恒速壓汞、核磁、啟動壓力

1、1、微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征對比利用恒速壓汞儀，分別測試了東16扶楊油層的一塊巖樣和樹322區(qū)塊的一塊 巖樣。(1)恒速壓汞試驗原理恒速壓汞的實驗原理簡述如下：恒速壓汞以非常低的速度進汞，其進汞速度 為0.000001mL/s,如此低的進汞速度保證了準(zhǔn)靜態(tài)進汞過程的發(fā)生。 在此過程中， 界面張力與接觸角保持不變；進汞前緣所經(jīng)歷的每一個孔隙形狀的變化，都會引 起彎月面形狀的改變，從而引起系統(tǒng)毛管壓力的改變。其過程如下圖所示，左圖 為孔隙群落以及汞前緣突破每個結(jié)構(gòu)的示意圖，右圖為相應(yīng)的壓力變化。當(dāng)進汞前緣進入到主孔喉1時，壓力逐漸上升，突破后，壓力突然下降，如右圖第一個 壓力降落0(1)，之后汞將逐漸將這

2、第一個孔室填滿并進入下一個次級孔喉，產(chǎn) 生第二個次級壓力降落 0(2),以下漸次將主孔喉所控制的所有次級孔室填滿。 直至壓力上升到主孔喉處的壓力值， 為一個完整的孔隙單元。主孔喉半徑由突破 點的壓力確定，孔隙的大小由進汞體積確定。這樣孔喉的大小以及數(shù)量在進汞壓 力曲線上得到明確的反映。T 年-uJfi Btliuii 腔訕nie圖1-4恒速壓汞測試原理圖實驗采用美國Coretest公司制造的ASPE730恒速壓汞儀。進汞壓力0-1000psi(約7MPa。進汞速度0.000001ml/s。接觸角140o，界面張力485達因/厘米。樣品外觀體積約1.5cm。(2)恒速壓汞測試與分析表1-3、圖1

3、-5圖1-12給出了榆樹林兩個特低滲透巖樣的數(shù)據(jù)測試結(jié)果351002003004003025205 0 5 0T T500孔道半徑(um圖1-5樣品孔道半徑分布情況圖圖1-6樣品喉道半徑分布情況圖100806040o O2Y-樹 322-升 37146810喉道半徑（um圖1-7樣品喉道半徑累積分布圖山值獻貢率透滲504030-樹322-升 371o O2 1O喉道半徑（um）圖1-8樣品單一喉道對滲透率的貢獻率圖孔喉半徑比圖1-9樹322區(qū)塊一樣品孔喉半徑比分布圖1-10東16區(qū)塊一樣品孔喉半徑比分布islsd 力壓管毛圖1-11樹322區(qū)塊一樣品毛管壓力曲線)3lspk 力壓管毛0.101

4、02030405060708090100Sw (%PV)圖1-12東16區(qū)塊一樣品毛管壓力曲線表1-3所測試特低滲透巖樣數(shù)據(jù)參數(shù)名稱東16區(qū)塊巖心樹322區(qū)塊巖心滲透率（mD3.67211.0149孔隙度（%19.6513.24最大喉道半徑（um）29.02.4平均喉道半徑（方均根）4.2831.416方差2.1350.553相對分選系數(shù)0.4980.390均質(zhì)系數(shù)0.1290.545從圖表中數(shù)據(jù)分析可知，東16和樹322兩區(qū)塊的孔道半徑分布比較接近， 東16區(qū)塊略大，而喉道分布相差很大。樹322區(qū)塊巖心喉道半徑分布集中在 0.2 2.4 m，平均1.42 m，沒有大級別喉道（大于3 m）;而

5、東16區(qū)塊巖心喉道半 徑分布集中在111 m，平均4.28 m，大級別喉道（大于3 m）占66.45%。孔喉半徑比是巖石孔喉特征分析中的一項重要參數(shù)，當(dāng)孔隙半徑與喉道半徑的比值較小時，孔隙被較大喉道控制，此時有利于孔隙內(nèi)的油氣采出，反之，當(dāng)孔隙半徑與喉道半徑的比值較大時， 表明大孔隙被小喉道控制， 此時不利于孔隙 內(nèi)的油氣采出。 東 16 區(qū)塊巖樣的孔喉半徑比明顯小于樹 322 區(qū)塊巖樣的孔喉半 徑比。因此，東 16 區(qū)塊巖樣與樹 322 區(qū)塊巖樣相比有利于孔隙內(nèi)的油氣采出。從毛管壓力曲線可以看出： 樹 322 區(qū)塊巖樣的喉道進汞飽和度為 17%，孔道 進汞飽和度為37%，總的進汞飽和度為54

6、%，進汞壓力為50psia；東16區(qū)塊巖 樣喉道的進汞飽和度為 35%，孔道進汞飽和度為 43%，總的進汞飽和度為 80%， 進汞壓力為0.8psia。因此，可以得到：東16區(qū)塊的孔道發(fā)育程度和喉道發(fā)育程 度均高于樹 322 區(qū)塊。從油層物理角度來說， 如果滲透率主要是由較大的喉道所貢獻的， 那么流體 的滲流通道大，滲流阻力小，滲流能力強，儲層開發(fā)潛力大。反之，如果滲透率 主要由小的喉道所貢獻的， 那么流體的滲流阻力就大， 滲流能力弱， 儲層開發(fā)難 度大。對東16區(qū)塊滲透率作主要貢獻的喉道集中在 5 m附近，而對樹322區(qū)塊 滲透率作主要貢獻的喉道集中在 2 m附近。因此，東16區(qū)塊的開發(fā)潛力

7、和開發(fā) 效果都明顯好于樹 322 區(qū)塊。2、可動流體百分?jǐn)?shù)測試分析（1）核磁共振測試可動流體百分?jǐn)?shù)的原理 顧名思義，核磁共振是原子核和磁場之間的相互作用。由于油、水中富含氫核1H，因此，石油勘探與開發(fā)研究中最常用的原子核是氫核1H。巖樣飽和油或水后，由于油或水中的氫核具有核磁矩，核磁矩在外加靜磁場中會產(chǎn)生 能級分裂，此時當(dāng)有選定頻率的外加射頻場時，核磁矩就會發(fā)生吸收躍遷， 產(chǎn)生核磁共振。通過適當(dāng)?shù)奶綔y、接收線圈就可以觀察到核磁共振現(xiàn)象，探 測到核磁共振信號 （磁化矢量 ），核磁共振信號強度與被測樣品內(nèi)所含氫核的數(shù) 目成正比。核磁共振中極其重要的一個物理量是弛豫， 弛豫是磁化矢量在受到射頻場 的

8、激發(fā)下發(fā)生核磁共振時偏離平衡態(tài)后又恢復(fù)到平衡態(tài)的過程。核磁共振中 有兩種作用機制不同的弛豫，分別叫做 T1弛豫和T2弛豫。弛豫速度的快慢由 巖石物性和流體特征決定，對于同一種流體，弛豫速度只取決于巖石物性。標(biāo)識弛豫速度快慢的常數(shù)稱為弛豫時間，對于Ti弛豫叫Ti弛豫時間，對于T2弛豫叫T2弛豫時間。雖然 Ti弛豫時間和T2弛豫時間均反映巖石物性和流 體特征，但Ti弛豫時間測量費時，現(xiàn)代核磁共振通常測量T2弛豫時間。對純凈物質(zhì)樣品（如純水），每個氫核的周圍環(huán)境及原子核相互作用均相同， 因此可用一個弛豫時間 T2描述樣品的物性。而對于油氣藏的巖石多孔介質(zhì)樣 品而言，情況要復(fù)雜得多，儲層巖石中礦物組成

9、和孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，流體 存在于多孔介質(zhì)中，被許多界面分割包圍，孔道形狀、大小不一，原子核與 固體表面上順磁雜質(zhì)接觸的機會不一致等，使得各個原子核弛豫得到加強的 幾率不等，所以巖石流體系統(tǒng)中原子核弛豫不能以單個弛豫時間來描述，而 應(yīng)當(dāng)是一個分布。不同巖石流體系統(tǒng)的物性決定了它們具有不同的T2分布,因此反過來獲得了它們的 T2分布就可以確定它們的物理性質(zhì)。根據(jù)核磁共振快擴散表面弛豫模型，單個孔道內(nèi)的原子核弛豫可用一個 弛豫時間來描述，此時，T2可表示為：2 2 22G2D 2 /3(1-1)1 1T 2T 2B其中：右邊第一項稱作體弛豫項，T2B的大小取決于飽和流體性質(zhì)，因此該項容易去掉；右邊第

10、三項稱作擴散弛豫項，通過采用所建立的核磁共振去擴散 測量實驗技術(shù)，該項也可以被去掉。去掉右邊第一項和第三項后，公式（1-1）變?yōu)椋篠丄T2S/V為單個孔隙其中：2為表面弛豫強度，取決于孔隙表面性質(zhì)和礦物組成; 的比表面，與孔隙半徑成反比。對于由不同大小孔隙組成的巖石多孔介質(zhì)，總的弛豫為單個孔隙弛豫的疊 加（單個孔隙的弛豫用式（1-1）表示，即：其中，S(t)為總核磁信號強度，Ai為弛豫時間T2i組份所占的比例，即為與 T2i 對應(yīng)的一定孔徑的孔隙體積占總孔隙體積的百分率。核磁共振T2測量采集到的基本數(shù)據(jù)是回波串即T2弛豫過程中總核磁信號強度S(t)隨時間t的衰減曲線，對回波串進行多指數(shù)擬合，即

11、求解式，求得每一 T2i對應(yīng)的Ai,將T2i作橫坐標(biāo)，Ai作縱坐標(biāo)，可得到T2弛豫時間的分布 即T2譜。(1-3)T為回波T足夠短時(1-4)巖石流體中 T2弛豫要復(fù)雜的多。除受表面順磁離子的加強(加強方 式同Ti弛豫)，還由于巖粒與流體的磁導(dǎo)率不同導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部磁場不均勻 性及分子擴散造成 T2弛豫的進一步加強，這時 T2可表示為：2 2G 2 D 2 / 3T2V式中D為擴散系數(shù)，G為內(nèi)磁場不均勻性，與外加磁場成正比， 間隔。從式中可看出，當(dāng)外場不很強(對應(yīng)于G不很大)，且后一項的貢獻可忽略不計，此時：1S2T2V因此弛豫時間分布反映了巖石介質(zhì)內(nèi)比表面的分布及其對展布在內(nèi) 表面上流體作用力的

12、強弱。圖1-13為一塊典型的低滲透儲層巖樣的T2弛豫時間譜，形狀為雙峰結(jié)構(gòu)。其中左峰下的面積代表束縛流體含量，右峰下的面積代表可動流體含量。圖1-13典型低滲透儲層巖樣的 T2弛豫時間譜(2)可動流體測試結(jié)果分析利用低磁場核磁共振儀，對 20塊巖樣進行了可動流體核磁共振檢測。測試結(jié)果見表1-4、圖1-14圖1-18。表1-4兩個區(qū)塊不同巖樣可動流體百分?jǐn)?shù)測試結(jié)果巖心號孔隙度(%滲透率(mD可動流體百分?jǐn)?shù)(%樹 32228110.0198.03樹 3222410.660.02712.94樹 3221510.170.05821.98樹 322-1410.090.07923.50樹 3222512.

13、350.29534.41樹 321 813.550.43532.54樹 3222612.730.49638.85樹 34 309.540.52540.20樹 322-2012.910.95834.61樹 322 1912.862.27348.77樹 34-2912.813.26251.73升 371-111.80.00212.45升 37 3414.560.07624.90升 37 3114.430.19126.72升 371 314.980.208127.87樹 14檢 40-1116.510.683637.28升 371-217.921.393540.16升 371 517.132.132

14、741.49樹 14檢 40-1217.323.594356.79升 371 620.0312.995368.210.1 1 10 100 1000 10000T2弛豫時間圖1-14 樹322-14井巖樣（0.079mD的T2弛豫時間譜T2弛豫時間圖1-15 樹322-20井巖樣（0.958mD的T2弛豫時間譜0.1 1 10 100 1000 10000T2弛豫時間圖1-16 升371 - 5井巖樣（2.133mD的T2弛豫時間譜T2弛豫時間圖1-17 升371 6井巖樣（12.995mD）的T2弛豫時間譜80 0 1110.01 0.1 1 10 1）0數(shù)分百體流動可-20 滲透率（md）

15、圖1-18 兩個區(qū)塊可動流體百分?jǐn)?shù)對比結(jié)果從上面的圖中可以看出：T2弛豫時間譜隨著滲透率的增大而向右峰偏移， 即向孔徑半徑大的方向偏移；對同一油田的某個區(qū)塊，可動流體百分?jǐn)?shù)與滲透率 呈很好的半對數(shù)關(guān)系；東16區(qū)塊巖心的可動流體百分?jǐn)?shù)要比樹 322區(qū)塊巖心的 可動流體百分?jǐn)?shù)高。樹322區(qū)塊巖心的可動流體百分?jǐn)?shù)為 48.77；東16區(qū)塊巖心 的可動流體百分?jǐn)?shù)為53.94。因此，東16區(qū)塊的整體開發(fā)效果好于樹322區(qū)塊。3、啟動壓力梯度測試分析(1)啟動壓力梯度測試方法啟動壓力梯度的測試在理論上需要測試流體從靜止到滲流發(fā)生的瞬間巖心 兩端的壓力差值，但在目前技術(shù)條件下，滲流瞬間啟動的控制和測量難以達

16、到， 因此，在我們的實驗中啟動壓力梯度的測試方法是逐次降低實驗流量，測定不同流量下巖心兩端的壓力差值，繪制流量一壓力梯度實驗曲線，擬合曲線在壓力梯 度坐標(biāo)上的截距，以此擬合值為巖心的啟動壓力梯度值。 因此實驗過程中能達到 的最小流量越小，擬合出的啟動壓力梯度值越精確。我們的實驗采用進口 QUIZIX 四缸柱塞泵，最小校正流量可達到 0.0008ml/min，保證了實驗的精度。圖1-19是典型的特低滲透巖心低速滲流曲線。從圖中可以看出：在低速流動階段，流量和壓力關(guān)系曲線屬于非線性滲流曲線， 曲線彎曲，不再符合達西滲 流規(guī)律。在速度較高的階段屬于線性滲流， 但其延長線不通過原點，因此將其稱 為擬線

17、性流。速度較高時的擬線性滲流延長線交于橫軸的交點，稱為擬啟動壓力 梯度。0.0010.010.1 1 10100壓力梯度(atm/m)圖1-19特低滲透巖心典型滲流曲線(2)啟動壓力梯度測試?yán)玫蜐B透物理模擬實驗，對8塊巖樣進行了啟動壓力梯度測試。測試結(jié)果表1-5兩個區(qū)塊不同巖樣滲透率測試結(jié)果巖心號孔隙度%滲透率10"3uni真實啟動壓力梯度MP/m啟動壓力梯度MP/m樹 322-1410.090.07930.035000.10000樹 322-2113.080.22970.033000.08823樹 322-1812.680.49320.014500.07463樹 322-2012.910.95780.012000.07143升 37-3313.671.28270.008160.06172樹 14-檢 40-1217.323.59430.009870.05380樹 14-檢 40-137.83020.008420.03400升 371-620.0312.99530.002500.01600壓力梯度(MPa/m)圖1-20 樹322-14巖心流量曲線nm m 度速壓力梯度(MPa/m)壓力梯度(MPa/m)圖1-22 樹322-18巖心流量曲線圖1-23 樹14-檢40-12巖心流量曲線m度 度 速壓力梯度(MPa/m)加爲(wèi)度梯