CN113790997A - 基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法 - Google Patents

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程丽娟
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Abstract

本发明公开了一种基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，包括如下步骤，S1、得到岩样干重；S2、将岩样加压饱和，得到饱和岩样的质量；S3、对岩样做热处理，记录每次增温后的温度和每次增温后的岩样质量；S4、计算每次增温后岩样的孔隙流体饱和度；S5、对Swi‑Ti关系曲线中的每个流体饱和度Swi求导；S6、对Swi’‑Ti关系曲线中的Swi的一阶导数Swi’求导，并绘制Swi”‑Ti关系曲线；S7、根据Swi”‑Ti关系曲线，得到三种流体的截止温度；S8、计算得到三种流体的饱和度；本申请处理方法简单，易于操作，并且三种流体的区间表现明显，划分准确性高。

Description

基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法
技术领域
本发明涉及勘探开发技术领域，具体涉及一种基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法。
背景技术
对于典型的致密岩石，孔隙空间充满自由流体FF(free fluid)、毛管束缚流体CAF(capillary bound fluid)和粘土束缚流体CBF(clay bound fluid)。自由流体是以游离态的形式存在，可以在孔道中自由流动的流体，相应的存储空间又称为自由孔隙。在油气藏成储的过程中，受孔隙壁表面润湿性差异和细小孔道毛管力的影响，油气在运移过程中无法驱替走所有的水，这些不能被驱替出孔隙的水就成了孔道中的束缚流体；其中分布和残存在岩石中细小非粘土矿物接触位置、微细孔隙中、颗粒表面和角隅处的称为毛管束缚流体，对应的孔隙空间称为毛管束缚孔隙；残留在粘土矿物颗粒表面的束缚流体称为粘土束缚流体，对应的孔隙空间称为粘土束缚孔隙。不同油藏由于岩石及流体性质不同，油气运移条件有差异，束缚水饱和度的大小差别较大。
低场核磁共振(NMR，nuclear magnetic resonance)测量得到的横向弛豫时间(T2)可以表征岩石孔隙中流体的分布状态，然而，如何根据NMR测量得到的T2分布确定T2截止值(T2C)以准确界定自由流体和束缚流体含量是目前研究的难点问题。
目前，T2截止值的确定主要包括两种模型：第一种是常规单T2c模型，该方法通常根据核磁共振T2谱曲线的凹面最低点处对应的值划分，将小于该低点处对应的值部分划分为束缚流体，高于该低点对应的部分划分为自由流体。但是单T2C不是划分自由流体与束缚流体的准确值，目前在物理学上也很难找到一个弛豫时间阈值，高于这个阈值的弛豫时间对应的孔隙流体能够自由产出而无残余流体，低于这个阈值的弛豫时间所对应的孔隙流体就难以产出。所以用单T2截止值来划分孔隙类型都会引入许多不确定性。第二种是双T2c模型，由于单T2截止值的局限性，后人提出了双T2截止值模型来划分孔隙类型。早期研究通常采用经验T2C值来快速划分孔隙类型，如致密砂岩中常取T2C1为10ms、T2C2为3ms，划分孔隙为自由孔隙、毛管束缚孔隙、粘土束缚孔隙三类；每类孔隙被相应的流体(自由流体FF、毛管束缚流体CAF、粘土束缚流体CBF)所占据。但是使用经验双T2C值无法正确表征所有岩石类型的孔隙大小，对于某些岩类的孔隙划分可能产生很大的误差。早期研究中有学者采用离心方法来确定两个T2C的值，但实验证明，离心所驱替出的流体通常只是自由流体，孔隙中仍然存在大量的毛管束缚流体和粘土束缚流体；采用多级离心确定双T2C来划分孔隙结构仍无法准确划分自由流体、毛管束缚流体和粘土束缚流体。因此，目前亟需一种能够准确划分及计算三种流体饱和度的方法。
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梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法。
本发明所采用的技术方案是：
基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，包括如下步骤，
S1、烘干岩样，称量并得到岩样干重md；
S2、将岩样置于地层水溶液中加压饱和，使岩样孔隙中完全充满地层水，称量并得到饱和岩样的质量ms；
S3、采用等时差梯度增温方法对岩样做热处理，增温次数为i，记录每次增温后的温度，并称量每次增温后的岩样质量，分别得到第i次增温后的热处理的温度Ti以及第i次增温后的岩样质量mi；
S4、根据岩样干重以及每次增温后的岩样质量，计算每次增温后岩样的孔隙流体饱和度，得到第i次增温后的流体饱和度Swi，并绘制流体饱和度Swi随温度Ti变化的关系曲线，即Swi-Ti关系曲线；
S5、对Swi-Ti关系曲线中的每个流体饱和度Swi求导，得到每个流体饱和度Swi的一阶导数Swi’，并绘制Swi的一阶导数Swi’随时间Ti变化的关系曲线，即Swi’-Ti关系曲线；
S6、对Swi’-Ti关系曲线中的Swi的一阶导数Swi’求导，得到每个饱和度Swi的二阶导数Swi”，并绘制Swi的二阶导数Swi”随时间Ti变化的关系曲线，即Swi”-Ti关系曲线；
S7、根据Swi”-Ti关系曲线特征的差异性，得到三种流体的截止温度；
S8、根据步骤S4得到的Swi-Ti关系曲线以及步骤S7得到的三种流体的截止温度，分别计算得到三种流体的饱和度。
进一步，所述步骤S3中，所述采用等时差梯度增温方法对岩样做热处理，具体采用如下控温方程：
Ti＝T0+i*ΔT；
其中，T0为起始温度，Δt为加热时长，ΔT为升温梯度，i为增温次数，Ti为第i次增温后的热处理的温度。
进一步，所述步骤S4中，根据所述岩样质量和岩样干重，计算每次热处理后岩样的孔隙流体饱和度Swi，具体采用如下公式：
Swi＝(mi-md)/(ms-md)*100％；
其中，Swi为第i次增温后的流体饱和度，mi为第i次增温后的岩样质量，md为岩样干重，ms为饱和岩样的质量。
进一步，所述步骤S5中，对SSwi-Ti关系曲线中的每个流体饱和度Swi求导，得到每个流体饱和度Swi的一阶导数Swi’，具体采用如下公式：
Swi’＝(Swi-Sw(i-1))/ΔT*100％；
其中，i>＝1。
进一步，所述步骤S6中，对Swi’-Ti关系曲线中的Swi的一阶导数Swi’求导，得到每个饱和度Swi的二阶导数Swi”，具体采用如下公式：
Swi”＝(Swi’-Sw(i-1)’)/ΔT*100％；
其中，i>＝2。
进一步，所述三种流体分别为自由流体、毛管束缚流体和粘土束缚流体。
进一步，所述步骤S7中，所述根据Swi’-Ti关系曲线特征的差异性，得到三种流体的截止温度，具体为，
根据Swi”-Ti关系曲线呈现出的明显不同的三个区间，得到对应三个区间的三种流体，三个区间的交点分别为三种流体的分界点，该三种流体的分界点对应的温度TFF-CAF和TCAF-CBF为三种流体的截止温度。
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。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本申请实施例所提供的流体饱和度Swi随温度Ti变化的关系曲线图(Swi-Ti关系曲线)；
图2为本申请实施例所提供的Swi的一阶导数Swi’随时间Ti变化的关系曲线图(Swi’-Ti关系曲线)；
图3为本申请实施例所提供的Swi的二阶导数Swi”随时间Ti变化的关系曲线图(Swi”-Ti关系曲线)。
具体实施方式
下面将结合附图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。
本申请基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，包括如下步骤，
S1、烘干岩样，称量并得到岩样干重md；具体为，将岩样放置于烘箱中烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为24小时。
S2、配置模拟地层水溶液，将岩样置于该地层水溶液中加压饱和，使岩样孔隙中完全充满地层水，称量并得到饱和岩样的质量ms。
S3、采用等时差梯度增温方法对岩样做热处理，增温次数为i，记录每次增温后的热处理的温度，并称量每次增温后的岩样质量，分别得到第i次增温后的热处理的温度Ti以及第i次增温后的岩样质量mi。
在采用等时差梯度增温方法对岩样做热处理时，具体采用如下控温方程：
Ti＝T0+i*ΔT；
其中，T0为起始温度，Δt为加热时长，ΔT为升温梯度，i为增温次数，Ti为第i次增温后的热处理的温度。
本实施例中，T0取20℃，Δt取20分钟，ΔT取20℃，Ti的最大值限定为200℃。
在一种示例性实施例中，第1次增温，将岩样置于烘箱中，设置温度为40℃(T1为40℃)，加热20分钟后，测量岩样质量，得到第1次增温后的岩样质量m1。
第2次增温，再次将岩样置于烘箱中，设置温度为60℃(T2为60℃)，加热20分钟后，测量岩样质量，得到第2次增温后的岩样质量m2。
第3次增温，再次将岩样置于烘箱中，设置温度为80℃(T3为80℃)，加热20分钟后，测量岩样质量，得到第3次增温后的岩样质量m3；
按照上述增温方法，根据控温方程，将升温梯度ΔT设置为20℃，加热时长Δt设置为20分钟，对岩样进行热处理，并记录每次热处理的温度以及增温后的岩样质量，直至热处理的温度达到200℃时停止。
S4、根据岩样干重以及每次增温后的岩样质量，计算每次增温后岩样的孔隙流体饱和度，得到第i次增温后的流体饱和度Swi，并绘制流体饱和度Swi随温度Ti变化的关系曲线，即Swi-Ti关系曲线(参见图1)。
在根据岩样质量和岩样干重，计算每次热处理后岩样的孔隙流体饱和度Swi，具体采用如下公式：
Swi＝(mi-md)/(ms-md)*100％；
其中，Swi为第i次增温后的流体饱和度，mi为第i次增温后的岩样质量，md为岩样干重，ms为饱和岩样的质量；当i＝0时，mi＝ms，此时Sw0＝100％。
S5、对Swi-Ti关系曲线中的每个流体饱和度Swi求导，得到每个流体饱和度Swi的一阶导数Swi’，并绘制Swi的一阶导数Swi’随时间Ti变化的关系曲线，即Swi’-Ti关系曲线(参见图2)。
对Swi-Ti关系曲线中的每个流体饱和度Swi求导，得到每个流体饱和度Swi的一阶导数Swi’，具体采用如下公式：
Swi’＝(Swi-Sw(i-1))/ΔT*100％；
其中，Swi’为Swi的一阶导数，Swi为第i次增温后的流体饱和度，Sw(i-1)为第i-1次增温后的流体饱和度，i>＝1。
S6、对Swi’-Ti关系曲线中的Swi的一阶导数Swi’求导，得到每个饱和度Swi的二阶导数Swi”，并绘制Swi的二阶导数Swi”随时间Ti变化的关系曲线，即Swi”-Ti关系曲线(参见图3)。
对Swi’-Ti关系曲线中的Swi的一阶导数Swi’求导，得到每个饱和度Swi的二阶导数Swi”，具体采用如下公式：
Swi”＝(Swi’-Sw(i-1)’)/ΔT*100％；
其中，Swi”为Swi的二阶导数，Swi’为Swi的一阶导数，即第i次增温后的流体饱和度的导数，Sw(i-1)’为Swi-1的一阶导数，即第i-1次增温后的流体饱和度的导数，i>＝2。
S7、根据Swi”-Ti关系曲线特征的差异性，得到三种流体的截止温度。三种流体分别为自由流体、毛管束缚流体和粘土束缚流体。
根据Swi”-Ti关系曲线特征的差异性，得到三种流体的截止温度，具体为，根据Swi”-Ti关系曲线呈现出的明显不同的三个区间，得到对应三个区间的三种流体，三个区间的交点分别为三种流体的分界点，该三种流体的分界点对应的温度Ti为三种流体的截止温度。
在本实施例中，Swi”-Ti关系曲线如图3所示，由图3中，可以看出Swi”-Ti关系曲线具有明显不同的三个区间，根据同一种流体斜率接近的特点，可以很容易的将该三个区间对应于三种流体，从左至右分别为自由流体、毛管束缚流体和粘土束缚流体；对应区间的交点即分别为自由流体、毛管束缚流体和粘土束缚流体的分界点。其中，TFF-CAF为自由流体和毛管束缚流体的截止温度，TCAF-CBF为毛管束缚流体和粘土束缚流体的截止温度。
S8、根据步骤S4得到的Swi-Ti关系曲线以及步骤S7得到的三种流体的截止温度，分别计算得到三种流体的饱和度。
具体为，将TFF-CAF代入Swi-Ti关系曲线中(参见图1)，计算得到自由流体饱和度SFF；将TCAF-CBF代入Swi-Ti关系曲线中(参见图1)，得到自由流体和毛管束缚流体总的饱和度SFF+CAF，而毛管束缚流体饱和度SCAF＝SFF+CAF-SFF；粘土束缚流体饱和度SCBF＝100-SCAF-SFF。
本申请利用不同温度阶段脱出水的类型不同，在曲线上的不同温度阶段呈现不同的曲线形态，采用等时差梯度增温方法对岩样做热处理，能够得到每次热处理后的岩样质量，从而计算出每次热处理后的流体饱和度，并根据每次热处理后的流体饱和度绘制流体饱和度Swi随温度Ti变化的关系曲线(Swi-Ti关系曲线)，通过对该关系曲线二次求导，可以得到斜率变化趋势明显不同的三个区间，根据同一种流体斜率接近的特点可以很容易的得到三种不同流体的区间以及截止值，从而可以更加简单的得到岩样中束缚流体饱和度，处理方法简单，易于操作，并且三种流体的区间表现明显，划分准确性高。
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 (7)

1.基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1、烘干岩样，称量并得到岩样干重md；
S2、将岩样置于地层水溶液中加压饱和，使岩样孔隙中完全充满地层水，称量并得到饱和岩样的质量ms；
S3、采用等时差梯度增温方法对岩样做热处理，增温次数为i，记录每次增温后的温度，并称量每次增温后的岩样质量，分别得到第i次增温后的热处理的温度Ti以及第i次增温后的岩样质量mi；
S4、根据岩样干重以及每次增温后的岩样质量，计算每次增温后岩样的孔隙流体饱和度，得到第i次增温后的流体饱和度Swi，并绘制流体饱和度Swi随温度Ti变化的关系曲线，即Swi-Ti关系曲线；
S5、对Swi-Ti关系曲线中的每个流体饱和度Swi求导，得到每个流体饱和度Swi的一阶导数Swi’，并绘制Swi的一阶导数Swi’随时间Ti变化的关系曲线，即Swi’-Ti关系曲线；
S6、对Swi’-Ti关系曲线中的Swi的一阶导数Swi’求导，得到每个饱和度Swi的二阶导数Swi”，并绘制Swi的二阶导数Swi”随时间Ti变化的关系曲线，即Swi”-Ti关系曲线；
S7、根据Swi”-Ti关系曲线特征的差异性，得到三种流体的截止温度；
S8、根据步骤S4得到的Swi-Ti关系曲线以及步骤S7得到的三种流体的截止温度，分别计算得到三种流体的饱和度。
2.根据权利要求1所述的基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述采用等时差梯度增温方法对岩样做热处理，具体采用如下控温方程：
Ti＝T0+i*ΔT；
其中，T0为起始温度，Δt为加热时长，ΔT为升温梯度，i为增温次数，Ti为第i次增温后的热处理的温度。
3.根据权利要求2所述的基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据所述岩样质量和岩样干重，计算每次热处理后岩样的孔隙流体饱和度Swi，具体采用如下公式：
Swi＝(mi-md)/(ms-md)*100％；
其中，Swi为第i次增温后的流体饱和度，mi为第i次增温后的岩样质量，md为岩样干重，ms为饱和岩样的质量。
4.根据权利要求3所述的基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，其特征在于，所述步骤S5中，对Swi-Ti关系曲线中的每个流体饱和度Swi求导，得到每个流体饱和度Swi的一阶导数Swi’，具体采用如下公式：
Swi’＝(Swi-Sw(i-1))/ΔT*100％；
其中，i>＝1。
5.根据权利要求4所述的基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，其特征在于，所述步骤S6中，对Swi’-Ti关系曲线中的Swi的一阶导数Swi’求导，得到每个饱和度Swi的二阶导数Swi”，具体采用如下公式：
Swi”＝(Swi’-Sw(i-1)’)/ΔT*100％；
其中，i>＝2。
6.根据权利要求1所述的基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，其特征在于，所述三种流体分别为自由流体、毛管束缚流体和粘土束缚流体。
7.根据权利要求6所述的基于梯度热处理技术测量岩心束缚流体饱和度的方法，其特征在于，所述步骤S7中，所述根据Swi”-Ti关系曲线特征的差异性，得到三种流体的截止温度，具体为，
根据Swi”-Ti关系曲线呈现出的明显不同的三个区间，得到对应三个区间的三种流体，三个区间的交点分别为三种流体的分界点，该三种流体的分界点对应的温度TFF-CAF和TCAF-CBF为三种流体的截止温度。
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