CN112595653B - 粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法 - Google Patents
粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法，属于油气田储层保护领域，它解决了现今孔隙度应力敏感分析方法少，现有方法须通过实验测定、可操作性低等问题；其技术方案是：根据岩心实验，获取粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数；根据岩心实验所获取得尺寸参数，建立粒状黏土物理模型；推导粒状黏土孔隙度有效应力系数数学模型；推导粒状黏土孔隙压缩系数数学模型；结合有效应力关系方程，推导粒状黏土孔隙度应力敏感模型；将岩心实验所获取得尺寸参数代入粒状黏土孔隙度应力敏感模型，进行孔隙度应力敏感分析；本发明具有以下有益效果：实验结合理论，可靠性强，准确度高；计算便捷，可推广性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法，属于油气田储层应力敏感评价领域。
背景技术
在我国已开发的气藏中，大部分为中、低渗砂岩气藏，且其中低渗和特低渗气藏占据了非常大的比例。近几年来，随着常规气藏资源的逐渐减少，低渗和特低渗气藏的开发已经受到越来越多的关注。由于低渗气藏渗流过程受到“应力敏感”、“黏土矿物”因素的影响，这使得其渗流机理非常复杂，低渗气藏孔隙度应力敏感表现为随着有效应力的增加，储层孔隙度降低；低渗气藏在开发工程中具有产量下降快、单井产量低、稳产能力差等特点，与常规气藏的开发特点相比有很大的差异，这种应力敏感的存在进一步加大了低渗气藏开采的复杂性。
明确低渗储层孔隙应力敏感情况，对认识储层物性及预测油气储量具有重要意义，而目前有关孔隙度应力敏感分析的方法及手段极少，仅专利号CN202020079197.3的一种高温高压降内压孔隙度应力敏感性的测试装置，从实验入手，利用实验数据进行孔隙度应力敏感的分析，但该方法成本高、好时长，操作复杂且实验精度有限。因此，急需一种高效准确、可操作性强的孔隙度应力敏感分析方法进行富含黏土矿物疏松砂岩储层的应力敏感评价，为后续油气藏储量评价，高效开发提供支撑。
发明内容
本发明目的是：为了解决现今孔隙度应力敏感分析方法少，现有方法须通过实验测定、可操作性低等问题，本发明以基础实验同理论相结合的手段，提出了一种粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法，计算准确，适用性强。
为实现上述目的，本发明提供了粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
S100、根据已获取岩样进行岩心实验，获取粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数及岩石参数，具体分为以下步骤；
S101、对岩样进行岩心实验，所述岩心实验包括铸体薄片鉴定、电镜扫描分析；
S102、获取粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数，所述尺寸参数包括孔隙内半
径为
、外半径为b、黏土颗粒半径为d；
S103、获取储层的岩石参数，所述岩石参数包括黏土矿物的泊松比v c、岩石骨架的泊松比v r、黏土矿物拉梅系数μc、岩石骨架拉梅系数μr。
S200、根据铸体薄片鉴定、电镜扫描分析得到的粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数，建立粒状黏土物理模型；
S201、所述粒状黏土物理模型，由岩石、孔隙、黏土三部分构成，其黏土矿物以颗粒的形式分散充填在砂岩的粒间孔隙中。
S300、根据所建立粒状黏土物理模型，推导粒状黏土孔隙度有效应力系数数学模型，具体分为以下步骤；
S301、根据孔隙度有效应力系数定义式，结合粒状黏土物理模型孔隙度定义式，通
过链式法进行展开，建立孔隙内壁面和孔隙外壁面的位移对孔隙压力和围压的偏导数关系
式及孔隙度对半径
、b和d的偏导数，进一步定义岩石骨架与黏土的刚度比及粒状黏土矿
物含量关系式，得到粒状黏土孔隙度有效应力系数方程；
S302、所述粒状黏土物理模型孔隙度定义式为
，式中
为孔隙内半
径，单位为μm；b为孔隙外半径，单位为μm；d为黏土颗粒半径，单位为μm；φ为孔隙度，无量纲
量；
S303、所述粒状黏土孔隙度有效应力系数展开式为
；式中
为粒状黏土
孔隙度有效应力系数，无量纲量；φ为孔隙度，无量纲量；Pp为孔隙压力，单位为MPa；Pc为围
压，单位为MPa；
为黏土颗粒半径d对围压Pc的偏导数，
；
为黏
土颗粒半径d对孔隙压力Pp的偏导数，
；
为孔隙内半径
对孔隙压
力Pp的偏导数，
；
为孔隙内半径
对围压Pc的偏导
数，
；
为孔隙外半径b对孔隙压力Pp的偏导数，
；
为孔隙外半径b对围压Pc的偏导数，
；v c为黏土矿物的泊松比，无量纲量；v r为岩石骨架的泊松
比，无量纲量；μc为黏土矿物拉梅系数，无量纲量；μr为岩石骨架拉梅系数，无量纲量；
S304、对孔隙度定义式中的孔隙内半径
、孔隙外半径b和黏土颗粒半径d求偏导
数，所述孔隙度对孔隙内半径
、孔隙外半径b和黏土颗粒半径d的偏导数分别为
、
、
；
S305、定义岩石骨架与黏土的刚度比关系式，所述岩石骨架与黏土的刚度比关系
式为
，式中μc为黏土矿物拉梅系数，无量纲量；μr为岩石骨架拉梅系数，无量纲
量；
S306、定义粒状黏土矿物含量关系式，所述粒状黏土矿物含量关系式为
；
S307、将粒状黏土矿物含量关系式、岩石骨架与黏土的刚度比关系式代入粒状黏
土孔隙度有效应力系数展开式中，得到粒状黏土孔隙度有效应力系数方程、所述粒状黏土
孔隙度有效应力系数方程为
，式
中M、N为无量纲量，
、
。
S400、基于所建立粒状黏土物理模型，推导粒状黏土孔隙压缩系数数学模型；
S401、所述粒状黏土孔隙压缩系数数学模型为
，式中C pp为粒状黏土孔隙压缩系数，单位为MPa-1。
S500、将粒状黏土孔隙度有效应力系数方程、粒状黏土孔隙压缩系数数学模型代入孔隙度与有效应力关系方程，推导粒状黏土孔隙度应力敏感模型；
S501、所述孔隙度与有效应力关系方程为
，Pp,0为地面条件下的孔隙压力，单位为MPa；φ 0为
地面条件下的孔隙度，无量纲量；
S502、所述粒状黏土孔隙度应力敏感模型为
，φ 0为地面条
件下测得初始孔隙度，无量纲量。
S600、根据所得粒状黏土孔隙度应力敏感模型，将粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数及岩石参数代入粒状黏土孔隙度应力敏感模型，进行疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析。
上述的粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法：所述方法除对富含黏土矿物的疏松砂岩适用外，当模型中黏土矿物含量F c为0时，对不含黏土矿物的疏松砂岩孔隙度应力敏感分析同样适用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）实验结合理论，可靠性强；（2）基于粒状黏土矿物的赋存状态提出符合实际的理论模型，准确度高；（3）所需参数较少，计算便捷，可推广性强。
附图说明
图1是本方法技术路线图。
图2是粒状黏土物理模型图。
图3是无因次孔隙度随有效应力变化曲线图。
图中：
为孔隙内半径，单位为μm；b为孔隙外半径，单位为μm；d为黏土颗粒半径单
位为μm；P p为孔隙压力，单位为MPa；P c为围压，单位为MPa。
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。
本发明提供了粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法，图1为本方法的技术路线图，该方法包括下列步骤：
S100、根据已获取岩样进行岩心实验，获取粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数及岩石参数，具体分为以下步骤；
S101、对岩样进行岩心实验，所述岩心实验包括铸体薄片鉴定、电镜扫描分析；
S102、获取粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数，所述尺寸参数包括孔隙内半
径为
、外半径为b、黏土颗粒半径为d；
S103、获取储层的岩石参数，所述岩石参数包括黏土矿物的泊松比v c、岩石骨架的泊松比v r、黏土矿物拉梅系数μc、岩石骨架拉梅系数μr。
S200、根据铸体薄片鉴定、电镜扫描分析得到的粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数，建立粒状黏土物理模型；
S201、所述粒状黏土物理模型，由岩石、孔隙、黏土三部分构成，其黏土矿物以颗粒的形式分散充填在砂岩的粒间孔隙中，如图2所示。
S300、根据所建立粒状黏土物理模型，推导粒状黏土孔隙度有效应力系数数学模型，具体分为以下步骤；
S301、根据孔隙度有效应力系数定义式，结合粒状黏土物理模型孔隙度定义式，通
过链式法进行展开，建立孔隙内壁面和孔隙外壁面的位移对孔隙压力和围压的偏导数关系
式及孔隙度对半径
、b和d的偏导数，进一步定义岩石骨架与黏土的刚度比及粒状黏土矿
物含量关系式，得到粒状黏土孔隙度有效应力系数方程；
S302、所述粒状黏土物理模型孔隙度定义式为
，式中
为孔隙内半
径，单位为μm；b为孔隙外半径，单位为μm；d为黏土颗粒半径，单位为μm；φ为孔隙度，无量纲
量；
S303、所述粒状黏土孔隙度有效应力系数展开式为
；式中
为粒状黏土
孔隙度有效应力系数，无量纲量；φ为孔隙度，无量纲量；Pp为孔隙压力，单位为MPa；Pc为围
压，单位为MPa；
为黏土颗粒半径d对围压Pc的偏导数，
；
为
黏土颗粒半径d对孔隙压力Pp的偏导数，
；
为孔隙内半径
对
孔隙压力Pp的偏导数，
；
为孔隙内半径
对围压Pc
的偏导数，
；
为孔隙外半径b对孔隙压力Pp的偏导
数，
；
为孔隙外半径b对围压Pc的偏导数，
；v c为黏土矿物的泊松比，无量纲量；v r为岩石骨架的
泊松比，无量纲量；μc为黏土矿物拉梅系数，无量纲量；μr为岩石骨架拉梅系数，无量纲量；
S304、对孔隙度定义式中的孔隙内半径
、孔隙外半径b和黏土颗粒半径d求偏导
数，所述孔隙度对孔隙内半径
、孔隙外半径b和黏土颗粒半径d的偏导数分别为
、
、
；
S305、定义岩石骨架与黏土的刚度比关系式，所述岩石骨架与黏土的刚度比关系
式为
，式中μc为黏土矿物拉梅系数，无量纲量；μr为岩石骨架拉梅系数，无量纲量；
S306、定义粒状黏土矿物含量关系式，所述粒状黏土矿物含量关系式为
；
S307、将粒状黏土矿物含量关系式、岩石骨架与黏土的刚度比关系式代入粒状黏
土孔隙度有效应力系数展开式中，得到粒状黏土孔隙度有效应力系数方程、所述粒状黏土
孔隙度有效应力系数方程为
，式中M、N为无量纲量，
、
。
S400、基于所建立粒状黏土物理模型，推导粒状黏土孔隙压缩系数数学模型；
S401、所述粒状黏土孔隙压缩系数数学模型为
，式中C pp为粒状黏土孔隙压缩系数，单
位为MPa-1。
S500、将粒状黏土孔隙度有效应力系数方程、粒状黏土孔隙压缩系数数学模型代入孔隙度与有效应力关系方程，推导粒状黏土孔隙度应力敏感模型；
S501、所述孔隙度与有效应力关系方程为
，Pp,0为地面条件下孔隙压力，单位为MPa；φ 0为
地面条件下孔隙度，无量纲量；
S502、所述粒状黏土孔隙度应力敏感模型为
，φ 0为地面条件
下测得初始孔隙度，无量纲量。
S600、根据所得粒状黏土孔隙度应力敏感模型，将粒状黏土矿物在多孔介质中的
尺寸参数及岩石参数代入粒状黏土孔隙度应力敏感模型，进行疏松砂岩储层孔隙度应力敏
感分析，得到岩心无因次孔隙度
随有效应力（Pc与Pp差值）的变化曲线图，如图3所示。
进一步的，所述方法除对富含黏土矿物的疏松砂岩适用外，当模型中黏土矿物含量F c为0时，对不含黏土矿物的疏松砂岩孔隙度应力敏感分析同样适用。
下面结合具体疏松砂岩岩心X01对粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法做进一步说明。
通过岩心实验包括铸体薄片鉴定、电镜扫描分析；得到X01岩心内粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数，见表1：
表1
利用上述所推导的粒状黏土孔隙度应力敏感模型：
，进行孔隙度应
力敏感分析，利用模型计算，绘制岩心无因次孔隙度
随有效应力（Pc与Pp差值）的变化曲
线图，得到如图3所示曲线，得到了岩心X01不同有效应力（Pc与Pp差值）下的岩心无因次孔隙
度大小，以有效应力是30MPa为例，此时无因次孔隙度
为0.871，表明30MPa有效应力下的
孔隙度为地面条件下孔隙度的87.1%，对比岩心X01通过实验手段测得有效应力是30MPa时
的孔隙度为地面条件下孔隙度的85.6%，误差为1.75%，该方法同实验结果又较好一致性，且
发明提供的粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法适用便捷，可操作性
强。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）实验结合理论，可靠性强；（2）基于黏土矿物的赋存状态提出符合实际的理论模型，准确度高；（3）所需参数较少，计算便捷，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.粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
S100、根据已获取岩样进行岩心实验，获取粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数及岩石参数，具体分为以下步骤；
S101、对岩样进行岩心实验，所述岩心实验包括铸体薄片鉴定、电镜扫描分析；
S102、获取粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数，所述尺寸参数包括孔隙内半径为
、外半径为b、黏土颗粒半径为d；
S103、获取储层的岩石参数，所述岩石参数包括黏土矿物的泊松比v c、岩石骨架的泊松比v r、黏土矿物拉梅系数μc、岩石骨架拉梅系数μr；
S200、根据铸体薄片鉴定、电镜扫描分析得到的粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数，建立粒状黏土物理模型；
S201、所述粒状黏土物理模型，由岩石、孔隙、黏土三部分构成，其黏土矿物以颗粒的形式分散充填在砂岩的粒间孔隙中；
S300、根据所建立粒状黏土物理模型，推导粒状黏土孔隙度有效应力系数数学模型，具体分为以下步骤；
S301、根据孔隙度有效应力系数定义式，结合粒状黏土物理模型孔隙度定义式，通过链式法进行展开，建立孔隙内壁面和孔隙外壁面的位移对孔隙压力和围压的偏导数关系式及孔隙度对半径
、b和d的偏导数，进一步定义岩石骨架与黏土的刚度比及粒状黏土矿物含量关系式，得到粒状黏土孔隙度有效应力系数方程；
S302、所述粒状黏土物理模型孔隙度定义式为
，式中
为孔隙内半径，单位为μm；b为孔隙外半径，单位为μm；d为黏土颗粒半径，单位为μm；φ为孔隙度，无量纲量；
S303、所述粒状黏土孔隙度有效应力系数展开式为
；式中
为粒状黏土孔隙度有效应力系数，无量纲量；φ为孔隙度，无量纲量；Pp为孔隙压力，单位为MPa；Pc为围压，单位为MPa；
为黏土颗粒半径d对围压Pc的偏导数，
；
为黏土颗粒半径d对孔隙压力Pp的偏导数，
；
为孔隙内半径
对孔隙压力Pp的偏导数，
；
为孔隙内半径
对围压Pc的偏导数，
；
为孔隙外半径b对孔隙压力Pp的偏导数，
；
为孔隙外半径b对围压Pc的偏导数，
；v c为黏土矿物的泊松比，无量纲量；v r为岩石骨架的泊松比，无量纲量；μc为黏土矿物拉梅系数，无量纲量；μr为岩石骨架拉梅系数，无量纲量；
S304、对孔隙度定义式中的孔隙内半径
、孔隙外半径b和黏土颗粒半径d求偏导数，所述孔隙度对孔隙内半径
、孔隙外半径b和黏土颗粒半径d的偏导数分别为
、
、
；
S305、定义岩石骨架与黏土的刚度比关系式，所述岩石骨架与黏土的刚度比关系式为
，式中μc为黏土矿物拉梅系数，无量纲量；μr为岩石骨架拉梅系数，无量纲量；
S306、定义粒状黏土矿物含量关系式，所述粒状黏土矿物含量关系式为
；
S307、将粒状黏土矿物含量关系式、岩石骨架与黏土的刚度比关系式代入粒状黏土孔隙度有效应力系数展开式中，得到粒状黏土孔隙度有效应力系数方程、所述粒状黏土孔隙度有效应力系数方程为
，式中M、N为无量纲量，
、
；
S400、基于所建立粒状黏土物理模型，推导粒状黏土孔隙压缩系数数学模型；
S401、所述粒状黏土孔隙压缩系数数学模型为
，式中C pp为粒状黏土孔隙压缩系数，单位为MPa-1；
S500、将粒状黏土孔隙度有效应力系数方程、粒状黏土孔隙压缩系数数学模型代入孔隙度与有效应力关系方程，推导粒状黏土孔隙度应力敏感模型；
S501、所述孔隙度与有效应力关系方程为
，Pp,0为地面条件下的孔隙压力，单位为MPa；φ 0为地面条件下的孔隙度，无量纲量；
S502、所述粒状黏土孔隙度应力敏感模型，
，φ 0为地面条件下测得初始孔隙度，无量纲量；
S600、根据所得粒状黏土孔隙度应力敏感模型，将粒状黏土矿物在多孔介质中的尺寸参数及岩石参数代入粒状黏土孔隙度应力敏感模型，进行疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析。
2.根据权利要求1所述的粒状黏土矿物的疏松砂岩储层孔隙度应力敏感分析方法，其特征在于：所述方法除对富含黏土矿物的疏松砂岩适用外，当粒状黏土物理模型中黏土矿物含量F c为0时，对不含黏土矿物的疏松砂岩孔隙度应力敏感分析同样适用。
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