CN115047211B - 一种原油在页岩中流动速度的测量方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种原油在页岩中流动速度的测量方法及其应用，属于石油、天然气勘探开发技术领域。包括以下步骤：(1)制作页岩油藏的柱塞样，测量其长度L；(2)保持进口端压力为P’，使用原油驱替页岩样品，记录开始驱替到页岩样品出口端见油时间T；(3)根据以下公式计算页岩原油流动速度V：V＝L/T/P’，V为流动速度，cm/天；L为页岩样品长度，cm；P’为驱替压差，MPa；T为见油时间，天。本发明的测量方法测量结果与生产实际吻合度高，可以为页岩油藏的产能预测和完井方案制定提供基础参数。

Description

一种原油在页岩中流动速度的测量方法及其应用
技术领域
本发明属于石油、天然气勘探开发技术领域，具体涉及一种原油在页岩中流动速度的测量方法及其应用，具体涉及一种基于启动压力实验和原油突破饱和水页岩的流动速度实验的测量方法及其应用。
背景技术
原油在页岩中的流动速度定量表征原油在页岩基质(相对层理缝和压裂裂缝)中的流动能力，是压裂前、压裂后页岩油藏的产能预测和完井方案(如确定是否压裂或者压裂段簇数量等)制定的重要参数。
由于页岩储层渗透率较低，大约在10-7 10-3μm2～10-3 10-3μm2，使用原油基于渗透率装置的测试流量计算得到原油流速的难度极大，尚没有可行的实验室测量方法。目前，主要采用数值模拟手段估算流动速度。中国专利申请CN 201910444322.8提供了一种垂向注气裂缝油气水微观渗流规律的预测方法及系统。该垂向注气裂缝油气水微观渗流规律的预测方法包括：根据各个裂缝物性参数建立重力模型、毛细管力模型、注入压力模型和粘滞阻力模型；根据重力模型、毛细管力模型、注入压力模型和粘滞阻力模型推导得到流体的流动速度模型；根据实际的裂缝物性参数基于流动速度模型获得流体的流动速度，流动速度用于预测垂向注气裂缝油气水微观渗流规律，可以为油田注气开发提供参考依据，有助于设计合理的注气开发方案，进一步有效指导碳酸盐岩油气藏的开发过程，提高油田采收率。此外，王森(页岩油微尺度流动机理研究，中国石油大学，2016)在分子和孔隙尺度上开展页岩油的微观流动机理研究。首先利用分子动力学模拟(Molecular dynamics，MD)方法研究了液态烷烃在富有机质页岩孔隙内的赋存状态，揭示了烷烃密度分布的周期性波动特征。在靠近固体壁面处烷烃会形成“类固体层”，其密度为游离态流体密度的1.5～3倍，且主要发生多层吸附，吸附层的数目受缝宽和流体组分影响，每个吸附层的厚度与烷烃分子的宽度一致。重质组分在有机质表面的吸附能力更强。基于MD所得到的每个吸附层的厚度和平均密度，考虑原油在储层中赋存状态的不同，将吸附态和游离态原油分离开来，建立了页岩油资源量估算的岩石物理模型和数学模型。
不过，由于实际流体运移特征与力学理论存在显著差异，计算参数设置受人为影响大，预测流速结果与实际生产吻合情况差，难以推广应用。因此，客观上需要建立一种原油在页岩中流动速度的实验测量方法，为页岩油藏的产能预测和完井方案(如确定是否压裂或者压裂段簇数量等)制定提供基础参数。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种原油在页岩中流动速度的实验测量方法及其应用，选用来自页岩油藏的代表性柱塞样，基于启动压力实验确定原油在页岩中的启动压力，设定原油突破饱和水页岩实验的进口压力大于启动压力以确保原油可以在页岩基质孔隙中流动，通过记录原油开始驱替的时刻以及页岩出口端见油的时间得到原油在岩样中走行的时间，应用页岩长度除以该时间以及进口压力(出口是大气压)得到单位驱替压差下的原油流动速度。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一方面，本发明提供一种原油在页岩中流动速度的测量方法，包括以下步骤：
(1)制作页岩油藏的柱塞样，测量其长度L；
(2)保持进口端压力为P’，使用原油驱替页岩样品，记录开始驱替到页岩样品出口端见油时间T；
(3)根据以下公式计算页岩原油流动速度V：
V＝L/T/P’
式中，V为流动速度，cm/天；L为页岩样品长度，cm；P’为驱替压差，MPa；T为见油时间，天。
优选地，步骤(1)中，所述制作页岩油藏的柱塞样的具体方法为：使用金刚石线切割制样。
优选地，步骤(2)具体为：将岩心饱和地层盐水页岩岩样放置于岩心夹持器，保持进口端压力为P’，使用原油驱替页岩样品，记录开始驱替到页岩样品出口端见油时间T。
进一步优选地，步骤(2)中，在驱替前还包括测定启动压力P的步骤。
更进一步优选地，按照以下步骤测定启动压力P：将页岩岩样饱和地层盐水，放置于岩心夹持器施加围压，保证围压和孔隙压力的差值为有效压力，按照测量稳态压差和流量关系的做法开展启动压力实验测量，得到启动压力P。
更进一步优选地，P’大于P。更进一步优选地，0.5≤(P’-P)≤10，最优选地，1≤(P’-P)≤6.5。
更进一步优选地，所述岩心夹持器为哈斯勒夹持器。
优选地，步骤(2)中，驱替时出口端压力为大气压。
优选地，步骤(3)中，所述页岩样品出口端见油的观察使用5mL-10mL量筒进行。
另一方面，本发明提供上述测量方法在压裂中的应用。
优选地，所述应用是在压裂前、压裂后页岩油藏的产能预测和完井方案制定中的应用。
其中，所述完井方案包括但不限于确定是否压裂、压裂段簇数量等。
本发明的有益效果为：
本发明针对目前尚没有可行的原油在页岩中流行速度的实验室测量方法的情况，提供了一种原油在页岩中流动速度的实验测量方法，选用来自页岩油藏的代表性柱塞样，基于启动压力实验确定原油在页岩中的启动压力，设定原油突破饱和水页岩实验的进口压力大于启动压力，确保原油可以在页岩基质孔隙中流动，通过记录原油开始驱替的时刻以及页岩出口端见油的时间得到原油在岩样中走行的时间，应用页岩长度除以该时间以及进口压力(出口是大气压)得到单位压差下的原油流动速度，测量结果与生产实际吻合度高，可以为页岩油藏的产能预测和完井方案(如确定是否压裂或者压裂段簇数量等)制定提供基础参数。
附图说明
图1为一种原油在页岩中流动速度的实验测量方法的工艺路线图。
图2为页岩流动速度与综合物性指数的交会图。
图3为某页岩油藏A井的产液剖面与流动速度对比图。
具体实施方式
以下非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述内容仅仅是对本申请要求保护的范围的示例性说明，本领域技术人员可以根据所公开的内容对本申请的发明作出多种改变和修饰，而其也应当属于本申请要求保护的范围之中。
下面以具体实施例的方式对本发明作进一步的说明。本发明实施例中所使用的各种化学试剂如无特殊说明均通过常规商业途径获得。下文中所述含量均为质量含量。本发明中，单位“天”也简写为“D”。
实施例
以某页岩油藏A井为例，采用本发明提出方法测量原油在页岩中的流动速度，包括以下步骤：
(1)使用金刚石线切割制样，制作一组6块页岩油藏的柱塞样，测量长度L，结果见表1。
表1同时列出了样品的孔隙度和渗透率；
(2)将一组6块页岩岩样饱和地层盐水，放置于哈斯勒夹持器施加围压，保证围压和孔隙压力的差值为有效压力，按照测量稳态压差和流量关系的做法开展启动压力实验，得到启动压力P，结果见表1；
(3)将一组6块页岩岩样饱和地层盐水页岩样品放置于哈斯勒夹持器，保持进口端压力为P’(P’大于P)，使用原油驱替页岩样品，记录开始驱替到页岩样品出口端见油时间T，结果见表1；
(4)根据以下公式计算页岩原油流动速度V：
V＝L/T/P’
式中，V为流动速度，cm/天；L为页岩样品长度，cm；P’为驱替压差，MPa；为见油时间T(天)。结果见表1。
表1.A井原油在页岩中的流动速度实验测量结果
Figure BDA0003645629940000051
利用步骤4测量的一组6块页岩绘制了流动速度与综合物性指数的交会图(图二)。可以发现，随着物性指数越好启动压力越低和流动速度越高，符合一般规律。
其中，物性指数计算方法：
Figure BDA0003645629940000052
式中，K为渗透率，10-3μm2；Φ为孔隙度，％。
将实验测量的流动速度与A井的产液剖面图(图三)对比发现，有流动速度越高，产液越好的规律，符合一般规律。证明本发明的测量方法与实际生产吻合度高，可以用于压裂前、压裂后页岩油藏的产能预测和完井方案制定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种原油在页岩中流动速度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制作页岩油藏的柱塞样，测量其长度L；
（2）保持进口端压力为P’，使用原油驱替页岩样品，记录开始驱替到页岩样品出口端见油时间T；
（3）根据以下公式计算页岩原油流动速度V：
V=L/T/P’
式中，V为流动速度，cm/D/MPa；L为页岩样品长度，cm；P’为进口端压力，MPa；T为见油时间，单位为天，D。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤（2）具体为：将岩心饱和地层盐水页岩岩样放置于岩心夹持器，保持进口端压力为P’，使用原油驱替页岩样品，记录开始驱替到页岩样品出口端见油时间T。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤（2）中，在驱替前还包括测定启动压力P的步骤。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，按照以下步骤测定启动压力P：将页岩岩样饱和地层盐水，放置于岩心夹持器施加围压，保证围压和孔隙压力的差值为有效压力，按照测量稳态压差和流量关系的做法开展启动压力实验测量，得到启动压力P。
5.根据权利要求3或4所述的测量方法，其特征在于，P’大于P。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，0.5≤（P’-P）≤10。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，1≤（P’-P）≤6.5。
8.根据权利要求2或4所述的测量方法，其特征在于，所述岩心夹持器为哈斯勒夹持器。
9.权利要求1-8任一项所述测量方法在压裂中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用是在压裂前、压裂后页岩油藏的产能预测和完井方案制定中的应用。
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