CN112782053B - 一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法 - Google Patents

一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法 Download PDF

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Abstract

一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法，将岩心样品置于岩心夹持器中，测量入口至出口处的管线体积；在岩心夹持器出口处对岩心样品进行抽真空；配制体系离子溶液A，对岩心样品负压饱和；配制与体系离子溶液A浓度相差较大的体系离子溶液B，以恒定流速向岩心注入，并在出口处以一定单位体积收集产出液；测量并记录单位体积产出液的体系离子浓度，对体系离子浓度分数进行归一化计算，同时计算单位体积产出液中，体系离子溶液A的实际体积，通过计算体系离子溶液A的总体积，实现对岩心样品的有效孔隙体积的定量评价；本发明运用岩心室内物理流动模拟的方法，提高了岩心有效孔隙体积的测量精度。

Description

一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法
技术领域
本发明涉及油气开发实验技术领域，特别涉及一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法。
背景技术
孔隙度是影响油藏流体储集与流动性能的重要参数，然而，对于油藏中流体的运动有着重要控制作用的则是有效孔隙体积，即油藏微观孔隙空间内相互连通的孔隙体积与油藏总体积的比值。油气田开发实践表明，有效孔隙体积是评价一个油气藏储集与流动性能的核心参数，目前针对该参数的室内测试方法单一、准确度低、误差大。因此，探索一套准确、高效的室内岩心有效孔隙体积测试方法，将对准确掌握油藏有效孔隙体积参数，实现油藏综合储集能力精准评价具有重要意义。现有研究中，CN111366524A公布了一种用于多孔介质的孔隙度测量装置及方法；CN111272635A公布了一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置及测试方法；专利CN110702484A公布了一种含水溶盐储层岩心原地孔隙度计算与含水饱和度建立方法；CN108982333A公布了一种气测岩心孔隙度装置；CN106872328A公布了一种低渗透岩心孔隙度和渗透率的测试装置及测试方法；CN106769760A公布了一种获取岩心孔隙度的方法、装置及系统；CN106153522A公布了一种岩心孔隙度测量装置及测量方法；CN102252949A公布了一种单轴应力下疏松岩心孔隙度的确定方法；CN102175588A公布了一种大尺寸人造岩心孔隙度测量方法；CN101718672A公布了一种一次装样便能测出岩心孔隙度的测量装置；CN101701898A公布了一种采用等压变容法测量岩心孔隙度的方法及装置。2018年第39卷第7期，石油学报，贾宁洪等人将微纳米CT图像与微图像拼接技术相结合，识别出干酪根内微纳米尺度孔隙，从而对岩心孔隙体积进行精确测量；2017年第24卷第2期，宋南希等人基于核磁共振T2图谱识别出不同储层类型的岩心，并且可以估算岩心裂缝孔隙体积；2012年第39卷第4期，计量与测试技术，李桂梅依据行业相关标准规定,采用液体饱和法对岩心孔隙体积进行了测量；2009年第18卷第2期，CT理论与应用研究，高建等人应用CT成像技术和孔隙度频率分布和累积频率分布曲线得到了岩心孔隙度分布的统计特征；1997年第11卷第4期，石油仪器，赵仕俊等人用最小二乘法对标准钢心测得的孔隙体积进行线性拟合，用岩心代替标准钢心测初始压力，计算出岩心的孔隙体积、颗粒体积与孔隙度；1996年第2期，新疆科技，吕佳祥等人根据增容法原理，对实验室中常用仪器、仪表进行组装后，用来测定人工岩心孔隙体积，并通过实验表明方法可行。
目前，关于岩心孔隙体积的相关研究，主要涉及到岩心实验的装置设计，室内称量等方法研究；研究程度仅停留在测试装置或方法的改进，并未将精确的测试方法与先进的理论计算结合，进行岩心有效孔隙体积的定量评价；同时，也不清楚在实验测试过程中得到的孔隙体积，是有效孔隙体积还是无效孔隙体积。
发明内容
为了克服现有岩心孔隙体积测试方法的缺陷，本发明的目的在于提供一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法，基于室内物理模拟实验，在负压充分饱和体系离子的基础上，通过低离子浓度溶液驱替置换高离子浓度溶液，实时追踪出口溶液体系离子浓度值，并以此为依据，精确计算岩心样品中饱和体系离子溶液的有效孔隙体积，充分考虑有效孔隙和无效孔隙在饱和体系离子溶液过程中的差异性，实现对岩心样品有效孔隙体积的定量评价。
为了达到上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法，包括下述步骤：
步骤一、将岩心样品进行清洗、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量入口至出口处的管线体积，并记为C；
步骤三、在岩心夹持器出口处以-90KPa对岩心样品进行抽真空12小时；
步骤四、配制浓度为100000mg/L-40000mg/L的CaCl2溶液作为体系离子溶液A，打开岩心夹持器入口阀门，对岩心样品负压饱和体系离子溶液A；
步骤五、以恒定流速继续驱替体系离子溶液A，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、将体系离子溶液A稀释2至4倍后作为体系离子溶液B，之后以恒定流速向岩心注入体系离子溶液B，并在出口处以单位体积收集产出液；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的体系离子浓度，对体系离子浓度分数进行归一化计算，具体计算公式如下：
Figure BDA0002866682880000031
式中：Fn为第n个单位体积溶液对应的归一化体系离子浓度分数；Sn为第n个单位体积溶液的离子浓度；Sa为体系离子溶液A的溶液离子浓度；Sb为体系离子溶液B的溶液离子浓度；
步骤八、将归一化体系离子浓度分数乘以单位产出液体积，计算单位体积产出液中，体系离子溶液A的实际体积；将所有单位体积产出液中体系离子溶液A的实际体积相加，减去岩心夹持器入口至出口处的管线体积，即为岩心样品的有效孔隙体积，具体计算公式如下：
V＝∑(Fn*V0)-C (2)
式中：V为有效孔隙体积；V0为单位产出液体积；C为入口至出口处的管线体积。
本发明以步骤七中所得的归一化体系离子浓度分数为Y轴，总驱替体积为X轴，可以作得归一化体系离子浓度分数与溶液驱替体积关系曲线，图1为曲线示意图。曲线先保持一段时间水平后，开始迅速下降，最终与X轴重合。根据步骤八中的计算方法，所有单位体积产出液中体系离子溶液A的实际体积，即为曲线与坐标轴围成的面积，如图1中阴影部分所示。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)该方法不受岩心尺寸与岩心均质性的影响，适用范围广。
(2)创新性地结合了驱替实验手段和计算方法，对岩心样品有效孔隙体积进行联合计算表征，区分了有效孔隙体积和无效孔隙体积。
(3)应用归一化体系离子浓度分数的计算方法，提高了岩心有效孔隙体积的计算精度，避免了传统实验方法带来的误差，可向石油工程领域的室内岩心物理模拟实验提供准确的基础数据。
(4)测量计算方法简便易行，在具备基本实验设备的岩心物理模拟实验室均可实施。
附图说明
图1为归一化体系离子浓度分数与溶液驱替体积关系曲线示意图。
图2为实施例1归一化体系离子浓度分数与溶液驱替体积关系曲线。
图3为实施例1有效孔隙体积与溶液驱替体积关系曲线。
图4为实施例2归一化体系离子浓度分数与溶液驱替体积关系曲线。
图5为实施例2有效孔隙体积与溶液驱替体积关系曲线。
具体实施方式
下面选取人造砂岩岩心与某油田致密砂岩岩心各一块并结合附图对本发明做详细叙述。
实施例一
本实施例包括以下步骤：
步骤一、选取直径3.81cm，长30.48cm的人造砂岩岩心，进行清洗、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量入口至出口处的管线体积为8.32mL；
步骤三、在岩心夹持器出口处以-90KPa对岩心样品进行抽真空12小时；
步骤四、配置浓度为64000mg/L的CaCl2溶液作为体系离子溶液A，打开岩心夹持器入口阀门，对岩心样品负压饱和体系离子溶液A；
步骤五、以2mL/min流速继续驱替体系离子溶液A，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、将体系离子溶液A稀释4倍至16000mg/L作为体系离子溶液B，以2mL/min恒定流速向岩心注入，并在出口处以4.0mL为单位体积收集产出液；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的CaCl2浓度，利用公式
Figure BDA0002866682880000051
对CaCl2浓度分数进行归一化计算，本实施例中，共记录点位40个，相应公式中n为1-40；
步骤八、将归一化CaCl2浓度分数乘以4mL，计算单位体积产出液中，体系离子溶液A的实际体积；根据公式V＝∑(Fn*V0)-C，将所有单位体积产出液中体系离子溶液A的实际体积相加，减去岩心夹持器入口至出口处的管线体积，即可得出岩心样品的有效孔隙体积为71.28mL，有效孔隙度为20.51％。
根据本实施例步骤七中所得的归一化计算结果，可以作得归一化体系离子浓度分数与溶液驱替体积关系曲线，如图2所示。曲线先保持一段时间水平后，开始迅速下降，最终与X轴重合。根据步骤八中的岩心样品的有效孔隙体积计算方法，所有单位体积产出液中体系离子溶液A的实际体积，即为曲线与坐标轴围成的面积，如图2中阴影部分所示。根据本实施例步骤八中的岩心样品的有效孔隙体积计算结果，可以作得有效孔隙体积与溶液驱替体积关系曲线，如图3所示。其中，X轴为产出液中体系离子溶液A的实际体积减去岩心夹持器入口至出口处的管线体积，即为在对应驱替体积下的岩心有效孔隙体积，Y轴为驱替体积。从曲线中可以看出，随着驱替的进行，岩心有效孔隙体积稳定增加，最终达到一定数值后保持水平，该数值即为岩心有效孔隙体积。
实施例二
本实施例包括以下步骤：
步骤一、从全直径致密砂岩岩心柱上钻取直径2.51cm，长6.46cm的岩心，进行洗油、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量入口至出口处的管线体积为0.82mL；
步骤三、在岩心夹持器出口处以-90KPa对岩心样品进行抽真空12小时；
步骤四、配置浓度为89000mg/L的CaCl2溶液,并作为体系离子溶液A，打开岩心夹持器入口阀门，对岩心样品负压饱和体系离子溶液A；
步骤五、以0.2mL/min流速继续驱替体系离子溶液A，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、将体系离子溶液A稀释至30000mg/L后，作为体系离子溶液B，以0.2mL/min恒定流速向岩心注入，并在出口处以0.3mL为单位体积收集产出液；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的CaCl2浓度，利用公式
Figure BDA0002866682880000071
对CaCl2浓度分数进行归一化计算，本次实验中，共记录点位60个，相应公式中n为1-60；
步骤八、将归一化CaCl2浓度分数乘以0.3mL，计算单位体积产出液中，体系离子溶液A的实际体积；根据公式V＝∑(Fn*V0)-C，将所有单位体积产出液中体系离子溶液A的实际体积相加，减去岩心夹持器入口至出口处的管线体积，即可得出岩心样品的有效孔隙体积为4.4mL，有效孔隙度为13.76％。
根据本实施例步骤七中所得的归一化计算结果，可以作得归一化体系离子浓度分数与溶液驱替体积关系曲线，如图4所示。曲线先在“0.9”附近保持波动一段时间后开始下降，最终与X轴重合，与实施例一相比，本实施例中的曲线波动幅度较大，这是由于岩心均质性较差导致的。根据步骤八中的岩心样品的有效孔隙体积计算方法，所有单位体积产出液中体系离子溶液A的实际体积，即为曲线与坐标轴围成的面积，如图4中阴影部分所示。根据本实施例步骤八中的岩心样品的有效孔隙体积计算结果，可以作得有效孔隙体积与溶液驱替体积关系曲线，如图5所示。其中，与实施例一相同，X轴为在对应驱替体积下的岩心有效孔隙体积，Y轴为驱替体积。从曲线中可以看出，随着驱替的进行，岩心有效孔隙体积稳定增加，最终达到一定数值后保持水平，该数值即为岩心有效孔隙体积。
本发明实验方法的原理说明
在试验方法步骤三中，依靠实验装置真空的饱和方法在一定程度上解决了，传统实验条件下，饱和不充分的实验漏洞。在岩心已经饱和体系离子溶液A的情况下，岩心孔隙体积即为体系离子溶液A在实验装置中的总体积减去管线体积。在试验方法步骤二中，管线体积可以通过测量得出，如果可以正确计量体系离子溶液A在实验装置中的总体积，即可得到岩心孔隙体积。在试验方法步骤六中，在一定驱替压力下，用体系离子溶液B驱替体系离子溶液A，此时，体系离子溶液B将顺利驱替岩心有效孔隙内的体系离子溶液A。之后，在试验方法步骤七中，将驱替产出液按量收集为产出液样品，并实时测算产出液中体系离子溶液A的体积。最终在试验方法步骤八中，将所有产出液样品中的体系离子溶液A的溶液体积相加，即可得到驱替产出的体系离子溶液A的溶液总体积，即可求得驱替过程中，岩心的有效孔隙体积。在本发明定量计算方法中，归一化计算是为了方便计算并观察体系离子溶液A在每个收集的产出液样品的体积分数，进而实时监测驱替过程。根据样品实时浓度，可得归一化体系离子浓度分数与溶液驱替体积关系曲线。结合步骤八中体系离子溶液A的溶液总体积的计算方法，该曲线与X轴、Y轴围成的面积即为体系离子溶液A的溶液总体积。再根据离子溶液A的溶液总体积的计算结果，可以作得有效孔隙体积与溶液驱替体积关系曲线。从该曲线中可以看出，有效孔隙体积曲线从驱替开始一直缓慢上升，上升速率随着驱替体积的增加而减小，最后曲线保持水平，其对应的Y轴数值即为岩心有效孔隙体积。综合实施例一与例二，岩心有效孔隙体积结果的定量计算不受岩心均质性与岩心尺寸的影响。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (3)

1.一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一、将岩心样品进行清洗、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量入口至出口处的管线体积，并记为C；
步骤三、在岩心夹持器出口处以-90KPa对岩心样品进行抽真空12小时；
步骤四、配制浓度为100000mg/L-40000mg/L的CaCl2溶液作为体系离子溶液A，打开岩心夹持器入口阀门，对岩心样品负压饱和体系离子溶液A；
步骤五、以恒定流速继续驱替体系离子溶液A，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、将体系离子溶液A稀释2至4倍后作为体系离子溶液B，之后以恒定流速向岩心样品注入体系离子溶液B，并在出口处以单位体积收集产出液；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的体系离子浓度，对体系离子浓度分数进行归一化计算，具体计算公式如下：
Figure FDA0003590218900000011
式中：Fn为第n个单位体积溶液对应的归一化体系离子浓度分数；Sn为第n个单位体积溶液的离子浓度；Sa为体系离子溶液A的溶液离子浓度；Sb为体系离子溶液B的溶液离子浓度；
步骤八、将归一化体系离子浓度分数乘以单位产出液体积，计算单位体积产出液中，体系离子溶液A的实际体积；将所有单位体积产出液中体系离子溶液A的实际体积相加，减去岩心夹持器入口至出口处的管线体积，即为岩心样品的有效孔隙体积，具体计算公式如下：
V＝∑(Fn*V0)-C (2)
式中：V为有效孔隙体积；V0为单位产出液体积；C为入口至出口处的管线体积。
2.根据权利要求1所述的一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、选取直径3.81cm，长30.48cm的人造砂岩岩心样品，进行清洗、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量入口至出口处的管线体积为8.32mL；
步骤三、在岩心夹持器出口处以-90KPa对岩心样品进行抽真空12小时；
步骤四、配置浓度为64000mg/L的CaCl2溶液作为体系离子溶液A，打开岩心夹持器入口阀门，对岩心样品负压饱和体系离子溶液A；
步骤五、以2mL/min流速继续驱替体系离子溶液A，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、将体系离子溶液A稀释4倍至16000mg/L作为体系离子溶液B，以2mL/min恒定流速向岩心样品注入，并在出口处以4.0mL为单位体积收集产出液；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的CaCl2浓度，利用公式
Figure FDA0003590218900000021
对CaCl2浓度分数进行归一化计算，共记录点位40个，相应公式中n为1-40；
步骤八、将归一化CaCl2浓度分数乘以4mL，计算单位体积产出液中，体系离子溶液A的实际体积；根据公式V＝∑(Fn*V0)-C，将所有单位体积产出液中体系离子溶液A的实际体积相加，减去岩心夹持器入口至出口处的管线体积，即可得出岩心样品的有效孔隙体积为71.28mL，有效孔隙度为20.51％。
3.根据权利要求1所述的一种定量计算岩心有效孔隙体积的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、从全直径致密砂岩岩心柱上钻取直径2.51cm，长6.46cm的岩心样品，进行洗油、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量入口至出口处的管线体积为0.82mL；
步骤三、在岩心夹持器出口处以-90KPa对岩心样品进行抽真空12小时；
步骤四、配置浓度为89000mg/L的CaCl2溶液,并作为体系离子溶液A，打开岩心夹持器入口阀门，对岩心样品负压饱和体系离子溶液A；
步骤五、以0.2mL/min流速继续驱替体系离子溶液A，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、将体系离子溶液A稀释至30000mg/L后，作为体系离子溶液B，以0.2mL/min恒定流速向岩心样品注入，并在出口处以0.3mL为单位体积收集产出液；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的CaCl2浓度，利用公式
Figure FDA0003590218900000031
对CaCl2浓度分数进行归一化计算，本次实验中，共记录点位60个，相应公式中n为1-60；
步骤八、将归一化CaCl2浓度分数乘以0.3mL，计算单位体积产出液中，体系离子溶液A的实际体积；根据公式V=∑(Fn*V0)-C，将所有单位体积产出液中体系离子溶液A的实际体积相加，减去岩心夹持器入口至出口处的管线体积，即可得出岩心样品的有效孔隙体积为4.4mL，有效孔隙度为13.76％。
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