CN112505085A - 基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法，属于岩石力学有效应力系数计算领域；它解决现今利用物理实验计算孔隙度有效应力系数的方法耗时费力，且精度较低等问题，其技术方案是：以定围压降内压的方式，开展岩样不同压力组合条件下的渗透率测定实验，当某一围压和内压组合下的测定的渗透率值恒之后，利用核磁设备测定该条件下岩样的T2谱图，分析得出不同围压和内压组合条件下的孔隙度值，再根据孔隙度有效应力系数的定义，对实验数据进行处理，进而得到孔隙度有效应力系数值。本发明基于核磁在线驱替系统，开展岩样不同压力组合条件下的渗透率测定实验，精确计算孔隙度有效应力系数，省时省力、精确度较高，可推广性强。

Description

基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法
技术领域
本发明涉及基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法，属于岩石力学有效应力系数计算领域。
背景技术
摘要随着油气藏的开采，储层的应力状态发生变化，从而引起储层孔隙度及渗透率发生相应变化。大量的实验表明，孔隙度随有效应力的变化而产生的变化范围较小，但这种变化在油气开采过程中是不可忽略的，低渗透油气藏应力敏感理论研究对实际开采有着重要影响，只有明确孔隙度随有效应力变化的机理，才能针对性做出相应的生产措施以便争储上产。
通过调研发现，孔隙度有效应力系数有关的研究较少，在现有的技术方法中，借助孔隙体积压缩系数测定仪，参考石油天然气行业标准“SY/T 5815-2016岩石孔隙体积压缩系数测定方法”，获得不同围压和内压组合下的孔隙体积，进而根据孔隙度有效应力系数的定义，计算该值。该方法对操作人员的专业技能水平及仪器设备的精度要求极高，单次实验成功率低，主要原因为：设备校正未达标、孔隙体积未充满饱和液、孔隙体积该变量太小以至于计量泵无法读数、系统流动状态是否达到稳定难以判定，每次实验前都需要对仪器设备的精度进行校正，实验过程复杂且周期很长，一轮测试（一个围压，6~8个内压）耗时达7天左右。
总体而言，目前计算和分析孔隙度有效应力系数的方法大多是利用物理实验进行计算和测量，计算结果精度较低，同时测试耗时费力，需要更为精确、更为省时的计算方法。
发明内容
本发明目的是：为了解决现今利用物理实验计算孔隙度有效应力系数的方法耗时费力，且精度较低等问题，本发明基于核磁在线驱替系统，开展岩样不同压力组合条件下的渗透率测定实验，精确计算孔隙度有效应力系数，省时省力、精确度较高，可推广性强。
针对目前存在的弊端，本专利提出了一种新的测试方法：借助核磁在线驱替系统，以地层水为介质，参考石油天然气行业标准“SY/T 6385-2016覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法”，以定围压降内压的方式，开展岩样不同压力组合条件下的渗透率测定实验，当某一条件（此处主要指：某一围压和内压组合点）下的流动状态稳定（指测定的渗透率值恒定）之后，利用核磁设备测定该条件下岩样的T2谱图，分析得出不同围压和内压组合条件下的孔隙度值，再根据孔隙度有效应力系数的定义，对实验数据进行处理，进而得到孔隙度有效应力系数值。该方法在很大程度上降低了人为因素的影响，避免了严重依赖实验人员操作经验与技能水平的弊端，单次实验成功率高，实验过程简单且周期很短，一轮测试（一个围压，6~8个内压）耗时仅8小时左右。此外，该方法在测试孔隙度有效应力系数数据的同时还能得到渗透率有效应力系数数据。
为实现上述目的，本发明提供了基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法，该方法包括下列步骤：
S100、以定围压降内压的方式，开展岩样不同围压和内压组合下的渗透率测定实验，当某一围压和内压组合下测定的渗透率值恒定之后，利用核磁设备测定该条件下岩样的T2谱图，具体步骤为：
S101、用地层水饱和岩样，测试得到样品初始状态下的T2谱图；
S102、将样品装入岩心夹持器，在围压2~3MPa下，以地层水为介质恒速驱替，直至测定的压力及测定的渗透率值恒定，且无气体产生，而后测试岩样在该状态下的T2谱图；
S103、调整围压至25MPa，内压调至15MPa，围压及内压恒定1小时后，测试岩样的渗透率，待测定的渗透率值恒定之后测试岩样T2谱图；而后逐步降低内压，依次为10MPa和5MPa，待测定的渗透率值恒定之后，分别测试两种情况下的T2谱图；
S104、调整围压至30MPa，内压调至20MPa，围压及内压恒定1小时后，测试岩样的渗透率，待测定的渗透率值恒定之后测试岩样T2谱图；而后逐步降低内压，依次为15MPa、10MPa和5MPa，待测定的渗透率值恒定之后，分别测试三种情况下的T2谱图；
S200、根据核磁共振所得的T2谱图计算不同围压和内压组合下的孔隙度值，计算孔隙度的步骤为：
S201、测试六个孔隙度对应的标准样的T2谱图，根据T2谱图衰减曲线，采用SIRT方法，对采集的衰减数据进行数值反演，通过累加得到标准样的孔隙信号总量，绘制孔隙度和孔隙信号总量关系图，拟合得到孔隙度和信号总量之间的线性关系；
S202、通过核磁测试，得到岩样中孔隙衰减信号与弛豫时间之间的关系曲线；
S203、通过SIRT方法，对采集的衰减数据进行数值反演，得到10mL外观体积内的孔隙信号分量与弛豫时间之间的关系，通过对孔隙信号分量累加，得到10mL外观体积内的孔隙信号总量；
S204、将岩样10mL外观体积内的孔隙信号总量代入步骤S201中孔隙度和信号总量之间的线性关系中，计算得到岩样的孔隙度；
S300、根据孔隙度有效应力系数的定义，对实验数据进行处理，拟合得到围压、内压和孔隙度有效应力系数的拟合关系式，具体的步骤为：
S301、对实验测得的孔隙度数据进行转换，转换系数通过最大似然函数法确定，转换后的孔隙度与围压和内压的关系式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中，
Figure 561245DEST_PATH_IMAGE002
为转换后的孔隙度，为无量纲量；P c为围压；P p为内压；a 0、a 1、a 2、a 3、a 4和a 5为系数，为无量纲量；
S302、根据孔隙度有效应力系数的定义，由式（1）求偏导得到孔隙度有效应力系数表达式：
Figure 761283DEST_PATH_IMAGE003
（2）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为孔隙度有效应力系数，为无量纲量；
S303、以式（2）的形式对不同围压和内压组合下的孔隙度数据进行拟合，拟合得到围压、内压和孔隙度有效应力系数的拟合关系式；
S400、已知围压和内压代入步骤S303得到的孔隙度有效应力系数的拟合关系式计算孔隙度有效应力系数。
上述基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法中，步骤S303的表达式适用于
Figure 20226DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 571293DEST_PATH_IMAGE006
且
Figure DEST_PATH_IMAGE007
的情况下。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）降低了人为因素的影响，避免了严重依赖实验人员操作经验与技能水平的弊端；（2）单次实验成功率高，实验过程简单且周期很短，省时省力；（3）计算精度较高；（3）可推广性强。
附图说明
在附图中：
图1是本方法技术路线图。
图2是标准样信号总量与孔隙度拟合关系图。
图3是岩样T2图谱衰减曲线。
图4是孔隙信号与弛豫时间关系图。
具体实施方式
下面结合实施方式和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供了基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法，图1为本方法的技术路线图，该方法包括下列步骤：
S100、以定围压降内压的方式，开展岩样不同围压和内压组合下的渗透率测定实验，当某一围压和内压组合下测定的渗透率值恒定之后，利用核磁设备测定该条件下岩样的T2谱图，具体步骤为：
S101、用地层水饱和岩样，测试得到样品初始状态下的T2谱图；
S102、将样品装入岩心夹持器，在围压2~3MPa下，以地层水为介质恒速驱替，直至测定的压力及测定的渗透率值恒定，且无气体产生，而后测试岩样在该状态下的T2谱图；
S103、调整围压至25MPa，内压调至15MPa，围压及内压恒定1小时后，测试岩样的渗透率，待测定的渗透率值恒定之后测试岩样T2谱图；而后逐步降低内压，依次为10MPa和5MPa，待测定的渗透率值恒定之后，分别测试两种情况下的T2谱图；
S104、调整围压至30MPa，内压调至20MPa，围压及内压恒定1小时后，测试岩样的渗透率，待测定的渗透率值恒定之后测试岩样T2谱图；而后逐步降低内压，依次为15MPa、10MPa和5MPa，待测定的渗透率值恒定之后，分别测试三种情况下的T2谱图；
S200、根据核磁共振所得的T2谱图计算不同围压和内压组合下的孔隙度值，计算孔隙度的步骤为：
S201、测试六个孔隙度对应的标准样的T2谱图，根据T2谱图衰减曲线，采用SIRT方法，对采集的衰减数据进行数值反演，通过累加得到标准样的孔隙信号总量，绘制孔隙度和孔隙信号总量关系图，拟合得到孔隙度和信号总量之间的线性关系，如图2所示；
S202、通过核磁测试，得到岩样中孔隙衰减信号与弛豫时间之间的关系曲线，如图3所示；
S203、通过SIRT方法，对采集的衰减数据进行数值反演，得到10mL外观体积内的孔隙信号分量与弛豫时间之间的关系，通过对孔隙信号分量累加，绘制孔隙信号总量与弛豫时间关系图，如图4所示，从中得到10mL外观体积内的孔隙信号总量；
S204、将岩样10mL外观体积内的孔隙信号总量代入步骤S201中孔隙度和信号总量之间的线性关系中，计算得到不同围压和内压组合下的岩样的孔隙度，如表1所示；
表1 不同压力组合下孔隙度值
Figure 573884DEST_PATH_IMAGE008
S300、根据孔隙度有效应力系数的定义，对实验数据进行处理，拟合得到围压、内压和孔隙度有效应力系数的拟合关系式，具体的步骤为：
S301、对实验测得的孔隙度数据进行转换，转换系数通过最大似然函数法确定，转换后的孔隙度与围压和内压的关系式如下：
Figure 894007DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中，
Figure 58272DEST_PATH_IMAGE002
为转换后的孔隙度，为无量纲量；P c为围压；P p为内压；a 0、a 1、a 2、a 3、a 4和a 5为系数，为无量纲量；
S302、根据孔隙度有效应力系数的定义，由式（1）求偏导得到孔隙度有效应力系数表达式：
Figure 96635DEST_PATH_IMAGE003
（2）
式中，
Figure 902917DEST_PATH_IMAGE004
为孔隙度有效应力系数，为无量纲量；
S303、以式（2）的形式对不同围压和内压组合下的孔隙度数据进行拟合，拟合得到围压、内压和孔隙度有效应力系数的拟合关系式为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
S400、已知围压和内压代入步骤S303得到的孔隙度有效应力系数的拟合关系式计算孔隙度有效应力系数。
上述基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法中，步骤S303的表达式适用于
Figure 823686DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 955590DEST_PATH_IMAGE006
且
Figure 418932DEST_PATH_IMAGE007
的情况下。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）降低了人为因素的影响，避免了严重依赖实验人员操作经验与技能水平的弊端；（2）单次实验成功率高，实验过程简单且周期很短，省时省力；（3）计算精度较高；（3）可推广性强。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述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该理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
S100、以定围压降内压的方式，开展岩样不同围压和内压组合下的渗透率测定实验，当某一围压和内压组合下测定的渗透率值恒定之后，利用核磁设备测定该条件下岩样的T2谱图，具体步骤为：
S101、用地层水饱和岩样，测试得到样品初始状态下的T2谱图；
S102、将样品装入岩心夹持器，在围压2~3MPa下，以地层水为介质恒速驱替，直至测定的压力及测定的渗透率值恒定，且无气体产生，而后测试岩样在该状态下的T2谱图；
S103、调整围压至25MPa，内压调至15MPa，围压及内压恒定1小时后，测试岩样的渗透率，待测定的渗透率值恒定之后测试岩样T2谱图；而后逐步降低内压，依次为10MPa和5MPa，待测定的渗透率值恒定之后，分别测试两种情况下的T2谱图；
S104、调整围压至30MPa，内压调至20MPa，围压及内压恒定1小时后，测试岩样的渗透率，待测定的渗透率值恒定之后测试岩样T2谱图；而后逐步降低内压，依次为15MPa、10MPa和5MPa，待测定的渗透率值恒定之后，分别测试三种情况下的T2谱图；
S200、根据核磁共振所得的T2谱图计算不同围压和内压组合下的孔隙度值，计算孔隙度的步骤为：
S201、测试六个孔隙度对应的标准样的T2谱图，根据T2谱图衰减曲线，采用SIRT方法，对采集的衰减数据进行数值反演，通过累加得到标准样的孔隙信号总量，绘制孔隙度和孔隙信号总量关系图，拟合得到孔隙度和信号总量之间的线性关系；
S202、通过核磁测试，得到岩样中孔隙衰减信号与弛豫时间之间的关系曲线；
S203、通过SIRT方法，对采集的衰减数据进行数值反演，得到10mL外观体积内的孔隙信号分量与弛豫时间之间的关系，通过对孔隙信号分量累加，得到10mL外观体积内的孔隙信号总量；
S204、将岩样10mL外观体积内的孔隙信号总量代入步骤S201中孔隙度和信号总量之间的线性关系中，计算得到不同围压和内压组合下岩样的孔隙度；
S300、根据孔隙度有效应力系数的定义，对实验数据进行处理，拟合得到围压、内压和孔隙度有效应力系数的拟合关系式，具体的步骤为：
S301、对实验测得的孔隙度数据进行转换，转换系数通过最大似然函数法确定，转换后的孔隙度与围压和内压的关系式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为转换后的孔隙度，为无量纲量；P c为围压；P p为内压；a 0、a 1、a 2、a 3、a 4和a 5为系数，为无量纲量；
S302、根据孔隙度有效应力系数的定义，由式（1）求偏导得到孔隙度有效应力系数表达式：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（2）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为孔隙度有效应力系数，为无量纲量；
S303、以式（2）的形式对不同围压和内压组合下的孔隙度数据进行拟合，拟合得到围压、内压和孔隙度有效应力系数的拟合关系式；
S400、已知围压和内压代入步骤S303得到的孔隙度有效应力系数的拟合关系式计算孔隙度有效应力系数。
2.根据权利要求1所述的基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法，其特征在于：步骤S303的表达式适用于
Figure DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure DEST_PATH_IMAGE010
且
Figure DEST_PATH_IMAGE012
的情况下。
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