CN112924360A - 一种定量评价岩心均质程度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种定量评价岩心均质程度的方法，基于室内对岩心的模拟流动实验，在负压充分饱和氯化钠离子溶液的基础上，通过高浓度氯化钠离子溶液驱替置换低浓度氯化钠离子溶液，实时追踪出口溶液中的氯化钠离子浓度，并以此为依据计算各样品中氯化钠离子浓度分数并绘制曲线，通过分析氯化钠离子浓度分数曲线的变化，计算曲线各个阶段的特性参数，特性参数包括整体结构均质程度参数Q，和径向分层程度参数K，通过特性参数分别定量评价岩心整体结构均质程度和岩心径向分层程度，从而定量评价岩心均质程度；本发明应用氯化钠离子浓度分数的计算方法，提高了评价岩心样品均质程度的精确性与通用性，可向石油工程领域的室内岩心物理模拟实验提供准确的评价结果。
Description
技术领域
本发明涉及油气开发实验技术领域，特别涉及一种定量评价岩心均质程度的方法。
背景技术
油气藏储层非均质性研究是油气田勘探与开发地质研究中的重要基础工作,在中国许多油田已进入中—高含水期的形势下,该项研究显得尤为重要,近年来也一直是非常规油气地质领域的热点研究。油气藏储层非均质性直接影响到低渗透、致密油气储层中油、气、水的分布及开发效果，目前，该领域的研究主要基于渗透率的变异系数、突进系数和级差等参数来反映，评价指标单一，评价精度有待提高。现有研究表明，储层岩心均质程度是反映油气藏储层非均质性的一个重要指标，因此，探索一套准确、高效、便捷的室内岩心均质程度评价方法，将对准确掌握油气藏储层非均质性，实现油气藏综合储集能力精准评价具有重要意义。
现有技术中，专利CN111965727A公布了一种混积岩非均质性划分与描述方法；CN111337411A公布了一种全直径页岩径向渗透能力的测试方法及测试装置；CN110320278A公布了一种全直径岩心非均质性测定装置及方法；CN109697752A公布了一种基于岩心CT图像孔隙信息提取定量表征岩心非均质性方法；CN108241785A公布了一种非均质性储层饱和度场精细表征方法；CN107219159A公布了一种确定储层非均质性的方法和装置；CN107144566A公布了一种利用化学-沉积相表征细粒沉积岩非均质性的方法；CN106501206A公布了一种基于显微红外光谱技术的储层岩石非均质性表征方法；CN104375204A公布了一种分析储层非均质性的方法和装置；CN103353462A公布了一种基于核磁共振成像的岩石非均质性定量评价方法。2018年第30卷第3期，臧士宾等人通过对储集层岩石毛管压力数据的分析，计算得出“主要流动空间百分数”，定量表征此类砂砾岩储集层孔隙空间中大孔道和小孔道所占比例，进而定量评价此类储集层的微观孔隙结构的非均质性；2017年第45卷第6期，煤田地质与勘探，张洪盼等人基于核磁共振图谱，运用洛伦兹曲线法提取电成像孔隙度变异系数，从而表征研究地区的储层非均质性；2017年第24卷第5期，油气地质与采收率，涂乙等人在分析了实际外在影响的情况下，利用熵权法对储层非均质性进行定量评价，并建立不同约束条件下的储层非均质性综合评价模型；2016年第16卷第28期，科学技术与工程，卜亚辉等人根据耦合流动的基本原理，提出了一种应用流动电位的储层纵向非均质性评价方法，该方法可以定性评价层间及层内由渗透率变化及隔夹层分布而产生的流动能力差异；2016年第40卷第4期，测井技术，韩玉娇等人基于核磁共振成像技术，采用多种解码手段得到孔隙分布特征的成像伪彩图，最终实现了岩心单切面、多切面均质程度的定量评价；2014年第33卷第3期，世界地质，刘丹等人利用FMI成像测井，通过比较目标储层的孔隙度频数分布曲线，从宏观上判断储层井周的二维非均质性；2004年第11卷第1期，油气地质与采收率，张兴平等人应用多种储层参数，求取其综合评价值，采用数理统计方法，定量地评价了储层层间的非均质性。
综上所述，目前，关于储层非均质性的相关研究，主要集中于储层整体非均质性的评价方法、实验仪器、测试手段方面的研究，关于室内岩心均质程度的实验方法和评价手段还有待进一步研究。同时，现阶段有关岩心均质程度评价的室内实验过程复杂，计算工作量大，实验效率低，精度较差；实验装置设备价格高昂，不利于油田基层生产单位开展储层非均质性的评价研究。
发明内容
为了克服现有岩心均质程度评价方法的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种定量评价岩心均质程度的方法，基于室内对岩心的模拟流动实验，在负压充分饱和氯化钠离子溶液的基础上，通过高浓度氯化钠离子溶液驱替置换低浓度氯化钠离子溶液，实时追踪出口溶液中的氯化钠离子浓度，并以此为依据计算各样品中氯化钠离子浓度分数并绘制曲线，通过分析氯化钠离子浓度分数曲线的变化，计算曲线各个阶段的特性参数，特性参数包括整体结构均质程度参数Q，和径向分层程度参数K，通过特性参数分别定量评价岩心整体结构均质程度和岩心径向分层程度，从而定量评价岩心均质程度。
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。
一种定量评价岩心均质程度的方法，包括下述步骤：
步骤一、选取岩心样品，进行清洗、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量岩心末端至出口处的管线体积，并记为S；
步骤三、在岩心夹持器出口处对岩心样品进行抽真空；
步骤四、配制低浓度氯化钠溶液，打开岩心夹持器入口阀门，依靠负压饱和低浓度氯化钠溶液；
步骤五、以恒定流速继续驱替低浓度氯化钠溶液，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、配制高浓度氯化钠溶液，以恒定流速向岩心注入，并在出口处以一定单位体积U收集产出液，并依次为样品标记序号；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的氯化钠离子浓度，并对氯化钠离子浓度分数进行归一化计算，具体计算公式如下：
式1中：Fi为序号为i的单位体积溶液样品对应的氯化钠离子浓度分数；Ci为序号为i的单位体积溶液样品的离子浓度,单位为mg/L；
步骤八、根据步骤七中的测量结果，以样品序号为X轴，氯化钠离子浓度分数为Y轴，作得氯化钠离子浓度曲线。
步骤九、将氯化钠离子浓度曲线开始快速上升的第一个点对应的样品序号记为A，将氯化钠离子浓度曲线结束快速上升后的第一个点对应的样品序号记为B；计算S除以U并向上取整，记为M；
步骤十、根据公式2计算M号样品至A号样品的氯化钠离子浓度分数的平均数，记为
根据公式3计算整体结构均质程度参数，记为Q；根据公式4计算径向分层程度参数，记为K；
式2中：
为M号样品至A号样品的氯化钠离子浓度分数的平均数；Fi为第i号样品的氯化钠离子浓度分数；A为氯化钠离子浓度曲线开始快速上升的第一个点对应的样品序号；M为岩心末端至出口处的管线体积除以产出液的单位体积并向上取整后的整数；
式3中：Q为整体结构均质程度参数；
式4中：K为径向分层程度参数；B为氯化钠离子浓度曲线结束快速上升后的第一个点对应的样品序号；
步骤十一、用步骤十中Q与K的计算结果，对照数据评价表1与表2对岩心整体结构均质程度与径向分层程度分别进行评价，综合岩心整体结构均质程度与径向分层程度可得出岩心均质程度定量评价结果：
表1整体结构均质程度参数计算结果对照表
| Q值范围 | 0≤Q＜0.01 | 0.01≤Q＜0.02 | 0.02≤Q |
| 对照结果 | I类 | II类 | III类 |
I类：岩心整体结构均质程度高。若将岩心划分为若干细小区块，相邻区块间无较大渗透率差，整体结构均质程度对后续岩心驱替实验的影响较小，可忽略不计；
II类：岩心整体结构均质程度一般。若将岩心划分为若干细小区块，相邻区块间有较小渗透率差，整体结构均质程度对后续岩心驱替实验可能会产生影响，需要根据后续实验性质进行评价；
III类：岩心整体结构均质程度低。若将岩心划分为若干细小区块，相邻区块间有较大渗透率差，整体结构均质程度对后续岩心驱替实验可能会产生较大影响，需要根据后续实验性质进行重点评价。
表2径向分层程度参数计算结果对照表
| K值范围 | 0＜K＜0.3 | 0.3≤K＜0.6 | 0.6≤K |
| 对照结果 | I类 | II类 | III类 |
I类：岩心径向分层程度不明显。岩心径向渗透率变化较小，对后续岩心驱替实验的影响较小，可忽略不计；
II类：岩心具有一定程度的径向分层现象。岩心径向渗透率有一定变化，对后续岩心驱替实验可能会产生影响，需要根据后续实验性质进行评价；
III类：岩心径向分层程度明显。岩心径向渗透率变化较大，对后续岩心驱替实验可能会产生较大影响，需要根据后续实验性质进行重点评价。
所述的步骤三、在岩心夹持器出口处以-90KPa对岩心样品进行抽真空12小时。
所述的步骤四低浓度氯化钠溶液为20000mg/L NaCl溶液。
所述的步骤四高浓度氯化钠溶液为60000mg/L NaCl溶液。
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影响，适用范围广。
(2)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，且可以与后续岩心驱替实验有效衔接。
(3)结合了先进的实验手段和计算方法，运用特性参数对岩心整体结构均质程度和径向分层程度分别定量评价，从而对岩心样品均质程度进行精确定量评价。
(4)应用氯化钠离子浓度分数的计算方法，提高了评价岩心样品均质程度的精确性与通用性，可向石油工程领域的室内岩心物理模拟实验提供准确的评价结果。
附图说明
图1为实施例一氯化钠离子浓度分数曲线。
图2为实施例二氯化钠离子浓度分数曲线。
图3为实施例三氯化钠离子浓度分数曲线。
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两块并结合附图对本发明做详细叙述。
实施例一
步骤一、选取直径2.47cm，长9.93cm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，测量岩心末端至出口处的管线体积为0.39mL，并记为S；
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20000mg/L NaCl溶液作为低浓度氯化钠溶液，打开岩心夹持器入口阀门，依靠负压饱和低浓度氯化钠溶液；
步骤五、以恒定流速继续驱替低浓度氯化钠溶液，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、配制60000mg/L NaCl溶液作为高浓度氯化钠溶液，以恒定流速向岩心注入，并在出口处以0.40mL为单位体积U收集产出液，并从1开始，依次为样品标记序号；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的氯化钠离子浓度，并根据公式1对氯化钠离子浓度分数进行归一化计算；
步骤八、根据步骤七中的测量结果，以样品序号为X轴，氯化钠离子浓度分数为Y轴，作得氯化钠离子浓度曲线，如图1所示；曲线先在X轴保持水平，然后开始上升，最终升至1；
步骤九、将氯化钠离子浓度曲线开始快速上升的第一个点对应的样品序号记为A，此时A为23；将氯化钠离子浓度曲线结束快速上升后的第一个点对应的样品序号记为B，此时B为28；计算S除以U并向上取整，记为M，此时M为2；
步骤十、根据公式2计算M号样品至A号样品的氯化钠离子浓度分数的平均数，记为
根据公式3计算该岩心整体结构均质程度参数Q；根据公式4计算该岩心径向分层程度参数K；
步骤十一、根据步骤十中Q与K的计算结果，分别对照数据评价表1与表2后得出评价。
结果表明，该岩心整体结构均质程度属于“I类”，该岩心整体结构均质程度极佳，若将岩心划分为若干细小区块，相邻区块间无较大渗透率差。该岩心径向分层程度属于“I类”，岩心径向分层程度不明显，岩心径向渗透率变化较小。综合整体结构均质程度和径向分层程度表明，该岩心均质程度高，非均质性弱，该岩心均质程度对后续岩心驱替实验的影响较小，可忽略不计。
实施例二
步骤一、选取直径2.36cm，长5.61cm的天然砂岩岩心，进行清洗、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量岩心末端至出口处的管线体积为0.39mL，并记为S；
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20000mg/L NaCl溶液作为低浓度氯化钠溶液，打开岩心夹持器入口阀门，依靠负压饱和低浓度氯化钠溶液；
步骤五、以恒定流速继续驱替低浓度氯化钠溶液，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、配制60000mg/L NaCl溶液作为高浓度氯化钠溶液，以恒定流速向岩心注入，并在出口处以0.23mL为单位体积U收集产出液，并从1开始，依次为样品标记序号；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的氯化钠离子浓度，并根据公式1对氯化钠离子浓度分数进行归一化计算；
步骤八、根据步骤七中的测量结果，以样品序号为X轴，氯化钠离子浓度分数为Y轴，作得氯化钠离子浓度曲线，如图2示；
步骤九、将氯化钠离子浓度曲线开始快速上升的第一个点对应的样品序号记为A，此时A为11；将氯化钠离子浓度曲线结束上升后的第一个点对应的样品序号记为B，此时B为51；计算S除以U并向上取整，记为M，此时M为2；
步骤十、根据公式2计算M号样品至A号样品的氯化钠离子浓度分数的平均数，记为
根据公式3计算该岩心整体结构均质程度参数Q；根据公式4计算该岩心径向分层程度参数K；
步骤十一、根据步骤十中Q与K的计算结果，分别对照数据评价表1与表2后得出评价。
结果表明，该岩心整体结构均质程度属于“II类”，该岩心整体结构均质程度一般，若将岩心划分为若干细小区块，相邻区块间有较小渗透率差。该岩心径向分层程度属于“III类”，该岩心径向分层程度明显，岩心径向渗透率变化较大。综合整体结构均质程度和径向分层程度表明，该岩心均质程度低，非均质性强，且该岩心径向分层程度可能对后续岩心驱替实验产生较大影响，需要根据后续实验性质进行重点评价。
实施例三
步骤一、选取直径2.51cm，长6.46cm的天然砂岩岩心，进行清洗、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量岩心末端至出口处的管线体积为0.39mL，并记为S；
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20000mg/L NaCl溶液作为低浓度氯化钠溶液，打开岩心夹持器入口阀门，依靠负压饱和低浓度氯化钠溶液；
步骤五、以恒定流速继续驱替低浓度氯化钠溶液，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、配制60000mg/L NaCl溶液作为高浓度氯化钠溶液，以恒定流速向岩心注入，并在出口处以0.20mL为单位体积U收集产出液，并从1开始，依次为样品标记序号；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的氯化钠离子浓度，并根据公式1对氯化钠离子浓度分数进行归一化计算；
步骤八、根据步骤七中的测量结果，以样品序号为X轴，氯化钠离子浓度分数为Y轴，作得氯化钠离子浓度曲线，如图3所示；
步骤九、将氯化钠离子浓度曲线开始快速上升的第一个点对应的样品序号记为A，此时A为23；将氯化钠离子浓度曲线结束上升后的第一个点对应的样品序号记为B，此时B为37；计算S除以U并向上取整，记为M，此时M为2；
步骤十、根据公式2计算M号样品至A号样品的氯化钠离子浓度分数的平均数，记为
根据公式3计算该岩心整体结构均质程度参数Q；根据公式4计算该岩心径向分层程度参数K；
步骤十一、根据步骤十中Q与K的计算结果，分别对照数据评价表1与表2后得出评价。
结果表明，该岩心整体结构均质程度属于“III类”，该岩心整体结构均质程度低。若将岩心划分为若干细小区块，相邻区块间有较大渗透率差。该岩心径向分层程度属于“II类”，该岩心具有一定程度的径向分层现象，岩心径向渗透率有一定变化。综合整体结构均质程度和径向分层程度表明，该岩心均质程度低，非均质性强，且该岩心整体结构均质程度可能对后续岩心驱替实验产生较大影响，需要根据后续实验性质进行重点评价。
本发明实验方法的原理说明：
在步骤三中，依靠实验装置真空饱和的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。
曲线中M至A段主要产出液是岩心中已经饱和的20000mg/L NaCl溶液，M至A段曲线的波动幅度表示了岩心整体结构均质程度的情况，波动幅度越大，则整体结构均质程度越差，波动幅度越小，则整体结构均质程度越好。通过步骤十中整体结构均质程度参数Q的计算，可以定量评价岩心整体结构均质程度，相应地，Q值越大，则整体结构均质程度越差，Q值越小，则整体结构均质程度越好，Q值为0，则岩心整体结构均质程度极佳。
从A点开始，曲线开始明显上升，产出液主要为60000mg/L NaCl溶液与20000mg/LNaCl溶液的混合溶液。若岩心径向分层程度越明显，则曲线上升所需驱替时间越长，相应地，A至B段则越长。根据步骤十中岩心径向分层程度参数K的计算，K值越小，则岩心径向分层程度越不明显，岩心径向渗透率变化的幅度越小，反之K值越大，则岩心径向分层程度越明显，岩心径向渗透率变化的幅度越大。
根据特性参数Q与K的计算结果，对照表1与表2即可对岩心整体结构均质程度和岩心径向分层程度分别定量评价，从而实现对岩心均质程度定量评价。
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的保护范围。
Claims (5)
1.一种定量评价岩心均质程度的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一、选取岩心样品，进行清洗、烘干操作；
步骤二、将岩心样品置于岩心夹持器中，测量岩心末端至出口处的管线体积，并记为S；
步骤三、在岩心夹持器出口处对岩心样品进行抽真空；
步骤四、配制低浓度氯化钠溶液，打开岩心夹持器入口阀门，依靠负压饱和低浓度氯化钠溶液；
步骤五、以恒定流速继续驱替低浓度氯化钠溶液，使其在岩心样品中充分饱和；
步骤六、配制高浓度氯化钠溶液，以恒定流速向岩心注入，并在出口处以一定单位体积U收集产出液，并依次为样品标记序号；
步骤七、测量并记录单位体积产出液的氯化钠离子浓度，并对氯化钠离子浓度分数进行归一化计算，具体计算公式如下：
式1中：Fi为序号为i的单位体积溶液样品对应的氯化钠离子浓度分数；Ci为序号为i的单位体积溶液样品的离子浓度,单位为mg/L；
步骤八、根据步骤七中的测量结果，以样品序号为X轴，氯化钠离子浓度分数为Y轴，作得氯化钠离子浓度曲线；
步骤九、将氯化钠离子浓度曲线开始快速上升的第一个点对应的样品序号记为A，将氯化钠离子浓度曲线结束快速上升后的第一个点对应的样品序号记为B；计算S除以U并向上取整，记为M；
步骤十、根据公式2计算M号样品至A号样品的氯化钠离子浓度分数的平均数，记为
根据公式3计算整体结构均质程度参数，记为Q；根据公式4计算径向分层程度参数，记为K；
式2中：
为M号样品至A号样品的氯化钠离子浓度分数的平均数；Fi为第i号样品的氯化钠离子浓度分数；A为氯化钠离子浓度曲线开始快速上升的第一个点对应的样品序号；M为岩心末端至出口处的管线体积除以产出液的单位体积并向上取整后的整数；
式3中：Q为整体结构均质程度参数；
式4中：K为径向分层程度参数；B为氯化钠离子浓度曲线结束快速上升后的第一个点对应的样品序号；
步骤十一、用步骤十中Q与K的计算结果，对照数据评价表1与表2对岩心整体结构均质程度与径向分层程度分别进行评价，综合岩心整体结构均质程度与径向分层程度可得出岩心均质程度定量评价结果。
2.根据权利要求1所述的一种定量评价岩心均质程度的方法，其特征在于，所述的步骤十一的岩心整体结构均质程度与径向分层程度，具体参数为：
表1 整体结构均质程度参数计算结果对照表
I类：岩心整体结构均质程度高；若将岩心划分为若干细小区块，相邻区块间无较大渗透率差，整体结构均质程度对后续岩心驱替实验的影响较小，可忽略不计；
II类：岩心整体结构均质程度一般；若将岩心划分为若干细小区块，相邻区块间有较小渗透率差，整体结构均质程度对后续岩心驱替实验可能会产生影响，需要根据后续实验性质进行评价；
III类：岩心整体结构均质程度低；若将岩心划分为若干细小区块，相邻区块间有较大渗透率差，整体结构均质程度对后续岩心驱替实验可能会产生较大影响，需要根据后续实验性质进行重点评价；
表2 径向分层程度参数计算结果对照表
I类：岩心径向分层程度不明显；岩心径向渗透率变化较小，对后续岩心驱替实验的影响较小，可忽略不计；
II类：岩心具有一定程度的径向分层现象；岩心径向渗透率有一定变化，对后续岩心驱替实验可能会产生影响，需要根据后续实验性质进行评价；
III类：岩心径向分层程度明显；岩心径向渗透率变化较大，对后续岩心驱替实验可能会产生较大影响，需要根据后续实验性质进行重点评价。
3.根据权利要求1所述的一种定量评价岩心均质程度的方法，其特征在于，所述的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。
4.根据权利要求1所述的一种定量评价岩心均质程度的方法，其特征在于，所述的步骤四低浓度氯化钠溶液为20000mg/L NaCl溶液。
5.根据权利要求1所述的一种定量评价岩心均质程度的方法，其特征在于，所述的步骤四高浓度氯化钠溶液为60000mg/L NaCl溶液。
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