫时间，毫秒；

T_2Mi—第i次横向弛豫时间对数加权平均值，毫秒；

AM(T_2i)—第i次横向弛豫时间对应的幅度，单位为幅度；

S74、计算气相渗透率：

(1)对步骤S72得到的自吸能力R_i与(t_i/L²)^0.5间的关系曲线进行对比实验拟合得出自吸能力R_i与气相渗透率k_gi的表达式：

式中，k_gi—气相渗透率，mD；

k_wi—水相渗透率，mD；

μ_g—气相粘度，mPa·s；

μ_w—水相粘度，mPa·s；

ΔS_wi—含水饱和度变化值，小数；

P_cgw—岩样气水毛管压力，MPa；

φ_NMRi-1—第i次自吸水前测量得到的核磁孔隙度，小数；

φ_NMRi—第i次自吸水后测量得到的核磁孔隙度，小数；

结合步骤S72得到的自吸能力R_i数据，以及步骤S73得到的水相渗透率k_wi数据计算获取岩样在第i次自吸时间内的气相渗透率k_gi：

S75、根据步骤S73和步骤S74得到的数据计算得出气水相对渗透率：

(1)根据步骤S74得到的第i次自吸水后岩样气相渗透率k_gi数据得出第i次自吸水后岩样气相相对渗透率k_rgi：

式中：k_rgi—第i次自吸水后岩样气相相对渗透率，小数；

k—岩样绝对渗透率，mD；

(2)根据步骤S73得到的第i次自吸水后岩样水相渗透率k_wi数据得出第i次自吸水后岩样水相相对渗透率k_rwi：

式中：k_rwi—第i次自吸水后岩样水相相对渗透率，小数；

S76、根据步骤S75得到的数据绘制气水相对渗透率曲线。

Images