CN112986091B - 基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法，包括如下步骤：制作形状规则的岩心并烘干，计算出岩心总体积；将岩心置于地层水溶液中，计算得到饱和岩心总体积，测量地层水溶液电阻，计算岩心的含水质量和孔隙体积，将饱和岩心装入岩心夹持器中，校正岩石压缩后的总体积，计算压缩后岩心的孔隙度，采用气驱水的方式降低裂缝含水饱和度，采用吞吐的方式多次降低基质孔隙饱和度，在每次降饱和度后，测量岩心的含水饱和度和电阻增大系数；绘制饱和度—电阻增大率图件，根据该图件曲线拟合参数，获取阿尔奇参数，计算真实地层状态下的含水饱和度；本申请方法大幅度提高了含裂缝非均质复杂储层饱和度的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及油气藏储层评价技术领域，具体涉及一种基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法。
背景技术
页岩的基质孔隙度和渗透率普遍较低，大量发育的层理缝是改善页岩油气储运特性的重要因素。裂缝是指岩石中因为失去内聚力而发生的各种破裂或断裂面，页岩中层理缝的存在显著影响地层中原始流体的分布和运移。阿尔奇(Archie)公式是应用电测井求解地层含油水饱和度的首选模型。基于Archie公式估算储层含水饱和度，是地层岩石含油气饱和度评价的重要手段之一。该方法通过降低岩石含水饱和度，建立饱和度和电阻率对应关系(RI-SW曲线)以求取阿尔奇参数，进而得到地层含油气饱和度。
裂缝与基质孔隙共同构成了岩石的孔隙系统。降低岩石孔隙系统中的含水饱和度是获取阿尔奇参数的必要手段。对于不含裂缝的岩石(即岩石基质孔隙系统)，离心(驱水)和气驱(水)是降低岩石含水饱和度的常用方法。但对于层理缝发育的页岩来说，样品本身有易损坏的特性，因此离心法首先是不适用的。气驱降低岩心饱和度的方法是指，从岩心夹持器装置上部注入气体，使气体从被包裹柱塞的上部向下部扩散，气体通过孔隙系统会驱出其中一部分水，达到降低含水饱和度获取阿尔奇参数的目的。
对于页岩来说，大量发育的层理缝在页岩岩心中形成贯穿性通道，这些渗透性远高于基质孔隙的裂缝在岩石中形成优势渗流通道。当流体流经岩石孔隙系统时，会避开基质孔隙而选择这些渗透性强的裂缝做为优先渗流通道。这就导致现有的气体驱替降饱和度方法(气驱法)只能驱出页岩裂缝中的水，而无法驱出基质孔隙中的水。也就是说，裂缝中的含水饱和度降低最大，周围孔隙中的含水饱和度几乎未发生改变。在裂缝发育的页岩中开展基于阿尔奇公式的岩石电阻率测试实验，只能得到反映裂缝流体饱和度变化的导电规律。基质孔隙中的饱和度下降不明显，使得该方法难以表征基质孔隙流体的导电规律，也就不能表征完整页岩孔隙系统中的电阻增大率和饱和度关系，实验结果不能为页岩地层含油饱和度评价提供准确的参数。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法，评价精度高。
本发明所采用的技术方案是：
基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法，包括如下步骤：
S1、制作形状规则的岩心并烘干，测量烘干岩心的干重md、长度L和直径d，根据长度L和直径d计算出岩心总体积Vd，其中Vd＝π*d^2*L/4；
S2、配置模拟地层水溶液，将岩心置于地层水溶液中加压饱和，使岩心孔隙中完全充满地层水，称量饱和岩心的质量ms；
S3、测量地层水溶液电阻率Rw；
S4、计算岩心的含水质量和孔隙体积，其中，岩心的含水的质量为mw0＝ms-md，孔隙体积为Vw0＝mw0/ms*Vd＝(ms-md)/ms*Vd；
S5、将饱和岩心装入岩心夹持器中，设定系统围压来模拟地层压力状态；
S6、待系统围压稳定后，根据岩心夹持器上千分尺的示数c，计算岩石压缩后的总体积，该体积即为地层压力状态下的岩石总体积，记为Vc，其中Vc＝π*(d-c)^2*(L-c)/4；
S7、计算岩心孔隙体积压缩系数cc和压缩后岩心孔隙度
其中cc＝(Vd–Vc)/Vd，
S8、压缩后岩心孔隙中所含水的质量等于地层压力状态下岩心总孔隙中所含水的质量m0，
S9、测量围压状态下岩心的电阻率，即地层压力下饱和岩石的电阻率R0；
S10、围压状态下，采用气驱水的方式降低裂缝含水饱和度，采用吞吐的方式多次降低基质孔隙饱和度，在每次降饱和度后，测量岩心的含水饱和度Sw和电阻增大率RI；
S11、根据岩心的含水饱和度Sw和电阻增大率RI绘制饱和度—电阻增大率图件，并根据该图件曲线拟合参数，获取阿尔奇参数a、b、m和n，其中，a为与岩性有关的岩性系数，b为与岩性有关的常数，m为胶结指数，n为饱和度指数；
S12、根据步骤S1～S11的实验结果计算真实地层状态下的含水饱和度Swt和含油饱和度So，
其中，
So＝1-Swt
其中，
Rt为岩石测井电阻率，单位为Ω·m；
Rwt为地层水电阻率，单位Ω·m；
进一步，所述步骤S1包括如下步骤：
S101、取页岩样品加工成直径d为2.54cm，长度L为3-5cm的柱塞岩心；
S102、烘干柱塞岩心，测量其干重md，单位为g，根据岩心的长度L和直径d计算出烘干岩心的总体积Vd，单位为cm3。
进一步，所述步骤S10具体包括：
S101、采用气驱水的方式降低裂缝含水饱和度；
S102、收集裂缝中排出的水分并称量其质量mi，利用电阻率仪采集岩心电阻率Ri，计算饱和度Sw和电阻增大率RI；其中，Sw＝(m0-mi)/(m0)*100％，RI＝Ri/R0；
S103、采用“吞吐”的方式多次降低基质孔隙饱和度，在每次降低基质孔隙饱和度后，采用步骤S102所述的方法，采集岩心电阻率Ri，计算饱和度Sw和电阻增大率RI。
进一步，所述步骤S101具体包括：
打开岩心夹持器上气体入口端和气体出口端的阀门，用氮气驱替岩心中的水，裂缝中的水会很快脱出岩心并排出。
进一步，所述步骤S103具体包括：
S1031、吞：打开岩心夹持器上气体入口端阀门并关闭岩心夹持器上气体出口端阀门，将确定量的二氧化碳注入岩心；
S1032、焖：关闭岩心夹持器上气体入口端阀门，将二氧化碳封闭在岩心内，使气体扩散进入孔隙中，维持约2-12小时；
S1033、吐：打开岩心下柱塞出气阀门，释放气体压力，二氧化碳分子携带水分脱出基质孔隙；
S1034、气驱：打开上柱塞进气阀门，通入氮气冲刷附着在裂缝表面和出气口管线中的水分；
重复上述步骤5～7次，每次完成后采用步骤S102所述的方法，采集岩心电阻率Ri，计算饱和度Sw和电阻增大率RI。
进一步，所述步骤S11具体包括：
根据地层因数
得到a和m，其中，a为附加导电性系数，m为胶结指数，Rw为地层水溶液电阻率，
为孔隙度；
根据多个状态下的电阻增大率RI拟合关系，RI＝Ri/R0＝b/(Sw n)，得到b和n,其中，b为与岩性有关的常数，n为饱和度指数，Ri为不同饱和度状态下的岩石电阻率，Sw为岩心含水饱和度。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
具体实施方式
下面将结合对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
本申请提供一种基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制作形状规则的岩心并烘干，测量烘干岩心的干重Md、长度L和直径d，根据长度L和直径d计算出岩心总体积Vd。
具体的，步骤S1包括：
S101、取页岩样品加工成直径d为2.54cm，长度L为3-5cm的柱塞岩心。
S102、烘干柱塞岩心，测量其干重md，单位为g，根据岩心的长度L和直径d计算出烘干岩心的总体积Vd，单位为cm3。
其中，烘干岩心的总体积采用如下公式计算：Vd＝π*d^2*L/4。
S2、配置模拟地层水溶液，在30MPa压力下饱和岩心24小时，使岩心孔隙中完全充满地层水，达到饱和状态，称量饱和岩心的质量ms，计算得到饱和岩心总体积为Vs。
S3、测量地层水溶液电阻率Rw。
S4、计算岩心的含水质量和孔隙体积，其中，岩心的含水的质量为mw0＝ms-md，孔隙体积为Vw0＝mw0/ms*Vd＝(ms-md)/ms*Vd。
S5、将饱和岩心装入岩心夹持器中，设定系统围压来模拟地层压力状态，为保护岩心确保其完整性，后续测试均在岩心夹持器内部完成，岩心不再拿出岩心夹持器外进行测试。
S6、待系统围压稳定后，根据岩心夹持器上千分尺的示数c，计算岩石压缩后的总体积，该体积即为地层压力状态下的岩石总体积，记为Vc，其中Vc＝π*(d-c)^2*(L-c)/4。
S7、计算岩心孔隙体积压缩系数cc和压缩后岩心孔隙度
其中cc＝(Vd–Vc)/Vd，
S8、压缩后岩心孔隙中所含水的质量等于地层压力状态下岩心总孔隙中所含水的质量m0，
S9、测量围压状态下岩心的电阻率，即地层压力下饱和岩石的电阻率值R0。
S10、围压状态下，采用气驱水的方式降低裂缝含水饱和度，采用吞吐的方式多次降低基质孔隙饱和度，在每次降饱和度后，测量岩心的含水饱和度Sw和电阻增大率RI。
具体的，步骤S10包括：
S101、采用气驱水的方式降低裂缝含水饱和度；打开岩心夹持器上气体入口端和气体出口端的阀门，用氮气驱替岩心中的水，裂缝中的水会很快脱出岩心并排出。通过气驱水的方式，可有效降低岩石含水饱和度。
S102、收集裂缝中排出的水分并称量其质量mi，利用电阻率仪采集岩心电阻率Ri，计算饱和度Sw和电阻增大率RI；其中，Sw＝(m0-mi)/(m0)*100％，RI＝Ri/R0。
S103、采用“吞吐”的方式多次降低基质孔隙饱和度，在每次降低基质孔隙饱和度后，采用步骤S102所述的方法，采集岩心电阻率Ri，计算饱和度Sw和电阻增大率RI。
在气驱水将饱和度过程完成后，采用“吞吐”的方式多次降低基质孔隙饱和度，该方式包括四个阶段：
S1031、吞：打开岩心夹持器上气体入口端阀门并关闭岩心夹持器上气体出口端阀门，将确定量的二氧化碳注入岩心，使该二氧化碳留滞于岩心内。
S1032、焖：关闭岩心夹持器上气体入口端阀门，将二氧化碳封闭在岩心内，使气体扩散进入孔隙中，维持约2-12小时，使二氧化碳能够在孔隙中充分扩散。
S1033、吐：打开岩心下柱塞出气阀门，释放气体压力，二氧化碳分子携带水分脱出基质孔隙。
S1034、气驱：打开上柱塞进气阀门，通入氮气冲刷附着在裂缝表面和出气口管线中的水分。
重复上述步骤5～7次，每次完成后采用步骤S102所述的方法，采集岩心电阻率Ri，计算饱和度Sw和电阻增大率RI。
通过上述步骤，可得到6～8组饱和度Sw和电阻增大率RI数据。
S11、根据上述多组岩心的含水饱和度Sw和电阻增大率RI绘制饱和度—电阻增大率图件，并根据该图件曲线拟合参数，获取阿尔奇参数a、b、m和n，其中，a为与岩性有关的岩性系数，b为与岩性有关的常数，m为胶结指数，n为饱和度指数。
具体的，根据地层因数
得到a和m，其中，a为附加导电性系数，m为胶结指数，Rw为地层水溶液电阻，
为孔隙度。
根据多个状态下的电阻增大率RI拟合关系，RI＝Ri/R0＝b/(Sw n)，得到b和n,其中，b为与岩性有关的常数，n为饱和度指数，Ri为不同饱和度状态下的岩石电阻率，Sw为岩心含水饱和度。
S12、根据步骤S1～S11的实验结果计算真实地层状态下的含水饱和度Swt，
其中，
其中，
Rt为岩石测井电阻率，单位为Ω·m；
Rwt为地层水电阻率，单位Ω·m；
本申请采用气体驱替和气体吞吐法相结合来降低页岩裂缝含水饱和度，气体包括氮气和二氧化碳两种；气体驱替降饱和度法是指将氮气从岩心筒的入口端注入被围压包裹的岩心，利用气体的排驱能力将裂缝中的水驱离出孔隙系统，被驱出的水将从岩心筒的出口端流出，达到降低岩石含水饱和度的目的，气体驱替的整个过程中气体入口端和出口端的阀门均呈打开状态。气体驱替降饱和度过程完成后，开展气体吞吐法降低基质孔隙的饱和度。气体吞吐降饱和度法由“吞-焖-吐”三个部分构成，所用的气体介质为二氧化碳。“吞”是将一定量增压后的气体由岩心筒的入口端注入被围压包裹的岩心，此时入口端的阀门是打开的而出口端的阀门则是关闭的；接下来，待气体达到一定压力后关闭入口端阀门，将气体封闭在岩心孔隙中一定时间，封闭的气体将会在页岩的孔隙系统中扩散，此时入口端和出口端的阀门均是关闭的，该阶段称为“焖”，该阶段中孔隙中封闭的气体压力会逐步下降；最后，待“焖”井压力下降到一定值后，进入“吐”阶段，“吐”是一个压力释放的过程，该过程中需要打开出口端阀门来释放气体，高压气体会携带孔隙中的部分流体脱出岩心；通过“吞-焖-吐”三个步骤实现降低岩石基质孔隙含水饱和度的目的，解决气驱法在页岩基质孔隙中无法实现脱水的问题。根据本申请方法实验结果绘制的RI-SW曲线，能够反映页岩中包括裂缝和基质孔隙在内的整个孔隙系统电性特征的阿尔奇参数，根据该实验里得到的阿尔奇参数，可计算出地层含水饱和度，进一步计算出地下含油饱和度的大小，能够为页岩地层含油饱和度评价提供更准确的参数，大幅度提高了含裂缝非均质复杂储层饱和度的测量精度，在油田现场应用中效果显著。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、系统、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、系统、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (5)
1.基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制作形状规则的岩心并烘干，测量烘干岩心的干重md、长度L和直径d，根据长度L和直径d计算出岩心总体积Vd，其中Vd＝π*d^2*L/4；
S2、配置模拟地层水溶液，将岩心置于地层水溶液中加压饱和，使岩心孔隙中完全充满地层水，称量饱和岩心的质量ms；
S3、测量地层水溶液电阻率Rw；
S4、计算岩心的含水质量和孔隙体积，其中，岩心的含水的质量为mw0＝ms-md，孔隙体积为Vw0＝mw0/ms*Vd＝(ms-md)/ms*Vd；
S5、将饱和岩心装入岩心夹持器中，设定系统围压来模拟地层压力状态；
S6、待系统围压稳定后，根据岩心夹持器上千分尺的示数c，计算岩石压缩后的总体积，该体积即为地层压力状态下的岩石总体积，记为Vc，其中Vc＝π*(d-c)^2*(L-c)/4；
S7、计算岩心孔隙体积压缩系数cc和压缩后岩心孔隙度
其中cc＝(Vd–Vc)/Vd，
S8、压缩后岩心孔隙中所含水的质量等于地层压力状态下岩心总孔隙中所含水的质量m0，
S9、测量围压状态下岩心的电阻率，即地层压力下饱和岩石的电阻率R0；
S10、围压状态下，采用气驱水的方式降低裂缝含水饱和度，采用吞吐的方式多次降低基质孔隙饱和度，在每次降饱和度后，测量岩心的含水饱和度Sw和电阻增大率RI；
S11、根据岩心的含水饱和度Sw和电阻增大率RI绘制饱和度—电阻增大率图件，并根据该图件曲线拟合参数，获取阿尔奇参数a、b、m和n，其中，a为与岩性有关的岩性系数，b为与岩性有关的常数，m为胶结指数，n为饱和度指数；
S12、根据步骤S1～S11的实验结果计算真实地层状态下的含水饱和度Swt和含油饱和度So，
其中，
So＝1-Swt
其中，
Rt为岩石测井电阻率，单位为Ω·m；
Rwt为地层水电阻率，单位Ω·m；
所述步骤S11具体包括：
根据地层因数
得到a和m，其中，a为附加导电性系数，m为胶结指数，Rw为地层水溶液电阻率，
为孔隙度；
根据多个状态下的电阻增大率RI拟合关系，RI＝Ri/R0＝b/(Sw n)，得到b和n,其中，b为与岩性有关的常数，n为饱和度指数，Ri为不同饱和度状态下的岩石电阻率，Sw为岩心含水饱和度。
2.根据权利要求1所述的基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：
S101、取页岩样品加工成直径d为2.54cm，长度L为3-5cm的柱塞岩心；
S102、烘干柱塞岩心，测量其干重md，单位为g，根据岩心的长度L和直径d计算出烘干岩心的总体积Vd，单位为cm3。
3.根据权利要求1所述的基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法，其特征在于，所述步骤S10具体包括：
S101、采用气驱水的方式降低裂缝含水饱和度；
S102、收集裂缝中排出的水分并称量其质量mi，利用电阻率仪采集岩心电阻率Ri，计算饱和度Sw和电阻增大率RI；其中，Sw＝(m0-mi)/(m0)*100％，RI＝Ri/R0；
S103、采用“吞吐”的方式多次降低基质孔隙饱和度，在每次降低基质孔隙饱和度后，采用步骤S102所述的方法，采集岩心电阻率Ri，计算饱和度Sw和电阻增大率RI。
4.根据权利要求3所述的基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法，其特征在于，所述步骤S101具体包括：
打开岩心夹持器上气体入口端和气体出口端的阀门，用氮气或二氧化碳驱替岩心中的水，裂缝中的水会很快脱出岩心并排出。
5.根据权利要求3所述的基于电阻率测试的层理缝发育页岩的含油饱和度评价方法，其特征在于，所述步骤S103具体包括：
S1031、吞：打开岩心夹持器上气体入口端阀门并关闭岩心夹持器上气体出口端阀门，将确定量的二氧化碳注入岩心；
S1032、焖：关闭岩心夹持器上气体入口端阀门，将二氧化碳封闭在岩心内，使气体扩散进入孔隙中，维持约2-12小时；
S1033、吐：打开岩心下柱塞出气阀门，释放气体压力，二氧化碳分子携带水分脱出基质孔隙；
S1034、气驱：打开上柱塞进气阀门，通入氮气冲刷附着在裂缝表面和出气口管线中的水分；
重复上述步骤5～7次，每次完成后采用步骤S102所述的方法，采集岩心电阻率Ri，计算饱和度Sw和电阻增大率RI。
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