CN115146483A - 一种新的可动流体动用下限计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新的可动流体动用下限计算方法，步骤如下：S1、取致密岩石的圆柱形岩样，将岩样切割为两段；S2、对第一段岩样进行高压压汞实验，对第二段岩样进行核磁共振水驱油实验；S3、计算高压压汞后最大孔喉半径r_max和分形维数D；S4、计算水驱油实验后束缚术饱和度S_wi和残余油饱和度S_or；S5、计算可动流体动用下限。本发明的方法测试实验数据计量精度高、操作简单，基于分形理论，结合核磁共振T₂谱和高压压汞毛管压力曲线，准确计算得到致密储层可动流体动用下限r_c，为致密储层有效评价提供新的理论基础。

Description

一种新的可动流体动用下限计算方法

技术领域

本发明涉及油气勘探开发技术领域，特别是一种新的可动流体动用下限计算方法。

背景技术

致密油储层作为非常规油气勘探开发领域的新热点，因其分布广泛、资源潜力大等特点，逐渐成为我国未来油气工业发展重要的能源支柱之一。储层中可动流体动饱和度是了解致密储层藏油水流动特征的重要参数，对于有效确定油藏的采出程度、产能评价以及油田优选开发区块等方面均有重要意义。可动流体饱和度的确定关键在于储层流体动用下限的的计算，目前，国内外学者对于可动流体动用下限开展了研究，由于致密储层的孔喉特征的复杂性，使得其可动流体动用下限的确定变得困难，目前对于致密储层流体动用情况的研究方法主要是基于核磁共振技术的各种室内实验方法。

核磁共振技术对复杂孔隙结构和其中流体介质十分敏感，且所测信号不受岩石外观形状的影响，具有高效、无损的优点。通过测量储层孔隙中氢核的弛豫信号研究能准确获取致密储层孔隙结构和流体流动和分布。核磁共振技术研究可动流体动用下限主要通过T₂截止值区分可动流体和束缚流体，即核磁共振弛豫谱曲线上对于T₂截止值右边部分流体为可动流体，左边流体为束缚流体。

然而，通过T₂截止值来确定动用下限有一定的局限性，一是目前确定T₂截止值的方法主要有经验法、岩心实验刻度法、原始地层连续刻度法等。经验法普遍采用的33ms只适用于砂泥岩储层，对于致密储层并不是普遍适用的；岩心实验刻度法计算的结果是基于岩心实验分析得到，实验结果直接受到实验压力或离心力影响，存在结果精度不够的问题；原始地层连续刻度求取截止值的方法是采用地区统计得到，对于其他类型的储层和区块的适用性不高。这些常规的方法在确定T₂截止值上存在不足。二是T₂截止值方法确定可动流体饱和度适用于监测核磁共振响应信号不断减小的情况，且在常规储层应用效果较好，对于致密储层和核磁共振响应信号不断增加的情况则不适用此方法。

综上所述，现有的可动流体动用下限的确定方法由于具有一定的局限性而难以适用于致密储层；此外，分形理论作为一门定量研究自然界中不规则、无序的结构的学科，在孔隙结构表征中具有广泛的应用。因此，通过分形理论推导建立了精确计算可动流体下限的公式，提出针对致密储层孔喉特征的可动流体计算流程和方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的技术和方法不能表征可动流体动用下限的技术缺陷，提供一种新的可动流体动用下限计算方法。

本发明提供的新的可动流体动用下限计算方法，包括如下步骤：

S1、取长度8cm左右的致密岩石的圆柱形岩样，并进行清洗烘干处理。

S2、将岩样切割为两段，第一段长度2.5cm，第二段长度4.5cm，然后将两段岩样再次烘干。

S3、按国家标准GB/T 29171-2012《岩石毛管压力曲线的测定》对第一段岩样进行高压压汞实验，测定岩石毛管压力曲线，毛管压力记为P_c。

S4、参照国家标准GB/T 29172-2012《岩心分析方法》测量第二段岩样的孔隙度φ_He、渗透率k、长度L、直径D、干重m₀和密度ρ，并计算孔隙体积V_p，

S5、基本物性测量完成后，将第二段岩样在负0.1MPa下抽真空4h，在40MPa压力下加压饱和MnCl₂溶液48小时以上，其中MnCl₂溶液的浓度为50000ppm，测量岩样完全饱和水后的质量m₁并用核磁共振仪获取岩样T₂谱曲线，记其T₂谱曲线面积为A₁，将饱和后的岩心放入岩心夹持器，计算效孔隙体积V_eff和有效孔隙度φ_eff，当岩样的有效孔隙度与气测孔隙度的相对误差小于2％时，即满足

时，可认为岩样饱和完成，否则按上述步骤重新饱和。计算岩样的有效孔隙体积V_eff和有效孔隙度φ_eff的公式如下：

式中，

—MnCl₂溶液的密度。

S6、连接驱替装置，检查仪器气密性，将饱和完成的第二段岩样放入岩心加持器中，在围压5MPa下，采用较小的驱替压差下用重水(D₂O)注入岩心，置换出岩心中饱和的流体，在置换过程中逐渐增大驱替压差(其中最大驱替压力小于围压)，并监测核磁共振信号，直至核磁共振曲线无信号响应时停止实验。

S7、将用重水置换后的岩样用地层原油开展油驱水实验，在围压5MPa下，不断增加驱替压差，驱替完全饱和重水的岩样至束缚水饱和度时停止实验，卸载围压和内压后将岩心取出用核磁共振仪获取岩样的T₂谱曲线，记其T₂谱曲线面积为A₂，然后将含束缚水的岩样放入实验用油中，在地层温度下老化一周，测定老化之后的核磁共振T₂谱曲线。

S8、将老化之后的岩样擦去表面油后再次放入岩心夹持器中，将围压和内压设置到实验压力下，用重水驱替至残余油饱和度状态，取出岩样再次测量其T₂谱曲线，记其T₂谱曲线面积记为A₃。

S9、数据处理，具体包括如下步骤：

S91、样品孔喉分布特征的获取：

根据高压压汞实验获取样品的毛管压力曲线，可以求取岩心的孔喉分布特征，确定岩样的最大孔喉半径r_max和最小孔喉半径r_min，，计算公式如下：

式中：r—不同毛管压力所对应的毛管压力，mm；

σ—界面张力，N/m；

θ—润湿接触角，(°)；

p_c—毛管压力；

对于汞来说，界面张力和润湿角为确定值，σ为480mN/m，θ为140°，取正值则公式可表示为：

根据获取的孔喉半径分布特征可得到最大孔喉半径r_max和最小孔喉半径r_min。

S92、分形维数的计算：将毛管压力曲线和进汞饱和度曲线在双对数坐标下绘制，计算得到双对数曲线斜率k，分形维数D的具体计算公式如下：

D＝3-k

式中：D—分形维数；

k—曲线斜率；

S93、束缚水饱和度和残余油饱和度计算：饱和水状态下核磁共振T₂谱面积A₁与束缚水状态核磁共振T₂谱曲线面积A₂之间代表束缚水在孔隙中的分布，残余油状态下的核磁共振T₂谱曲线面积A₃即为残余油的分布，利用T₂谱面积比值法，计算束缚水饱和度S_wi和残余油饱和度S_or的公式如下：

(1)束缚水饱和度(％)：

式中，S_wi—束缚水饱和度，％；

A₁—饱和水状态下核磁共振T₂谱面积；

A₂—束缚水状态下核磁共振T₂谱面积；

(2)残余油饱和度(％)：

式中，S_or—残余油饱和度，％；

A₁—饱和水状态下核磁共振T₂谱面积；

A₃—残余油状态下核磁共振T₂谱面积；

S94、可动流体动用下限计算：

(1)基于多孔介质分形理论，建立简化的毛细管模型，假定致密储层储存空间由一系列长度为L半径为r的毛细管组成，且束缚水膜厚度均匀分布在毛细管中，则毛细管模型中的孔喉半径大于r的孔喉数量可以表示为：

式中：N(>r)—孔喉数量；P(r)—孔喉半径的分布密度函数；D—分形维数。

假设孔隙大小分布是连续的，对等式(1)求微分得到孔隙半径在r和r+dr之间的孔喉数量为：

dN(＞r)＝-Dr^-D-1r_max ^Ddr (2)

(2)在水驱油过程中，样品孔隙空间的未被驱动的残余油体积V_s可以表示为：

式中，r_c—可动流体半径。

(3)束缚水膜厚度和束缚水饱和度的关系可以表示为：

式中，h—束缚水膜厚度。

研究发现毛细管长度和毛管半径之间存在线性相关关系：

L＝ar (5)

式中，a—线性相关系数。

(4)将公式(2)和公式(4)、(5)带入公式(3)，则孔隙空间中剩余油体积可表示为：

(5)在式(3)中，临界孔喉半径r_c为最小孔喉半径r_min，且束缚水膜厚度h为0时，此时的累积计算体积为样品空间总孔隙体积V_p：

(6)将公式(2)带入公式(7)，由于毛细管长度和毛管半径之间存在线性相关关系，样品空间总孔隙体积V_p可以表示为：

(7)残余油饱和度Sor为累计驱油体积和总孔隙体积的比值，即式(6)与式(8)的比值，残余油饱和度可以表示为：

由于最大孔喉半径远大于最小孔喉半径，所以式(9)中最小孔喉半径可忽略不计，则式(9)可以表示为：

由式(10)可以得出可动流体动用下限r_c的计算式为：

式中：r_c—可动流体动用下限，μm；

S_or—残余油饱和度，％

S_wi—束缚水饱和度，％；

R_max—最大孔喉半径，μm；

D—分形维数；

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：现有的可动流体动用下限确定方法主要基于核磁共振T₂截止值方法，与实际储层可动流体动用情况具有一定的偏差，该方法结合致密岩心的特征，基于分形理论提出一种理论计算方法，有效克服了当前可动流体动用下限表征技术的不足，为有效确定致密储层流体动用下限提供新的思路和方法。

附图说明

图1、不同驱替压差下水驱油实验核磁共振T₂谱分布图

图2、分形维数计算示意图

图3、毛细管模型示意图

具体实施方式

以下结合附图和优选实例，对本发明的具体实施方式进行更详细的说明，此处所描述的优选实例仅用作说明和解释，并不用于限定本发明。

一种新的可动流体动用下限计算方法，包括如下步骤：

S1、取长度8cm，直径2.5cm的致密岩石的圆柱形岩样，并进行清洗、洗油、烘干处理。

S2、将清洗烘干的岩样切割为两段，第一段的长度为2.5cm，第二段的长度为4.5cm，然后将两段岩样再次烘干。

S3、按国家标准GB/T 29171-2012《岩石毛管压力曲线的测定》对第一段岩样进行毛管压力实验，测定岩石毛管压力曲线，毛管压力记为P_c。

S4、参照国家标准GB/T 29172-2012《岩心分析方法》测量第二段岩样的长度L、直径D、孔隙度φ_He、渗透率k、干重m₀和密度ρ，并计算孔隙体积V_p，计算公式为

S5、基本物性测量完成后，将第二段岩样在负0.1MPa下抽真空4h，在40MPa压力下加压饱和MnCl₂溶液48小时以上，其中MnCl₂溶液的浓度为50000ppm，测量岩样完全饱和水后的质量m₁并用核磁共振仪获取岩样T₂谱曲线，记其T₂谱曲线面积为A₁，计效孔隙体积V_eff和有效孔隙度φ_eff，当岩样的有效孔隙度与气测孔隙度的相对误差小于2％时，即满足

时，可认为岩样饱和完成，否则按上述步骤重新饱和。计算岩样的有效孔隙体积V_eff和有效孔隙度φ_eff的公式如下：

S6、将饱和完成的第二段岩样放入岩心加持器中，连接驱替装置，检查仪器气密性，在围压20MPa下，在先采用较小的驱替压差用重水(D₂O)注入岩心，置换出岩心中饱和的流体，在置换过程中逐渐增大压差并监测核磁共振信号，直至核磁共振曲线无信号响应时停止实验。在岩心夹持器出口端接油水分离计量管，将用重水置换后的岩样在一定压差下用地层原油开展油驱水实验，驱替完全饱和重水的岩样至束缚水饱和度时停止实验，卸载围压和内压后将岩心取出用核磁共振仪获取岩样的T₂谱曲线，记其T₂谱曲线面积为A₂，然后将含束缚水的岩样放入实验用油中，在地层温度下老化一周，测定老化之后的核磁共振T2谱曲线。

S8、将老化后的第二段岩样擦去表面油后再次放入岩心夹持器中开展水驱油实验，图1为不同驱替压力下水驱油过程中核磁共振T₂谱分布，在不同实验压力下，用重水驱替岩样至残余油饱和度状态，取出岩样再次测量其T₂谱曲线，记其T₂谱曲线面积记为A₃。

S9、数据处理，具体包括如下步骤：

S91、样品孔喉分布特征的获取：

根据高压压汞实验获取样品的毛管压力曲线，可以求取岩心的孔喉分布特征，确定岩样的最大孔喉半径r_max和最小孔喉半径r_min，，计算公式如下：

式中：r—不同毛管压力所对应的毛管压力，mm；

σ—界面张力，N/m；

θ—润湿接触角，(°)；

p_c—毛管压力；

对于汞来说，界面张力和润湿角为确定值，σ为480mN/m，θ为140°，取正值则公式可表示为：

根据获取的孔喉半径分布特征可得到最大孔喉半径r_max和最小孔喉半径r_min。

S92、分形维数的计算：

如图2所示，是根据高压压汞曲线计算分形维数的示意图。将毛管压力曲线和进汞饱和度曲线取对数值绘制曲线，得到曲线斜率k，分形维数D的具体计算公式如下：

D＝3-k

式中：D—分形维数；

k—曲线斜率；

S93、束缚水饱和度和残余油饱和度计算：饱和水状态下核磁共振T₂谱面积A₁与束缚水状态核磁共振T₂谱曲线面积A₂之间代表束缚水在孔隙中的分布，残余油状态下的核磁共振T₂谱曲线面积A₃即为残余油的分布，利用T₂谱面积比值法，计算束缚水饱和度S_wi和残余油饱和度S_or的公式如下：

(3)束缚水饱和度(％)：

式中，S_wi—束缚水饱和度，％；

A₁—饱和水状态下核磁共振T₂谱面积，；

A₂—束缚水状态下核磁共振T₂谱面积，；

(4)残余油饱和度(％)：

式中，S_or—残余油饱和度，％；

A₁—饱和水状态下核磁共振T₂谱面积，；

A₃—残余油状态下核磁共振T₂谱面积，；

S94、可动流体动用下限计算：

(1)基于多孔介质分形理论，建立简化的毛细管模型，假定致密储层储存空间由一系列长度为L半径为r的毛细管组成，且束缚水膜厚度均匀分布在毛细管中(图3)，则毛细管模型中的孔喉半径大于r的孔喉数量可以表示为：

式中：N(>r)—孔喉数量；P(r)—孔喉半径的分布密度函数；D—分形维数。

假设孔隙大小分布是连续的，对等式(1)求微分得到孔隙半径在r和r+dr之间的孔喉数量为：

dN(＞r)＝-Dr^-D-1r_max ^Ddr (2)

(2)在水驱油过程中，样品孔隙空间的未被驱动的残余油体积V_s可以表示为：

式中，r_c—可动流体半径。

(3)束缚水膜厚度和束缚水饱和度的关系可以表示为：

式中，h—束缚水膜厚度。

研究表明毛细管长度和毛管半径之间存在线性相关关系：

L＝ar (5)

式中，a—线性相关系数。

(4)将公式(2)和公式(4)、(5)带入公式(3)，则孔隙空间中剩余油体积可表示为：

(5)在式(3)中，临界孔喉半径r_c为最小孔喉半径r_min，且束缚水膜厚度h为0时，此时的累积计算体积为样品空间总孔隙体积V_p：

(6)将公式(2)带入公式(7)，由于毛细管长度和毛管半径之间存在线性相关关系，样品空间总孔隙体积V_p可以表示为：

(7)残余油饱和度Sor为累计驱油体积和总孔隙体积的比值，即式(6)与式(8)的比值，残余油饱和度可以表示为：

由于最大孔喉半径远大于最小孔喉半径，所以式(9)中最小孔喉半径可忽略不计，则式(9)可以表示为：

由式(10)可以得出可动流体动用下限r_c的计算式为：

式中：r_c—可动流体动用下限，μm；

S_or—残余油饱和度，％

S_wi—束缚水饱和度，％；

R_max—最大孔喉半径，μm；

D—分形维数；

综上所述，本发明基于分形理论推导建立了精确计算可动流体下限的公式，提出针对致密储层孔喉特征的可动流体计算流程和方法。该方法操作简单、得到的实验结果计量精度高，充分利用了致密储层孔喉结构特性及相关渗流理论，反映真实致密储层情况，更能准确评价致密油储层可动流体动用情况。

以上所述，并非对是对本发明作任何形式上的限制，任何本专业的技术人员，在不脱离本发明构思和技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出一定变化、增加或修饰为等同变化的实施方式。应当理解，未脱离本发明技术方案的前提下，任何根据本发明技术范围内所作出的修改、等同变化与替换，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种新的可动流体动用下限计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、取致密岩石的长度大于8cm的圆柱形岩样，并进行清洗烘干处理；

S2、将岩样切割为两段，第一段2.5cm，第二段4.5cm，将两段岩样再次烘干；

S3、将第一段岩样进行高压压汞实验，通过高压压汞法测定毛管压力曲线；

S4、测量第二段岩样的孔隙度φ_He、渗透率k、长度L、直径D、干重m₀和密度ρ，并计算孔隙体积V_p，测量基本物性后将岩心抽真空饱和地层水溶液，测量完全饱和水之后的岩样的质量m₁和核磁共振T₂曲线后，用重水(D₂O)驱替置换岩心中饱和的地层水，在置换过程中不断获取核磁共振曲线直至核磁共振曲线无信号；

S5、重水置换后将岩心放入岩心加持器，连接驱替装置，在围压5MPa下，用地层原油驱替饱和重水的岩心至束缚水状态后停止驱替，取出岩心测量束缚水状态下的核磁共振T₂谱曲线，然后将岩心放入实验用油中进行老化一周并测量老化之后的岩心的核磁共振T₂谱曲线；

S6、将老化后的岩心再次放入夹持器中，在实验压力下用重水驱替至残余油状态，测量残余油状态下的核磁共振T₂谱曲线；

S7、数据处理，包括以下步骤：

S71、获取样品孔喉分布特征：根据获取的毛管压力曲线，求取岩心的孔喉分布特征，确定最大孔喉半径r_max和最小孔喉半径r_min，公式如下：

式中：r—不同毛管压力所对应的毛管压力，mm；

σ—界面张力，N/m；

θ—润湿接触角，(°)；

p_c—毛管压力；

对于汞来说，界面张力和润湿角为确定值，σ为480mN/m，θ为140°，取正值则公式可表示为：

S72、分形维数的计算：将毛管压力曲线和进汞饱和度曲线取对数值后绘制曲线，计算得到曲线斜率k，分形维数D的计算公式如下：

D＝3-k

S73、束缚水饱和度和残余油饱和度的计算，饱和水状态下核磁共振T₂谱面积A₁与束缚水状态核磁共振T₂谱曲线面积A₂之间代表束缚水在孔隙中的分布，残余油状态下的核磁共振T₂谱曲线面积A₃即为残余油的分布，利用T₂谱面积比值法，计算束缚水饱和度S_wi和残余油饱和度S_or的公式如下：

式中：S_wi—束缚水饱和度，％；

S_or—残余油饱和度，％；

A₁—饱和水状态下核磁共振T₂谱面积；

A₂—束缚水状态下核磁共振T₂谱面积；

A₃—残余油状态下核磁共振T₂谱面积；

S73、基于多孔介质分形原理，确定可动流体动用下限r_c，具体如下：

(1)基于多孔介质分形理论，建立简化的毛细管模型，假定致密储层储存空间由一系列长度为L半径为r的毛细管组成，且束缚水膜厚度均匀分布在毛细管中，则毛细管模型中的孔喉半径大于r的孔喉数量可以表示为：

式中：N(>r)—孔喉数量；P(r)—孔喉半径的分布密度函数；D—分形维数；

假设孔隙大小分布连续，对等式(1)求微分得到孔隙半径在r和r+dr之间的孔喉数量为：

dN(>r)＝-Dr^-D-1r_max ^Ddr (2)

(2)在水驱油过程中，样品孔隙空间的未被驱动的残余油体积V_s可以表示为：

式中，r_c—可动流体半径；

(3)束缚水膜厚度和束缚水饱和度的关系可以表示为：

式中，h—束缚水膜厚度；

毛细管长度和毛管半径之间存在线性相关关系：

L＝ar (5)

式中，a—线性相关系数；

(4)将公式(2)和公式(4)、(5)带入公式(3)，则孔隙空间中剩余油体积可表示为：

(5)在式(3)中，临界孔喉半径r_c为最小孔喉半径r_min，且束缚水膜厚度h为0时，此时的累积计算体积为样品空间总孔隙体积V_p：

(6)将公式(2)带入公式(7)，样品空间总孔隙体积V_p可以表示为：

(7)残余油饱和度S_or为累计驱油体积和总孔隙体积的比值，即式(6)与式(8)的比值，残余油饱和度可以表示为：

由于最大孔喉半径远大于最小孔喉半径，所以式(9)中最小孔喉半径可忽略不计，则式(9)可以表示为：

由式(10)可以得出可动流体动用下限r_c的计算式为：

式中：r_c—可动流体动用下限，μm；

S_or—残余油饱和度，％

S_wi—束缚水饱和度，％；

R_max—最大孔喉半径，μm；

D—分形维数；。

2.如权利要求1所述的一种新的可动流体动用下限计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，孔隙体积V_p计算公式为：

式中，φ_He—岩样孔隙度，％；

D—岩样直径，cm；

L—岩样长度，cm。

3.如权利要求1所述的一种新的可动流体动用下限计算方法，其特征在于，所述步骤S4具体是：先将第二段岩样在负0.1MPa下抽真空4h，在40MPa压力下加压饱和MnCl₂溶液48小时以上，测量岩样的质量，记为m₁，计算岩样的有效孔隙体积V_eff和有效孔隙度φ_eff，当满足

时，则岩样饱和完成，否则按上述步骤重新饱和。

4.如权利要求1所述的一种新的可动流体动用下限计算方法，其特征在于，计算岩样的有效孔隙体积V_eff和有效孔隙度φ_eff的公式如下：

式中，

—MnCl₂溶液的密度。

5.如权利要求1所述的一种新的可动流体动用下限计算方法，其特征在于，所述MnCl₂溶液的浓度为50000ppm。

6.如权利要求1所述的一种新的可动流体动用下限计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，圆柱形岩心长度8～10cm，直径2～3cm。

7.如权利要求1所述的一种新的可动流体动用下限计算方法，其特征在于，按国家标准GB/T 29171-2012《岩石毛管压力曲线的测定》对第一段岩样进行毛管压力实验。

Images