CN116223553A - 一种基于核磁共振的页岩润湿性精细表征方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于核磁共振的页岩润湿性精细表征方法，包括：获得两块同性质的岩心A1、A2；配制接触角与原油一致的复配氟化液；用重水配制与地层水矿化度一致的复配地层水；将岩心A1放入原油中、岩心A2放入地层水中常压浸泡72 h，将岩心A1放在原油中、岩心A2放在地层水中加压饱和72h，将岩心A1放在复配地层水中、岩心A2放在复配氟化液中常压浸泡72h，将岩心A1放在复配地层水中、岩心A2放在复配氟化液中加压饱和72h后分别进行核磁共振T2谱扫描，获得页岩岩心的宏观润湿指数；确定混合润湿孔径分布范围，计算各级混合润湿孔所对应的润湿指数。本发明能够精细表征岩心的双润湿性特征及各类孔隙孔径分布范围，过程可控，结果准确，更加符合工程实际。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种基于核磁共振的页岩润湿性精细表征方法。
背景技术
在石油工程领域中，润湿性是研究外来工作液注入(或渗吸)油层的基础，是岩石与流体间相互作用的重要特征。研究岩石的润湿性，对判断注入水是否能很好地润湿岩石表面，分析水驱油过程的微观驱替效率，选择提高采收率方法以及进行油藏动态模拟等方面都具有十分重要的意义。不同于常规砂岩、碳酸盐岩储层，页岩具有十分明显的双润湿性特征，如何准确表征页岩的微观润湿性特征，对于进一步突破页岩油气的开发潜力意义巨大。发明专利“一种页岩储层润湿性评价方法及装置”(CN112378818 A)通过计算接触角润湿性参数、渗吸润湿性参数和核磁润湿性参数来评价页岩储层的润湿性，但该方法仅是对页岩润湿性的宏观表征，无法获得不同孔隙尺度下的润湿性特征。发明专利“一种页岩油储层岩石润湿性表征方法”(CN115078163A)通过核磁共振技术获取不同孔隙修正后水湿指数和油湿指数，对不同孔隙尺寸下的润湿性特征进行了初步评价，但驱替过程在页岩开发过程中不存在，驱替形成的饱和度变化对页岩开发过程不具备代表性，此外该技术在核磁测试中没有区分油水信号，存在误差。
现有技术中，接触角法无法对岩心的大量微纳米尺度孔壁润湿性进行定量统计研究，常规核磁共振测试虽能获得岩心孔隙润湿性特征分布，但其本质仍为常规称重润湿指数，无法表征双润湿性特征及各类孔隙孔径分布范围，核磁共振微观润湿性表征方法尚不完善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于核磁共振的页岩润湿性精细表征方法，该方法原理可靠，操作简便，根据岩心不同饱和状态下的核磁共振T2谱分布特征以及信号强度变化，有效解决了常规核磁共振方法无法具体表征岩心中不同孔隙的润湿性问题，测量过程可控，测量结果准确，更加符合工程实际，具有广阔的市场应用前景。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
本发明基于核磁共振测试确定页岩润湿性特征，通过双岩心实验，分别对岩心进行油水两相的自吸以及加压渗吸，使用重水来屏蔽水信号，使用氟化液来屏蔽油信号，根据岩心不同饱和状态下的核磁共振T2谱分布特征以及信号强度变化，定量描述岩心不同润湿性孔隙的尺寸特征及其分布范围。
一种基于核磁共振的页岩润湿性精细表征方法，依次包括以下步骤：
(1)取得页岩的原油样品，标定原油含氢指数HI用于后续信号量校正，即对1mL原油与1mL去离子水进行核磁共振T2谱扫描，通过信号峰面积比值确定含氢指数：
式中HI为含氢指数，ρ油为油的氢原子密度，ρ水为水的氢原子密度；
(2)对一块页岩标准柱塞岩样的中部进行切割，获得两块同性质的岩心A1、岩心A2，依据实验需求清洗烘干；
(3)抛光岩心端面，使用原油与地层水进行宏观接触角测试，将不同的氟化液(FC-43、FC-40、FC-3283、FC-77)按一定比例混合，进行岩心、地层水、复配氟化液的宏观接触角测试，以三相接触角为参考调整复配氟化液的比例，获得接触角与原油一致的复配氟化液；
(4)用重水配制与地层水矿化度一致的复配地层水；
(5)将岩心A1放入装有原油的压力容器中常压浸泡72h，将岩心A2放入装有地层水的压力容器中常压浸泡72h，两块岩心自吸完成后分别进行核磁共振T2谱扫描；
(6)将岩心A1放在装有原油的压力容器中加压饱和72h，将岩心A2放在装有地层水的压力容器中加压饱和72h，加压饱和完成后对两块岩心分别进行核磁共振T2谱扫描；
(7)将岩心A1放在装有复配地层水的压力容器中常压浸泡72h，将岩心A2放在装有复配氟化液的压力容器中常压浸泡72h，两块岩心自吸完成后分别进行核磁共振T2谱扫描；
(8)将岩心A1放在装有复配地层水的压力容器中加压饱和72h，将岩心A2放在装有复配氟化液的压力容器中加压饱和72h，加压饱和完成后对两块岩心分别进行核磁共振T2谱扫描；
(9)根据岩心A1、岩心A2高压压汞实验结果，进行弛豫时间、孔喉半径的转换；
(10)根据不同饱和过程的核磁共振T2谱对应弛豫时间的峰面积，获得页岩岩心的宏观润湿指数I，过程如下：
岩心油湿孔隙体积占比Vo
岩心水湿孔隙体积占比Vw
岩心混合润湿孔隙体积占比Vwo
Vwo＝(1-Vo-Vw)×100％ (4)
岩心宏观润湿指数I
式中Vo、Vw、Vwo分别为岩心油湿孔隙体积占比、水湿孔隙体积占比、混合润湿孔隙体积占比，无因次；S1为岩心A1加压饱和油后对应信号峰面积，无因次；S2为岩心A2加压饱和水后对应信号峰面积，无因次；Swi为岩心A1自吸水排油后所对应信号峰面积，无因次；Swp为岩心A1加压渗析水排油后所对应信号峰面积，无因次；Soi为岩心A2自吸油排水后所对应信号峰面积，无因次；Sop为岩心A2加压渗析油排水后所对应信号峰面积，无因次；I为岩心宏观润湿指数，无因次；
(11)根据不同饱和过程的核磁共振T2谱，确定纯油湿、纯水湿的孔径分布范围后，进一步确定混合润湿孔径分布范围，从而计算各级混合润湿孔所对应的润湿指数
式中
为各级混合润湿孔对应的润湿指数，无因次；k代表某一级孔隙，无因次；
为各级混合润湿孔自吸水排油后所对应信号峰面积，无因次；/>
为各级混合润湿孔加压渗析水排油后所对应信号峰面积，无因次；/>
为各级混合润湿孔自吸油排水后所对应信号峰面积，无因次；/>
为各级混合润湿孔加压渗析油排水后所对应信号峰面积，无因次；
从而得到混合润湿孔的宏观润湿指数Im：
式中Im为混合润湿孔的宏观润湿指数，无因次；n为总孔隙级数，无因次。
进一步地，步骤(1)中，标定原油含氢指数HI，不同饱和过程的核磁共振T2谱出现的油信号均按含氢指数进行校正。
进一步地，步骤(11)中，岩心A1在加压饱和复配地层水后，有流体信号的孔隙对应为纯油湿，得到纯油湿孔隙分布曲线，岩心A2在加压饱和复配氟化液后，有流体信号的孔隙对应为纯水湿，得到纯水湿孔隙分布曲线，其余为混合润湿，从而得到混合润湿孔隙分布曲线。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过使用重水来屏蔽水信号，使用氟化液来屏蔽油信号，可以准确计量岩心在自吸水排油、加压渗析水排油、自吸油排水、加压渗析油排水过程中各级孔隙内流体的变化量；
(2)本发明使用加压渗吸替代常规润湿性测试中的驱替过程，避免了页岩油开发中不存在的物理过程，结果更贴近真实情况；
(3)本发明不仅表征了岩心的宏观润湿性，还对双润湿页岩岩心的亲水孔隙分布、亲油孔隙分布、混合润湿孔隙分布进行了具体表征，对页岩岩心的润湿性进行了更加综合全面的评价；
(4)本发明计算了各级混合润湿孔隙的润湿指数，绘制了各级混合润湿孔隙润湿指数图版，有助于更加深入地研究页岩润湿性。
附图说明
图1为岩心A1不同饱和过程中各级孔隙内流体分布曲线。
图2为岩心A1不同饱和过程中各级孔隙内流体变化分布曲线。
图3为岩心A2不同饱和过程中各级孔隙内流体分布曲线。
图4为岩心A2不同饱和过程中各级孔隙内流体变化分布曲线。
图5为岩心纯水湿孔隙分布曲线。
图6为岩心纯油湿孔隙分布曲线。
图7为各级混合润湿孔隙分布曲线。
图8为各级混合润湿孔隙润湿指数图版。
具体实施方式
下面根据附图和实例进一步说明本发明，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。
实施例
一种基于核磁共振的页岩润湿性精细表征方法，具体过程如下：
(1)标定原油含氢指数，对1mL页岩油与1mL去离子水进行核磁共振T2谱扫描，通过信号峰面积比值确定含氢指数为0.85，油信号均按含氢指数进行校正；
(2)对一块页岩标准柱塞样的中部进行切割，获得两块同性质的页岩岩心A1、A2，对岩心进行清洗并烘干；
(3)抛光页岩端面，使用页岩油与地层水进行宏观接触角测试，获取接触角为70.23°；
(4)将不同氟化液按一定比例混合，进行页岩、地层水、复配氟化液宏观接触角测试，以三相接触角为参考调整复配氟化液比例，获得接触角与页岩油一致的复配氟化液配方；
(5)用重水配制与地层水矿化度(5000mg/L)一致的复配地层水；
(6)将岩心A1放入装有页岩油样的压力容器中常压浸泡72h，将岩心A2放入装有地层水样的压力容器中常压浸泡72h，两块岩心自吸完成后均进行核磁共振T2谱扫描，T2谱扫描结果如图1-(a)、图3-(a)；
(7)将岩心A1放在装有页岩油样的压力容器中加压(60MPa)饱和72h，将岩心A2放在装有地层水的压力容器中加压(60MPa)饱和72h，加压饱和完成后对两块岩心分别进行核磁共振T2谱扫描，T2谱扫描结果如图1-(b)、图3-(b)。岩心A1加压饱和油样过程中对应孔隙所增加流体信号峰面积如图2-(b)，岩心A2加压饱和水样过程中对应孔隙所增加流体信号峰面积如图4-(b)；
(8)将岩心A1放入装有复配地层水的压力容器中常压浸泡72小时，将岩心A2放入装有复配氟化液的压力容器中常压浸泡72小时，两块岩心自吸完成后均进行核磁共振T2谱扫描，T2谱扫描结果如图1-(c)、图3-(c)。岩心A1常压饱和复配地层水过程中对应孔隙所排出流体信号峰面积如图2-(c)，岩心A2常压饱和复配氟化液过程中对应孔隙所排出流体信号峰面积如图4-(c)；
(9)将岩心A1放在装有复配地层水的压力容器中加压(60MPa)饱和72h，将岩心A2(60MPa)放在装有复配氟化液的压力容器中加压饱和72h，加压饱和完成后对两块岩心分别进行核磁共振T2谱扫描，T2谱扫描结果如图1-(d)、图3-(d)。岩心A1加压饱和复配地层水过程中对应孔隙所排出流体信号峰面积如图2-(d)，岩心A2加压饱和复配氟化液过程中对应孔隙所排出流体信号峰面积如图4-(d)；
(10)岩心A2在加压饱和复配氟化液后，有流体信号的孔隙对应为纯水湿，纯水湿孔隙分布曲线如图5，岩心A1在加压饱和复配地层水后，有流体信号的孔隙对应为纯油湿，纯油湿孔隙分布曲线如图6，其余孔隙润湿特征为混合润湿，混合润湿孔隙分布曲线如图7；
(11)根据岩心A1、岩心A2高压压汞实验结果，进行弛豫时间孔径转换；
(12)由步骤(1)～(9)可得，岩心加压饱和油后对应信号峰面积S1为28027.03，岩心加压饱和水后对应信号峰面积S2为31783.73，岩心自吸水排油后所对应信号峰面积Swi为12040.75，岩心加压渗析水排油后所对应信号峰面积Swp为8146.853，岩心自吸油排水后所对应信号峰面积Soi为14949.71，岩心加压渗析油排水后所对应信号峰面积Sop为13785.03，根据式(2)计算得油湿孔隙体积占比Vo为27％，根据式(3)计算得水湿孔隙体积占比Vw为46％，根据式(4)计算得混合润湿孔隙体积占比Vwo为27％，根据式(5)计算得润湿指数I为0.39，岩心平均宏观润湿性偏亲水；
(13)根据式(6)计算各级混合润湿孔所对应的润湿指数，绘制出各级混合润湿孔隙润湿指数，如图8所示。
Claims (3)
1.一种基于核磁共振的页岩润湿性精细表征方法，依次包括以下步骤：
(1)取得页岩的原油样品，标定原油含氢指数HI用于后续信号量校正，即对1mL原油与1mL去离子水进行核磁共振T2谱扫描，通过信号峰面积比值确定含氢指数：
式中HI为含氢指数，ρ油为油的氢原子密度，ρ水为水的氢原子密度；
(2)对一块页岩标准柱塞岩样的中部进行切割，获得两块同性质的岩心A1、岩心A2；
(3)抛光岩心端面，使用原油与地层水进行宏观接触角测试，将不同的氟化液按一定比例混合，获得接触角与原油一致的复配氟化液；
(4)用重水配制与地层水矿化度一致的复配地层水；
(5)将岩心A1放入装有原油的压力容器中常压浸泡72h，将岩心A2放入装有地层水的压力容器中常压浸泡72h，两块岩心自吸完成后分别进行核磁共振T2谱扫描；
(6)将岩心A1放在装有原油的压力容器中加压饱和72h，将岩心A2放在装有地层水的压力容器中加压饱和72h，加压饱和完成后对两块岩心分别进行核磁共振T2谱扫描；
(7)将岩心A1放在装有复配地层水的压力容器中常压浸泡72h，将岩心A2放在装有复配氟化液的压力容器中常压浸泡72h，两块岩心自吸完成后分别进行核磁共振T2谱扫描；
(8)将岩心A1放在装有复配地层水的压力容器中加压饱和72h，将岩心A2放在装有复配氟化液的压力容器中加压饱和72h，加压饱和完成后对两块岩心分别进行核磁共振T2谱扫描；
(9)根据岩心A1、岩心A2高压压汞实验结果，进行弛豫时间、孔喉半径的转换；
(10)根据不同饱和过程的核磁共振T2谱对应弛豫时间的峰面积，获得页岩岩心的宏观润湿指数I：
Vwo＝(1-Vo-VW)×100％ (4)
式中Vo、Vw、Vwo分别为岩心油湿孔隙体积占比、水湿孔隙体积占比、混合润湿孔隙体积占比，无因次；S1为岩心A1加压饱和油后对应信号峰面积，无因次；S2为岩心A2加压饱和水后对应信号峰面积，无因次；Swi为岩心A1自吸水排油后所对应信号峰面积，无因次；Swp为岩心A1加压渗析水排油后所对应信号峰面积，无因次；Soi为岩心A2自吸油排水后所对应信号峰面积，无因次；Sop为岩心A2加压渗析油排水后所对应信号峰面积，无因次；
(11)根据不同饱和过程的核磁共振T2谱，确定纯油湿、纯水湿的孔径分布范围后，进一步确定混合润湿孔径分布范围，从而计算各级混合润湿孔所对应的润湿指数
/>
式中k代表某一级孔隙，无因次；
为各级混合润湿孔自吸水排油后所对应信号峰面积，无因次；/>
为各级混合润湿孔加压渗析水排油后所对应信号峰面积，无因次；/>
为各级混合润湿孔自吸油排水后所对应信号峰面积，无因次；/>
为各级混合润湿孔加压渗析油排水后所对应信号峰面积，无因次；
从而得到混合润湿孔的宏观润湿指数Im：
式中n为总孔隙级数，无因次。
2.如权利要求1所述的一种基于核磁共振的页岩润湿性精细表征方法，其特征在于，所述步骤(1)中，标定原油含氢指数HI，不同饱和过程的核磁共振T2谱出现的油信号均按含氢指数进行校正。
3.如权利要求1所述的一种基于核磁共振的页岩润湿性精细表征方法，其特征在于，所述步骤(11)中，岩心A1在加压饱和复配地层水后，有流体信号的孔隙对应为纯油湿，得到纯油湿孔隙分布曲线，岩心A2在加压饱和复配氟化液后，有流体信号的孔隙对应为纯水湿，得到纯水湿孔隙分布曲线，其余为混合润湿，从而得到混合润湿孔隙分布曲线。
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