低滲透油田可動流體評價研究

低滲透油田可動流體評價研究

近年來，中國對石油和天然氣的有效利用具有重要意義。由于低滲透儲層地質(zhì)條件差,孔隙極其微小,很大一部分流體在滲流過程中被毛管力和粘帶力所束縛不能參與流動,只有能夠參與流動的流體才是真正具有開采價值的可動資源量,因此低滲透油田開發(fā)首先應(yīng)做好開發(fā)潛力評價工作。目前,低滲透油田開發(fā)潛力高低評價通常還是借用中、高滲透油田的評價方法,即以儲層厚度、儲層連續(xù)性和分布穩(wěn)定性、儲層孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)等作為評價標(biāo)準(zhǔn),沒有考慮可動流體因素,我國多個低滲透油田現(xiàn)場實際開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)教訓(xùn)表明,這樣做是不充分的,不能夠?qū)Φ蜐B透油田的開發(fā)潛力高低作出準(zhǔn)確評價。核磁共振技術(shù)是近年來興起的一項可用于可動流體評價的高新技術(shù),本文采用該項技術(shù)對低滲透油田開發(fā)潛力評價及可動流體影響因素等重要問題進(jìn)行了研究。1核磁共振t1馳豫時間當(dāng)含油(或水)樣品處于均勻靜磁場中時,流體中所含的氫核1H就會被磁場極化,宏觀上表現(xiàn)出一個磁化矢量。此時對樣品施加一定頻率(拉莫頻率)的射頻場就會產(chǎn)生核磁共振,隨后撤掉射頻場,可接收到一個幅度隨著時間以指數(shù)函數(shù)衰減的信號,可用兩個參數(shù)描述該信號衰減的快慢:縱向馳豫時間T1和橫向馳豫時間T2。在巖石核磁共振測量中,一般采用T2測量法。根據(jù)核磁共振理論分析,T1和T2均反映巖石孔隙比表面的大小,即:1T2=ρSV(1)1Τ2=ρSV(1)式中T2為單個孔隙內(nèi)流體的核磁共振T2馳豫時間;ρ為巖石表面馳豫強(qiáng)度常數(shù);S/V為單個孔隙的比表面。巖石多孔介質(zhì)是由不同大小孔隙組成的,存在多種指數(shù)衰減信號,總的核磁馳豫信號S(t)是不同大小孔隙的核磁馳豫信號的疊加:S(t)=∑Aiexp(-t/T2i)(2)式中T2i是第i類孔隙的T2馳豫時間;Ai表示馳豫時間為T2i的孔隙所占的比例,對應(yīng)于巖石多孔介質(zhì)內(nèi)在的孔隙比表面(S/V)或孔隙半徑(r)的分布比例。在獲取T2衰減疊加曲線后,采用數(shù)學(xué)反演技術(shù),可以計算出不同馳豫時間(T2)的流體所占的份額,即所謂的T2馳豫時間譜(T2譜)。由式(1)可知,T2譜實際上代表了巖石內(nèi)的孔隙半徑分布情況。從油層物理學(xué)中可知,當(dāng)孔隙半徑小到某一程度后,孔隙中的流體將被毛管力或粘滯力所束縛而無法流動。因此在T2譜上就存在一個界限,當(dāng)孔隙流體的T2馳豫時間大于某一值時,流體為可動流體,反之為不可動流體,這個T2馳豫時間界限,常被稱為可動流體T2截止值。綜上所述,利用核磁共振技術(shù)可以快速、無損、準(zhǔn)確地測定巖樣中的可動流體量。2巖心超聲心測定可動流體評價研究分析了共計165塊巖樣,分別取自我國4個不同地區(qū)的低滲透油田,取心資料如表1所示。核磁共振測試是在我們自行開發(fā)研制的國內(nèi)首臺低磁場核磁共振巖心分析儀上進(jìn)行的,該儀器各項性能指標(biāo)均達(dá)到當(dāng)今國際先進(jìn)水平。具體實驗步驟和方法如下:(1)首先鉆取直徑3.8cm(礫巖)或直徑2.5cm(砂巖、灰質(zhì)泥巖)規(guī)格柱塞巖樣,并將兩端取齊、取平,然后用溶劑(酒精+苯)抽提法進(jìn)行洗油,潔凈度至熒光三級以下,再將巖心置于真空干燥箱中65℃條件下進(jìn)行干燥至恒重為止,稱巖心干重,測量長度和直徑。(2)用空氣作為滲流介質(zhì),對每塊巖心均測量五組不同壓差和流量下的氣體滲透率,通過線性回歸得到克氏滲透率。(3)將巖心抽真空12h以上飽和模擬地層水,稱濕重,計算孔隙度。(4)將100%飽和水的巖心置于低磁場核磁共振巖心分析儀的探頭中,進(jìn)行核磁共振測量,并反演計算出T2馳豫時間譜。主要測試參數(shù)為:共振頻率2.38MHz,回波時間0.3×10-3s,信噪比控制在80以上,T2譜擬合點數(shù)為100點。(5)選取部分巖樣進(jìn)行6.8×104kgf/m2離心力下的高速離心,對離心后的巖樣進(jìn)行核磁共振測量,測量參數(shù)與離心前相同。(6)選取部分巖樣進(jìn)行CT掃描和環(huán)境電鏡掃描測試等。3油層物理特性圖1給出的是上述165塊巖心中的一塊巖心在6.8×104kgf/m2離心力下離心前后的核磁共振T2譜,通過此T2譜可確定可動流體T2截止值。T2譜上T2馳豫時間大于T2截止值各點的幅度和占所有點幅度和的百分?jǐn)?shù)即為可動流體百分?jǐn)?shù),從油層物理角度來講,可動流體百分?jǐn)?shù)是指孔徑大于截止孔徑的孔隙體積占巖樣總孔隙體積的百分?jǐn)?shù)。核磁共振可動流體相當(dāng)于飽和水巖樣在6.8×104kgf/m2離心力下離出的水量,對于水-氣系統(tǒng)而言,σ取72.75dyne/cm,θ取0°,根據(jù)毛管壓力計算公式“pc=2σcosθ/r”,6.8×104kgf/m2離心力(毛管壓力)對應(yīng)的孔隙半徑大小約為0.21μm。因此核磁共振可動流體指的是巖石內(nèi)部孔徑大于0.21μm孔隙中所含的流體量,對低滲透油田開發(fā)而言,它可作為最大可開采資源量的評價標(biāo)準(zhǔn)。大量實驗結(jié)果表明,用核磁共振測量方法所獲得的可動流體百分?jǐn)?shù)與上述離心法之間的相對誤差在5%以內(nèi)。4低滲透油田巖心可動流體特征所分析4個低滲透油田165塊巖心的孔隙度與可動流體百分?jǐn)?shù)的相關(guān)關(guān)系如圖2所示,圖中橫坐標(biāo)是巖心的孔隙度,縱坐標(biāo)是巖心的可動流體百分?jǐn)?shù)。由圖2可直觀看出,165塊巖心可動流體百分?jǐn)?shù)值的分布范圍很寬,圖中各點非常分散,各點之間的相關(guān)性差,相關(guān)系數(shù)僅為0.599(一元線性回歸)。這一現(xiàn)象表明,孔隙度較高巖心的可動流體百分?jǐn)?shù)不一定也較高,反之亦然。對孔隙度接近的不同巖心而言,其可動流體百分?jǐn)?shù)可能會存在很大差異,以孔隙度介于9%～11%之間的14塊巖心為例,最大可動流體百分?jǐn)?shù)為52.30%,最小可動流體百分?jǐn)?shù)為7.67%,可動流體百分?jǐn)?shù)小于10%的有2塊巖心,介于10%～20%之間的有3塊,介于20%～30%之間的有6塊,介于30%～40%之間、40%～50%之間和大于50%的各有1塊巖心。大慶頭臺油田和長慶安塞油田65塊砂巖巖心的滲透率與可動流體百分?jǐn)?shù)的相關(guān)關(guān)系如圖3所示,圖中橫坐標(biāo)(對數(shù))是巖心的滲透率,縱坐標(biāo)是巖心的可動流體百分?jǐn)?shù)。圖3中各點一元線性回歸的相關(guān)系數(shù)為0.824(滲透率取對數(shù)),滲透率與可動流體百分?jǐn)?shù)的相關(guān)關(guān)系似乎略好于孔隙度。但與圖2類似,圖3中各點同樣很分散,表明滲透率較高巖心的可動流體百分?jǐn)?shù)不一定較高,反之亦然。對滲透率接近的不同巖心而言,其可動流體百分?jǐn)?shù)可能會存在很大差異,以滲透率介于0.5～1.0(×10-3μm2)之間的14塊巖心為例,最大可動流體百分?jǐn)?shù)為52.30%,最小可動流體百分?jǐn)?shù)為13.48%,可動流體百分?jǐn)?shù)小于20%的有2塊巖心,介于20%～30%之間的有3塊,介于30%～40%之間的有4塊,介于40%～50%之間的有4塊,大于50%的有1塊。綜上所述,與中、高滲透油田不同,低滲透油田巖心可動流體百分?jǐn)?shù)的分布范圍很寬,對不同地區(qū)不同巖性的低滲透油田巖心而言,可動流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度或滲透率之間均沒有很好的相關(guān)關(guān)系,孔隙度、滲透率較高巖心的可動流體百分?jǐn)?shù)有可能反而較低,孔隙度、滲透率較低巖心的可動流體百分?jǐn)?shù)有可能反而較高,孔隙度或滲透率比較接近的不同巖心的可動流體百分?jǐn)?shù)可能會存在很大差異。因此低滲透油田儲層質(zhì)量好差或開發(fā)潛力高低評價應(yīng)綜合考慮可動流體因素,只有這樣才能夠作出更為準(zhǔn)確和可靠的評價,而目前常用的以孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)等作為評價標(biāo)準(zhǔn)而不考慮可動流體因素的評價方法是不充分和不全面的。低滲透油田巖心可動流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度或滲透率之間均沒有很好相關(guān)關(guān)系是一客觀現(xiàn)象,造成這一現(xiàn)象的原因非常復(fù)雜,下面通過低滲透油田儲層可動流體影響因素的幾點研究對造成該現(xiàn)象的原因作初步分析和探討。對不同地區(qū)不同巖性的低滲透油田儲層而言,可動流體百分?jǐn)?shù)高低的影響因素很多,但本文的研究結(jié)果表明,微裂縫發(fā)育程度、粘土充填孔隙程度及次生孔隙發(fā)育程度等微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征是可動流體百分?jǐn)?shù)高低的主要影響因素。(1)高分辨率X-CT掃描和環(huán)境電鏡掃描圖像表明,低滲透油田儲層普遍存在微裂縫。微裂縫能夠溝通其它孔隙,增加可動流體量,因此微裂縫發(fā)育程度對可動流體百分?jǐn)?shù)高低有顯著影響。如果巖樣的微裂縫發(fā)育程度較高,那么即使其孔隙度或滲透率較低,該樣的可動流體百分?jǐn)?shù)仍然可能會較高,反之,如果巖樣的微裂縫發(fā)育程度較低,那么即使其孔隙度或滲透率較高,該樣的可動流體百分?jǐn)?shù)仍然可能會較低。對于孔隙度和滲透率接近的兩塊巖樣而言,如果其微裂縫發(fā)育程度不等,則微裂縫發(fā)育程度較高巖樣的可動流體百分?jǐn)?shù)較高。圖4所示是大慶頭臺油田35塊低滲透砂巖巖心可動流體百分?jǐn)?shù)與微裂縫孔隙度相關(guān)關(guān)系(微裂縫孔隙度采用三維X-CT掃描測定),由圖中可直觀看出,微裂縫孔隙度越大,可動流體百分?jǐn)?shù)越高。(2)新疆小拐油田儲層為裂縫性儲層,基質(zhì)巖性以礫巖和砂巖為主,基質(zhì)巖樣孔隙度、滲透率分布范圍較大,但其可動流體百分?jǐn)?shù)卻普遍很低,取自主力油層的45塊有代表性基質(zhì)巖樣的可動流體百分?jǐn)?shù)平均值僅為13.31%。環(huán)境電鏡掃描圖像表明,造成這一現(xiàn)象的根本原因是粒間孔被綠泥石粘土嚴(yán)重充填,粘土微孔中的流體通常為束縛流體,滲流過程中不參與流動,因此粘土充填孔隙程度對低滲透儲層可動流體百分?jǐn)?shù)高低有明顯影響。(3)高分辨率X-CT掃描、微聚焦掃描和環(huán)境電鏡掃描圖像表明,青海獅子溝油田部分巖樣內(nèi)有重結(jié)晶作用形成的孔徑達(dá)10～20μm的次生孔隙發(fā)育或微裂縫存在,這類巖樣的可動流體百分?jǐn)?shù)通常較高,而沒有次生孔隙發(fā)育或微裂縫存在的巖樣的可動流體百分?jǐn)?shù)通常很低,其孔隙主要由泥晶顆粒形成的孔徑小于1μm的晶間微孔構(gòu)成,這類孔隙中的流體通常為不可動流體,因此次生孔隙發(fā)育程度和微裂縫發(fā)育程度對低滲透儲層可動流體百分?jǐn)?shù)高低有顯著影響。5核磁共振可動流體評價研究如前所述,本文以核磁共振技術(shù)為主,輔助以其它高新技術(shù)手段,對我國三種不同巖性的四個低滲透油田儲層共165塊巖樣進(jìn)行了可動流體評價研究,下面結(jié)合各油田情況逐一作對比分析。(1)新疆小拐油田是一個巖性以礫巖和砂巖為主的裂縫性低滲透油田,儲層厚度大,裂縫發(fā)育,但投入開發(fā)后發(fā)現(xiàn),三分之二井不出油,而且產(chǎn)油井產(chǎn)量遞減和含水上升均非?？?對儲層進(jìn)行人工壓裂改造也未取得明顯效果。該油田先后采用很多種測試手段均未搞清楚開發(fā)效果不佳的根本原因,因此選送45塊來自主力油層的基質(zhì)巖樣進(jìn)行了核磁共振可動流體評價研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),45塊巖樣可動流體百分?jǐn)?shù)平均值僅為13.31%,基質(zhì)巖石可動流體百分?jǐn)?shù)很低、供油能力不足是造成小拐油田開發(fā)效果差的根本原因。鑒于基質(zhì)巖石可動流體百分?jǐn)?shù)很低、供油能力不足,小拐油田改變了開發(fā)方案,鉆直井改為鉆大斜度井,以便盡可能多地鉆遇裂縫,從而明顯地改善了油田開發(fā)效果。(2)青海獅子溝油田是一個巖性以灰質(zhì)泥巖為主的裂縫性低滲透油田,儲層裂縫發(fā)育,油田鉆探過程中曾獲高產(chǎn)油氣流。為進(jìn)一步搞清油田經(jīng)濟(jì)儲量、明確開發(fā)潛力,對55塊基質(zhì)巖樣進(jìn)行了核磁共振可動流體評價研究。與小拐油田45塊巖心均取自主力油層不同,獅子溝油田55塊巖心是按深度均勻取樣方式取自同一口井的約100m井段。結(jié)果表明:55塊巖心中,可動流體百分?jǐn)?shù)小于10%的巖心個數(shù)占54.5%,10%至20%之間占25.5%,20%的巖心可動流體百分?jǐn)?shù)大于20%;有次生孔隙發(fā)育或微裂縫存在的巖心可動流體百分?jǐn)?shù)較高,而沒有次生孔隙發(fā)育或微裂縫存在的巖心可動流體百分?jǐn)?shù)很低,次生孔隙或微裂縫是獅子溝油田灰質(zhì)泥巖基質(zhì)巖石可動流體的主要來源。以核磁共振可動流體評價實驗結(jié)果為基礎(chǔ),并以可動流體孔隙度(可動流體孔隙體積與巖樣外觀體積之比)大于1%為有利層段的評價標(biāo)準(zhǔn),從獅32斜井的約100m井段中劃分出11個有利層段,表明獅子溝油田在部分層段有一定的開發(fā)潛力。研究結(jié)果不僅給青海獅子溝油田儲量計算提供了可靠依據(jù),而且鼓舞了青海油田對獅子溝油田進(jìn)行勘探和開發(fā)的信心。(3)大慶頭臺油田是一個已開發(fā)多年的裂縫性低滲透砂巖油田,開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn),不同生產(chǎn)層開發(fā)效果相差很大。為重新對各生產(chǎn)層的開發(fā)潛力進(jìn)行評價,對來自11個生產(chǎn)層的35塊巖心進(jìn)行了核磁共振可動流體評價研究。通過研究,取得了很好的研究成果和現(xiàn)場應(yīng)用效果:不同生產(chǎn)層可動流體百分?jǐn)?shù)不同,分布范圍為13.6%～48.1%,平均為28.6%;按可動流體百分?jǐn)?shù)高低劃分的儲層質(zhì)量好差排序與現(xiàn)場實際開發(fā)效果基本一致,而原先采用中、高滲透砂巖儲層評價方法所得到的評價結(jié)果與該油田的實際開發(fā)效果不完全相符,如分布穩(wěn)定性好、發(fā)育規(guī)模和有效厚度均較大的FI6油層,最初認(rèn)為是較好的生產(chǎn)層,但該層的實際開發(fā)生產(chǎn)效果卻很差,通過核磁共振可動流體評價研究,發(fā)現(xiàn)該層開發(fā)效果不好的原因是儲層微裂縫不發(fā)育,可動流體百分?jǐn)?shù)很低僅為13.6%;頭臺油田按照各生產(chǎn)油層可動流體百分?jǐn)?shù)高低,并結(jié)合儲層有效厚度等其它因素,對油田儲量進(jìn)行了調(diào)整,重新確定出4個主力生產(chǎn)油層及三個接替生產(chǎn)油層,為進(jìn)一步開發(fā)挖潛指明了方向。(4)長慶安塞油田是一個低滲透砂巖油田。核磁共振可動流體評價研究所分析30塊巖心分別來自長2、長3和長6層。30塊巖心可動流體百分?jǐn)?shù)分布范圍為21.24%～66.33%,平均為44.27%。長6層22塊巖心可動流體百分?jǐn)?shù)分布范圍為21.24%～58.82%,平均為38.81%。長2和長3層8塊巖心可動流體百分?jǐn)?shù)分布范圍為47.57%～66.33%,平均為59.28%。長慶安塞油田低滲透儲層可動流體百分?jǐn)?shù)在所分析的4個低滲透油田儲層中最高,表明該油田具有較大開發(fā)潛力,研究成果為可采儲量計算及下一步開發(fā)方案制定提供了重要依據(jù),受到長慶油田的高度重視。6低滲透儲層可動流體特征(1)應(yīng)用核磁共振馳豫技術(shù)可快速、無損地對低滲透油田巖心可動流體