CN1525154A

CN1525154A - 透射显微油气渗流机理及储层伤害分析仪

Info

Publication number: CN1525154A
Application number: CNA031065155A
Authority: CN
Inventors: 朱玉双; 王晓方
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-01

Abstract

本发明是一种诊断石油、天然气渗流机理、储层伤害程度及伤害机理的仪器，通过可视化的图像分析手段再现实验中各种现象的发生、发展过程，及时准确地获取储集层伤害机理及伤害程度方面的信息，多方面、多层次展现储集层岩石学特征与渗流机理和储层伤害的关系；储集层孔隙和喉道特征、外来流体等各因素对渗流机理和储层伤害的影响。实现了油气渗流机理和储集层伤害定性、定量研究，拓展了油气储集层研究的领域、再现油气渗流机理和储层伤害的发生发展过程，为评价储层、揭示渗流机理和储层伤害机理提供了一项新的技术手段。

Description

透射显微油气渗流机理及储层伤害分析仪

本发明属于石油地质分析试验仪器，通过石油、天然气储集层岩石可视流动实验，对实验现象进行图像分析，从定性、定量两方面诊断石油、天然气渗流机理及储层伤害程度和伤害机理。

石油、天然气渗流机理是油气资源勘探与开发都非常重视的问题，因为它控制了油气进入储集层的富存状态和油气开发中的采出程度。由于油气渗流机理不清，可能造成勘探中偏离了有利的含油区域，在开发中未能很好地开发地下资源，造成资源大大的浪费。石油、天然气渗流机理研究始终贯穿于整个石油勘探与开发的过程中。五十年代末、六十年代初人们开始重视油气渗流机理的研究，但由于研究手段跟不上，使研究的广度、深度均受到限制。过去人们在油气渗流机理研究中使用过玻璃珠模型、沙子模型、光刻模型、光刻复制模型，这些模型为油气渗流机理的研究起到了非常重要的作用。但他们最大的缺点是与储层真实孔隙结构、岩石表面特性相差太远，加上不同区域储层性质的差异，渗流特征也不同，这些问题这些模型无法解决。后来(1997年)，出现了真实砂岩微观孔隙模型，取自研究区的真实岩样制作而成，与过去模型相比大大的前进了一步。但目前的真实砂岩微观孔隙模型只能用反射光观察孔隙中的流动过程，效果很差，并且无法将渗流特征或伤害特征与储层性质联系起来，也无法直接将实验结果量化，使油气渗流机理和储层伤害研究受到限制。本发明可以解决这些问题。

石油、天然气储集层伤害对石油天然气工业来说是一个非常复杂而严重的问题。不仅损失珍贵的油气资源，而且也大大提高了生产成本，因而对石油、天然气储层伤害程度及伤害机理的研究，就是为了科学地认识、诊断、评价、预防和处理油气储层伤害的发生。

石油、天然气储集层伤害的结果就是储集层渗透率的降低，储集层伤害始终贯穿于油气开发生产的全过程，是外来工作液与地层岩石之间、外来工作液与储集层油气水之间发生物理的、化学的、生物的及其复合作用，导致油、气井减产、停产。

对储集层伤害研究，国外在十九世纪三十年代就已经开始，七十年代日臻成熟，美国石油工程学会(SPE)1974年召开第一届防止地层伤害国际学术会议，自1974年起每两年召开一次，讨论与交流储层伤害与储层保护方面的技术问题。我国在五十年代就注意到储层伤害这个问题，八十年代以来从理论上、实践上全面研究了油气储层伤害与保护技术，到九十年代初，我国在保护储集层技术方面的水平已逐步接近国际水平。基本实现了无伤害地发现油气层，确保油气井良好的生产条件，以及采用特殊措施提高产能，建立起了完善的理论体系，拥有了系统的分析测试手段。

回顾储集层伤害机理与集层伤害程度研究的现状，会认识到我们的研究方法还有欠缺：

储层伤害机理

1、细管现象：

(1)储集层孔隙中油、气、水相对含量改变使相对渗透率受影响；

(2)表面活性剂侵入使润湿性受影响；

(3)粘性流体侵入使孔隙产生液锁。

2、固相侵入：

有机和无机微粒的侵入致使储层渗透率降低。

3、结垢：

碳酸盐、硫酸盐的沉淀析出，降低了储集层渗透率。

4、集层岩石的伤害：

(1)离子环境改变，电性平衡破坏，使岩石微粒产生迁移；

(2)胶结颗粒的松散溶解，使岩石微粒产生分散；

(3)矿物的溶解及重新化合；

(4)液体进入矿物晶格，产生晶格膨胀；

(5)储集岩石结构的疏松，产生跨塌现象。

储集层伤害程度

储集层伤害程度评价的主要手段是实验室岩芯流动实验，岩芯流动实验包括敏感性(水敏，酸敏，速敏，盐敏，碱敏等)实验、当量液体渗透率实验、体积流量评价实验、系列流体渗透率评价实验、双向流动相对渗透率实验、润湿性实验、盐度评价实验、钻井液伤害评价实验。所使用的仪器设备包括三个部分：动力部分，岩芯夹持器，计量部分。

(1)动力部分：恒速泵、恒压泵、气瓶。

(2)岩芯夹持器：为一内含胶皮套的筒状金属套，两端有流体进出通道，岩芯密封其中。

(3)计量部分：压力计、流量计、粘度计，

各部分由管线，阀门及中间容器相互连接。

岩芯流动试验的基本流程为：

将储集层上钻好的小岩芯柱(φ2.5cm)密封于夹持器套筒内，胶皮套加环压，紧紧匝住岩芯柱，用配备好的流体经恒速泵(恒压泵)从夹持器入口端进入，通过岩芯柱，出口端进行流量计量，依据进出口端压差、流量计算出渗透率，确定储层伤害程度。

岩芯流动试验设备数十年以来不断改进，在自动化方面有了较大发展，但试验原理、流程没有改变，始终离不开筒式夹持器。岩芯柱密封于夹持器套筒内，实验过程完全不可视，成为“暗箱”操作，得到的是储集层伤害的宏观表征，是储集层伤害因素微观特性的集中反应。现有的流动试验将储集层伤害程度与储集层伤害机理研究割裂开来，不能透过岩芯流动试验的现象，揭示储层伤害的本质。

本发明目的在于借助透射显微油气渗流机理及储层伤害分析仪，使渗流机理与产生原因相结合、使储集层伤害机理与伤害程度研究相结合。通过可视化的图像分析手段再现实验中各种现象的发生、发展过程，多种微细事件的观察，准确同时地获取各种信息。

本发明为实现上述目的，采取的技术方案为：一种透射显微油气渗流机理及储层伤害分析仪(附图1)，包括：透光岩石渗透薄片(8)、单偏光显微镜(5)、锥光镜(9)、CCD摄像头(6)、图像采集卡(7)、压力传感器(3)、压力采集卡(4)、中间容器(2)、计算机(10)、恒速泵(1)、图像分析系统(11)、集液器(12)。

实施过程为：恒速泵(1)通过刚性连接管件、阀门与中间容器(2)、压力传感器(3)，透光岩石渗透薄片(8)连接；岩石渗透薄片固定于偏光显微镜载物台上，单偏光经锥光镜(9)透过渗透薄片；CCD摄像头(6)采集偏光显微镜(5)中图像；图像采集卡(7)为计算机(10)提供图像信息；压力采集卡(4)将压力信息传入计算机(10)；使用图像分析系统(11)对渗透薄片进行图像处理。

本发明还通过如下方案实施：

储层岩石矿物含有大量的粘土矿物，同时由于颗粒之间压融和成岩作用，使岩石孔隙非常复杂。因而，制做渗透薄片要尽可能保护岩石矿物类型及结构产状特征。渗透薄片(附图2)厚0.25mm，包括：输入流体刚性细管(a)、载玻璃载片(b)、储集层岩石切片(c)、有机玻璃(d)、输出流体刚性细管(e)。单偏光能够透过，具光性特征。

渗透薄片的制作：

(1)储集岩石切片(c)经脂肪抽提器洗油，放入干燥器抽空饱和可溶性含油溶颜料的有机玻璃单体，在恒温水浴中固化。

(2)使用1000号粗金刚砂在磨片机上磨出一个面，并用50号碳化硼精磨出光面。

(3)环氧树脂将光面两侧与载玻片(b)粘贴，岩石切片(c)需留出渗流通道。

(4)用粗金刚砂磨岩石切片另一面。

(5)粘贴好的岩石切片放入氯仿浸泡，洗净有机玻璃质。

(6)使用玻璃片将磨好的岩石切片密封成为薄片，两侧有细刚性管件(a、e)与外界相通，薄片上下透视窗口部位用冷杉胶各贴一块等大厚胶皮。

(7)密封好的薄片放入玻璃盒内。将玻璃盒放入干燥器内抽真空，注入液态有机玻璃(d)，将薄片充分包裹，使渗透薄片具有承压能力。

(8)水浴固化后，揭掉胶皮，用酒精洗净冷杉胶。

恒速泵控制进入渗流薄片的流体速度，并获取流量参数。

中间容器将进入渗流薄片的流体与泵隔离开来，避免酸、碱流体对泵的腐蚀。

压力传感器适时记录渗透薄片入口端压力值，经模/数转输入计算机，计算出相应渗透率资料。

偏光显微镜对渗透薄片进行储集层岩石的矿物含量、胶结物成份、胶结类型、成岩作用及成岩自生矿物进行鉴定，确定岩石颗粒类型、结构产状及孔喉配置，定性化判断储层伤害机理。

CCD摄像头将显微镜下渗透薄片的图像信息进行采集，记录不同时段内渗透薄片发生的现象，由图像分析系统对颗粒大小、分选、磨圆、孔隙大小、形态分布进行定量计算，定量研究油气储气层的伤害程度。

图像分析系统能够提供面孔率、孔径、喉道配位数、裂逢分析数据以及提取岩石颗粒骨架。

锥光镜使透过的单偏光聚焦，增加图像的立体感及清晰度。

本发明集透光岩石薄片技术、显微图像技术、岩芯流动实验技术为一体，多方面、多层次展现储集层岩石学特征与油气渗流机理及储层伤害的关系；储集层孔隙和喉道特征、外来流体对油气渗流机理及储层伤害的影响。实现了储集层伤害定性、定量研究，拓展了油气储集层研究的领域、再现油气渗流及储层伤害的发生发展过程，为评价储层、揭示油气渗流机理及储层伤害机理提供了一项新的技术手段。

Claims

1、一种透射显微油气渗流机理及储层伤害分析仪，由透光岩石渗透薄片(8)、单偏光显微镜(5)、锥光镜(9)、CCD摄像头(6)、图像采集卡(7)、压力传感器(3)、压力采集卡(4)、中间容器(2)、计算机(10)、恒速泵(1)、图像分析系统(11)、集液器(12)组成。其中恒速泵(1)通过刚性连接管件、阀门与中间容器(2)、压力传感器(3)，透光岩石渗透薄片(8)连接；岩石渗透薄片固定于偏光显微镜载物台上，单偏光经锥光镜(9)透过渗透薄片；CCD摄像头(6)采集偏光显微镜(5)中图像，通过图像采集卡(7)为计算机(10)提供图像信息；压力采集卡(4)将压力信息传入计算机(10)；使用图像分析系统(11)对采集图像进行处理。

2、透光岩石渗透薄片的制作：

将储集岩石切片(c)饱和可溶性含油溶颜料的有机玻璃单体，在恒温水浴中固化。然后使用环氧树脂将切片两侧与载玻片(b)粘贴，用粗金刚砂磨岩石切片，磨至高级蓝绿干涉色。磨好的岩石切片放入氯仿浸泡，洗净有机玻璃质。使用玻璃片将磨好的岩石切片密封制成薄片，两侧有细刚性管件(a、e)与外界相通，薄片上下透视窗口部位用冷杉胶各贴一块等大厚胶皮。密封好的薄片放入20×5×3cm玻璃盒内。将玻璃盒放入干燥器内抽真空后，注入液态有机玻璃(d)，将薄片充分包裹，使渗透薄片具有承压能力。经水浴固化后，揭掉胶皮，用酒精洗净冷杉胶。

3、根据权利要求1所述的一种透射显微油气渗流机理及储层伤害分析仪，其特征在于该系统偏光显微镜(5)对透光岩石渗透薄片(8)进行储集层岩石的矿物含量、胶结物成份、胶结类型、成岩作用及成岩自生矿物进行鉴定，确定岩石颗粒类型、结构产状及孔喉配置，定性化判断油气渗流机理及储层伤害机理。

4、根据权利要求1所述的一种透射显微油气渗流机理及储层伤害分析仪，其特征在于该系统CCD摄像头(6)将显微镜(5)下透光岩石渗透薄片(8)的图像信息进行采集，记录不同时段内渗透薄片发生的现象，由图像分析(11)系统对薄片颗粒大小、分选、磨圆、孔隙大小、形态分布进行定量计算。

5、根据权利要求1所述的一种透射显微油气渗流机理及储层伤害分析仪，其特征在于该系统恒速泵(1)控制进入渗流薄片(8)的流体速度，并获取流量参数。压力传感器(3)适时记录渗透薄片(8)入口端压力值，经模/数转换输入计算机，计算出相应渗透率数据。