CN113075108B - 一种考虑束缚水饱和度的岩心多次应力敏感测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑束缚水饱和度的岩心多次应力敏感测试方法，包括：将岩心清洗、烘干，在常温下抽真空，再放入地层水中饱和；确定上覆岩层压力；对岩心进行建压；保持围压不变，将内压进行逐级降压，计算降压过程中每个压力点岩心的气相渗透率；保持围压不变，继续使用驱替泵将氮气注入岩心，使内压逐级升高压力，完成关井恢复过程，将每次得到的气体进行粘度校正后，计算出每次升高和降低压力的岩心气测渗透率，最后将升高和降低压力过程中压力大小相同的点所对应的渗透率进行比较，判断岩石对应力的敏感程度。本发明在高温高压条件下测定渗透率随有效应力变化的同时，探究束缚水饱和度对于气藏岩石渗透率的影响，为气藏开发提供理论依据。

Description

一种考虑束缚水饱和度的岩心多次应力敏感测试方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发领域油气藏开发过程中一种在定上覆岩层压力条件下考虑束缚水饱和度影响进行岩心多次应力敏感测试的方法。

背景技术

低渗透储层具有低孔、低渗等特点，应力敏感性对这类储层开发有很重要的意义。岩石应力敏感测试有变围压恒内压、恒围压变内压两种测试方法，两种方法的测试结果差异随升降压次数的增加具有加大的趋势，岩心渗透率越低，两种测试方法的测试结果差异越大。但这两种方法在测试过程中都没有考虑束缚水饱和度对应力敏感测试的影响，且目前这两种方法在测渗透率时采用先对气体加湿后再测试岩心渗透率，并没有考虑束缚水饱和度对测试结果的影响，从而得到的数据和实际储层岩石的应力敏感结果存在一定的误差，因此就有必要开展和束缚水饱和度相关的应力敏感性实验，为了更加符合实际生产情况，本次采用恒围压变内压的测试方法，为油气藏的高效开发提供技术支撑和理论依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑束缚水饱和度的岩心多次应力敏感测试方法，该方法原理可靠，操作简便，更加契合气田实际开采情况，在高温高压条件下测定渗透率随有效应力变化的同时，探究束缚水饱和度在开采过程中对于气藏岩石渗透率的影响，为气藏的开发提供理论依据。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

首先模拟气藏形成过程，先测量干燥岩心的孔渗，接着将岩心在常压下进行抽真空后饱和地层水，然后在岩心夹持器内建立两个相互独立的压力系统即围压和内压，其中围压模拟地层岩样所承受的上覆岩层所产生的压力，内压则模拟孔隙内流体的压力，建压过程中通过回压阀控制内压大小。在建压完成后进行应力敏感测试，先模拟开井阶段的降压开采过程，通过保持围压不变，在地层原始压力下逐级降低内压，在每个压力点测定气相渗透率，测定到设计的最低内压点时作为降压开采过程的终止点。降压开采过程测定结束后，模拟关井阶段的压力恢复过程，通过保持围压不变，逐级升高内压，在每个压力点测定气相渗透率，测定到内压恢复至地层原始压力时作为升压力恢复过程的终止点。实验过程参考标准SY/T5358—2002储层敏感性流动实验评价方法和SY/T6385—1999覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法。

一种考虑束缚水饱和度的岩心多次应力敏感测试方法，依靠气测渗透率装置完成，该装置包括恒温箱、岩心夹持器、氮气中间容器、驱替泵、围压泵、回压泵、气水分离器，岩心夹持器、氮气中间容器位于恒温箱中，岩心夹持器入口端通过氮气中间容器连接驱替泵，出口端通过回压阀分别连接回压泵和气水分离器，岩心夹持器还连接围压泵，两端设置压差计，该方法依次包括以下步骤：

(1)将岩心样品清洗、烘干，测量岩心长度L(cm)、直径d(cm)、孔隙度

然后将岩心在常温下抽真空，再放入地层水中饱和24h，记录饱和的水量S_w1；

(2)确定上覆岩层压力Pw：

Pw＝ρ*g*h

式中，h—岩心取心深度，m；ρ—上覆岩层密度，kg/m³；g—重力加速度，9.81m/s²；Pw—上覆岩层压力，Pa；

(3)将岩心放入岩心夹持器中，恒温箱升温至地层温度，对岩心进行建压，将驱替泵调至恒速模式，将氮气按照0.125ml/min注入岩心至内压达到地层压力P，建压过程中保持围压大于出口压力5MPa，回压大于出口压力2MPa，当围压等于Pw、回压等于P时，保持围压和回压不变，继续注入氮气将地层水驱出，记录驱出的水量S_w2，建立束缚水饱和度

当束缚水饱S_w和储层要求的束缚水饱和度S_wf一致则建压完成，停止注气；

(4)保持围压不变并按照压力为5Mpa将内压从P进行逐级降压至设计的最低压力P_o，完成降压开采过程，每次降压都在出口端利用气水分离器记录采出的水量W_i(i＝1,2,3…)、气量G_i(i＝1,2,3…)，通过压差计记录岩心两端的压差ΔP_i(i＝1,2,3…)，根据达西定律计算降压过程中每个压力点岩心的气相渗透率K_i(i＝1,2,3…)：

式中Q—采出流体总流量，即出口端采出的水量W_i、气量G_i之和，cm³/s；μ_m—流体在实际压力下的粘度，即出口端采出的水蒸汽、氮气混合气体在实际压力下的粘度，Pa·s；L—岩心长度，cm；A—岩心截面积，cm³；ΔP_i—降压过程中岩心两端压差，MPa；

(5)当内压降低到P_o后，保持围压不变，继续使用驱替泵按照0.125ml/min将氮气注入岩心，使内压从P_o按照压力为5Mpa进行逐级升高压力至P，完成关井恢复过程，每次升压都在出口端利用气水分离器记录采出的水量W_j(j＝1,2,3…)、气量G_j(j＝1,2,3…)，通过压差计记录岩心两端的压差ΔP_j(j＝1,2,3…)，根据达西定律计算升压过程中每个压力点岩心的气相渗透率K_j(j＝1,2,3…)：

式中Q—采出流体总流量，即出口端采出的水量W_j、气量G_j之和，cm³/s；μ_m—流体在实际压力下的粘度，即出口端采出的水蒸汽、氮气混合气体在实际压力下的粘度，Pa·s；L—岩心长度，cm；A—岩心截面积，cm³；ΔP_j—升压过程中岩心两端压差，MPa；

随着地层压力和温度的变化，混合气体的粘度与常温下有所不同，因此需要对混合气体的粘度进行校正。含水氮气的粘度校正采用剩余粘度法进行计算(彭越,李树浩,明华,崔伟香,王丽伟,莫雅绵,马帅,马卫武,李立清.高温高压湿空气物性研究[J].建筑热能通风空调,2017,36(07):22-26+39)：

式中，μ_m:混合气体在实际压力下的粘度，Pa·s；

μ^o:混合气体在常压下的粘度，Pa·s(见常见气体粘度对照表)；

ρ_rm:混合气体对比密度；

ξ_m:组合数；

M_m:混合气体实际相对分子质量，g/mol；

μ_N:氮气常压下粘度，Pa·s；

μ_W:水蒸气常压下粘度，Pa·s；

Μ_N:氮气常压下的相对分子质量，g/mol；

Μ_W:水蒸气常压下的相对分子质量，g/mol；

ρ_m:混合气体实际压力下密度，Kmol/m³；

ρ_cm:混合气体临界条件下密度，Kmol/m³；

T_cm:混合气体虚拟临界温度，℃；

P_cm:混合气体虚拟临界压力，MPa；

Φ_NW:两组分间的结合因子；

(6)将降压过程、升压过程中压力大小相同的点所对应测试得到的渗透率进行比较，如果在相同压力点下升压过程测试得到的渗透率K_j小于降压过程测试得到的渗透率K_i，则表明岩石渗透率随着应力大小的改变有一定程度的恢复但不能恢复到其原始值，即渗透率发生部分不可逆变化，两者差值越大，表明岩石受到应力敏感的程度越大。因而在实际开采过程中需要注意控制压力，不可将P_o设计过低。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

在储层的温度和压力下建立了束缚水饱和度，在恒定上覆岩层压力下，通过内压的改变而达到改变应力的目的，并测试每次应力改变下的相关参数用作气相渗透率计算，测试过程中对含有水蒸气和氮气的混合气体进行了粘度校正，该方法更符合储层实际情况，可以用作模拟气井开关井情况，实现岩心多次应力敏感性评价。

具体实施方式

下面进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

一种考虑束缚水饱和度的岩心多次应力敏感测试方法，依靠气测渗透率装置完成，该装置由恒温箱、岩心夹持器、驱替泵、围压泵、回压泵、气水分离器、氮气中间容器组成，所述岩心夹持器入口端连接氮气中间容器和驱替泵，出口端通过回压阀连接回压泵和气水分离器，在岩心两端连有压差计用于测量两端压差。

该方法依次包括以下内容：测量岩心的长度和直径，将岩样清洗、烘干、抽真空后放入地层水中饱和24h，将岩心放入岩心夹持器中，依次连接好实验装置后，打开装有氮气的中间容器，并打开驱替泵、围压泵、回压泵，将驱替泵调至恒速模式进行建压和储层束缚水饱和度的建立。停止注气，保持围压不变并按照压力大小为5Mpa通过调节回压将内压从P进行逐级降压至设计的最低压力P_o完成降压开采过程，每次降压过程都在出口端利用气水分离器记录采出的的水量W_i(i＝1,2,3…)、气量G_i(i＝1,2,3…)，通过压差计记录岩心两端的压差ΔP_i(i＝1,2,3…)。当内压降低到P_o后，保持围压不变，使用驱替泵按照0.125ml/min将氮气注入岩心，通过调节回压使得内压从P_o按照压力大小为5Mpa进行逐级升高压力至P，以完成关井恢复过程，每次升压过程都在出口端利用气水分离器记录采出的的水量W_j(j＝1,2,3…)、气量G_j(j＝1,2,3…)，通过压差计记录岩心两端的压差ΔP_j(j＝1,2,3…)，将每次得到的气体进行粘度校正后，根据达西公式计算出每次升高和降低压力的岩心气测渗透率，最后将升高和降低压力过程中压力大小相同的点所对应的渗透率值进行比较，根据渗透率的大小判断岩石对应力敏感的程度。

Claims (2)

1.一种考虑束缚水饱和度的岩心多次应力敏感测试方法，依靠气测渗透率装置完成，该装置包括恒温箱、岩心夹持器、氮气中间容器、驱替泵、围压泵、回压泵、气水分离器，岩心夹持器、氮气中间容器位于恒温箱中，岩心夹持器入口端通过氮气中间容器连接驱替泵，出口端通过回压阀分别连接回压泵和气水分离器，岩心夹持器还连接围压泵，两端设置压差计，其特征在于，该方法依次包括以下步骤：

(1)将岩心样品清洗、烘干，测量岩心长度L、直径d、孔隙度

然后将岩心在常温下抽真空，再放入地层水中饱和24h，记录饱和的水量S_w1；

(2)确定上覆岩层压力Pw：

Pw＝ρ*g*h

式中h—岩心取心深度，m；ρ—上覆岩层密度，kg/m³；g—重力加速度，9.81m/s²；

(3)将岩心放入岩心夹持器中，恒温箱升温至地层温度，对岩心进行建压，将驱替泵调至恒速模式，将氮气按照0.125ml/min注入岩心至内压达到地层压力P，建压过程中保持围压大于出口压力5MPa，回压大于出口压力2MPa，当围压等于Pw、回压等于P时，保持围压和回压不变，继续注入氮气将地层水驱出，记录驱出的水量S_w2，建立束缚水饱和度

当束缚水饱S_w和储层要求的束缚水饱和度S_wf一致则建压完成，停止注气；

(4)保持围压不变并按照压力为5Mpa将内压从P进行逐级降压至设计的最低压力P_o，完成降压开采过程，每次降压都在出口端利用气水分离器记录采出的水量W_i(i＝1,2,3…)、气量G_i(i＝1,2,3…)，通过压差计记录岩心两端的压差ΔP_i(i＝1,2,3…)，根据达西定律计算降压过程中每个压力点岩心的气相渗透率K_i(i＝1,2,3…)：

式中，Q—采出流体总流量，即出口端采出的水量W_i、气量G_i之和，cm³/s；μ_m—流体在实际压力下的粘度，即出口端采出的水蒸汽、氮气混合气体在实际压力下的粘度，Pa·s；L—岩心长度，cm；A—岩心截面积，cm³；ΔP_i—降压过程中岩心两端压差，MPa；

(5)当内压降低到P_o后，保持围压不变，继续使用驱替泵按照0.125ml/min将氮气注入岩心，使内压从P_o按照压力为5Mpa进行逐级升高压力至P，完成关井恢复过程，每次升压都在出口端利用气水分离器记录采出的水量W_j(j＝1,2,3…)、气量G_j(j＝1,2,3…)，通过压差计记录岩心两端的压差ΔP_j(j＝1,2,3…)，根据达西定律计算升压过程中每个压力点岩心的气相渗透率K_j(j＝1,2,3…)：

式中Q—采出流体总流量，即出口端采出的水量W_j、气量G_j之和，cm³/s；μ_m—流体在实际压力下的粘度，即出口端采出的水蒸汽、氮气混合气体在实际压力下的粘度，Pa·s；L—岩心长度，cm；A—岩心截面积，cm³；ΔP_j—升压过程中岩心两端压差，MPa；

(6)将降压过程、升压过程中压力大小相同的点所对应测试得到的渗透率进行比较，如果在相同压力点下升压过程测试得到的渗透率K_j小于降压过程测试得到的渗透率K_i，则表明岩石渗透率随着应力大小的改变有一定程度的恢复但不能恢复到其原始值，即渗透率发生部分不可逆变化，两者差值越大，表明岩石受到应力敏感的程度越大。

2.如权利要求1所述的一种考虑束缚水饱和度的岩心多次应力敏感测试方法，其特征在于，所述混合气体在实际压力下的粘度μ_m按照如下公式进行计算：

(μ_m-μ^o)ξ_m＝1.08×10^-8×[exp(1.439ρ_rm)-exp(-1.111ρ_rm ^1.858)]

式中，μ_m:混合气体在实际压力下的粘度，Pa·s；

μ^o:混合气体在常压下的粘度，Pa·s；

ρ_rm:混合气体对比密度；

ξ_m:组合数；

M_m:混合气体实际相对分子质量，g/mol；

μ_N:氮气常压下粘度，Pa·s；

μ_W:水蒸气常压下粘度，Pa·s；

Μ_N:氮气常压下的相对分子质量，g/mol；

Μ_W:水蒸气常压下的相对分子质量，g/mol；

ρ_m:混合气体实际压力下密度，Kmol/m³；

ρ_cm:混合气体临界条件下密度，Kmol/m³；

T_cm:混合气体虚拟临界温度，℃；

P_cm:混合气体虚拟临界压力，MPa；

Φ_NW:两组分间的结合因子。