低滲透油田可動(dòng)流體評(píng)價(jià)研究

低滲透油田可動(dòng)流體評(píng)價(jià)研究

近年來(lái)，中國(guó)對(duì)石油和天然氣的有效利用具有重要意義。由于低滲透儲(chǔ)層地質(zhì)條件差,孔隙極其微小,很大一部分流體在滲流過(guò)程中被毛管力和粘帶力所束縛不能參與流動(dòng),只有能夠參與流動(dòng)的流體才是真正具有開采價(jià)值的可動(dòng)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(píng)價(jià)工作。目前,低滲透油田開發(fā)潛力高低評(píng)價(jià)通常還是借用中、高滲透油田的評(píng)價(jià)方法,即以儲(chǔ)層厚度、儲(chǔ)層連續(xù)性和分布穩(wěn)定性、儲(chǔ)層孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)等作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),沒(méi)有考慮可動(dòng)流體因素,我國(guó)多個(gè)低滲透油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(píng)價(jià)。核磁共振技術(shù)是近年來(lái)興起的一項(xiàng)可用于可動(dòng)流體評(píng)價(jià)的高新技術(shù),本文采用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)低滲透油田開發(fā)潛力評(píng)價(jià)及可動(dòng)流體影響因素等重要問(wèn)題進(jìn)行了研究。1核磁共振t1馳豫時(shí)間當(dāng)含油(或水)樣品處于均勻靜磁場(chǎng)中時(shí),流體中所含的氫核1H就會(huì)被磁場(chǎng)極化,宏觀上表現(xiàn)出一個(gè)磁化矢量。此時(shí)對(duì)樣品施加一定頻率(拉莫頻率)的射頻場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生核磁共振,隨后撤掉射頻場(chǎng),可接收到一個(gè)幅度隨著時(shí)間以指數(shù)函數(shù)衰減的信號(hào),可用兩個(gè)參數(shù)描述該信號(hào)衰減的快慢:縱向馳豫時(shí)間T1和橫向馳豫時(shí)間T2。在巖石核磁共振測(cè)量中,一般采用T2測(cè)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(gè)孔隙內(nèi)流體的核磁共振T2馳豫時(shí)間;ρ為巖石表面馳豫強(qiáng)度常數(shù);S/V為單個(gè)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(hào),總的核磁馳豫信號(hào)S(t)是不同大小孔隙的核磁馳豫信號(hào)的疊加:S(t)=∑Aiexp(-t/T2i)(2)式中T2i是第i類孔隙的T2馳豫時(shí)間;Ai表示馳豫時(shí)間為T2i的孔隙所占的比例,對(duì)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(jì)算出不同馳豫時(shí)間(T2)的流體所占的份額,即所謂的T2馳豫時(shí)間譜(T2譜)。由式(1)可知,T2譜實(shí)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(wú)法流動(dòng)。因此在T2譜上就存在一個(gè)界限,當(dāng)孔隙流體的T2馳豫時(shí)間大于某一值時(shí),流體為可動(dòng)流體,反之為不可動(dòng)流體,這個(gè)T2馳豫時(shí)間界限,常被稱為可動(dòng)流體T2截止值。綜上所述,利用核磁共振技術(shù)可以快速、無(wú)損、準(zhǔn)確地測(cè)定巖樣中的可動(dòng)流體量。2巖心超聲心測(cè)定可動(dòng)流體評(píng)價(jià)研究分析了共計(jì)165塊巖樣,分別取自我國(guó)4個(gè)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(cè)試是在我們自行開發(fā)研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)低磁場(chǎng)核磁共振巖心分析儀上進(jìn)行的,該儀器各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平。具體實(shí)驗(yàn)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(jí)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(cè)量長(zhǎng)度和直徑。(2)用空氣作為滲流介質(zhì),對(duì)每塊巖心均測(cè)量五組不同壓差和流量下的氣體滲透率,通過(guò)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(jì)算孔隙度。(4)將100%飽和水的巖心置于低磁場(chǎng)核磁共振巖心分析儀的探頭中,進(jìn)行核磁共振測(cè)量,并反演計(jì)算出T2馳豫時(shí)間譜。主要測(cè)試參數(shù)為:共振頻率2.38MHz,回波時(shí)間0.3×10-3s,信噪比控制在80以上,T2譜擬合點(diǎn)數(shù)為100點(diǎn)。(5)選取部分巖樣進(jìn)行6.8×104kgf/m2離心力下的高速離心,對(duì)離心后的巖樣進(jìn)行核磁共振測(cè)量,測(cè)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(cè)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(guò)此T2譜可確定可動(dòng)流體T2截止值。T2譜上T2馳豫時(shí)間大于T2截止值各點(diǎn)的幅度和占所有點(diǎn)幅度和的百分?jǐn)?shù)即為可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù),從油層物理角度來(lái)講,可動(dòng)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(dòng)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(duì)于水-氣系統(tǒng)而言,σ取72.75dyne/cm,θ取0°,根據(jù)毛管壓力計(jì)算公式“pc=2σcosθ/r”,6.8×104kgf/m2離心力(毛管壓力)對(duì)應(yīng)的孔隙半徑大小約為0.21μm。因此核磁共振可動(dòng)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(duì)低滲透油田開發(fā)而言,它可作為最大可開采資源量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用核磁共振測(cè)量方法所獲得的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與上述離心法之間的相對(duì)誤差在5%以內(nèi)。4低滲透油田巖心可動(dòng)流體特征所分析4個(gè)低滲透油田165塊巖心的孔隙度與可動(dòng)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)。由圖2可直觀看出,165塊巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)值的分布范圍很寬,圖中各點(diǎn)非常分散,各點(diǎn)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)不一定也較高,反之亦然。對(duì)孔隙度接近的不同巖心而言,其可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)可能會(huì)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)為52.30%,最小可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)為7.67%,可動(dòng)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(tái)油田和長(zhǎng)慶安塞油田65塊砂巖巖心的滲透率與可動(dòng)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(duì)數(shù))是巖心的滲透率,縱坐標(biāo)是巖心的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)。圖3中各點(diǎn)一元線性回歸的相關(guān)系數(shù)為0.824(滲透率取對(duì)數(shù)),滲透率與可動(dòng)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(diǎn)同樣很分散,表明滲透率較高巖心的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)不一定較高,反之亦然。對(duì)滲透率接近的不同巖心而言,其可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)可能會(huì)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)為52.30%,最小可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)為13.48%,可動(dòng)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)的分布范圍很寬,對(duì)不同地區(qū)不同巖性的低滲透油田巖心而言,可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度或滲透率之間均沒(méi)有很好的相關(guān)關(guān)系,孔隙度、滲透率較高巖心的可動(dòng)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(dòng)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)可能會(huì)存在很大差異。因此低滲透油田儲(chǔ)層質(zhì)量好差或開發(fā)潛力高低評(píng)價(jià)應(yīng)綜合考慮可動(dòng)流體因素,只有這樣才能夠作出更為準(zhǔn)確和可靠的評(píng)價(jià),而目前常用的以孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)等作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)而不考慮可動(dòng)流體因素的評(píng)價(jià)方法是不充分和不全面的。低滲透油田巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度或滲透率之間均沒(méi)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(guò)低滲透油田儲(chǔ)層可動(dòng)流體影響因素的幾點(diǎn)研究對(duì)造成該現(xiàn)象的原因作初步分析和探討。對(duì)不同地區(qū)不同巖性的低滲透油田儲(chǔ)層而言,可動(dòng)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(dòng)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(chǔ)層普遍存在微裂縫。微裂縫能夠溝通其它孔隙,增加可動(dòng)流體量,因此微裂縫發(fā)育程度對(duì)可動(dòng)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)仍然可能會(huì)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)仍然可能會(huì)較低。對(duì)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)較高。圖4所示是大慶頭臺(tái)油田35塊低滲透砂巖巖心可動(dòng)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(cè)定),由圖中可直觀看出,微裂縫孔隙度越大,可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)越高。(2)新疆小拐油田儲(chǔ)層為裂縫性儲(chǔ)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(dòng)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(dòng)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(guò)程中不參與流動(dòng),因此粘土充填孔隙程度對(duì)低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)通常較高,而沒(méi)有次生孔隙發(fā)育或微裂縫存在的巖樣的可動(dòng)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(dòng)流體,因此次生孔隙發(fā)育程度和微裂縫發(fā)育程度對(duì)低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)高低有顯著影響。5核磁共振可動(dòng)流體評(píng)價(jià)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(duì)我國(guó)三種不同巖性的四個(gè)低滲透油田儲(chǔ)層共165塊巖樣進(jìn)行了可動(dòng)流體評(píng)價(jià)研究,下面結(jié)合各油田情況逐一作對(duì)比分析。(1)新疆小拐油田是一個(gè)巖性以礫巖和砂巖為主的裂縫性低滲透油田,儲(chǔ)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(duì)儲(chǔ)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(cè)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(lái)自主力油層的基質(zhì)巖樣進(jìn)行了核磁共振可動(dòng)流體評(píng)價(jià)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),45塊巖樣可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)平均值僅為13.31%,基質(zhì)巖石可動(dòng)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(dòng)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(gè)巖性以灰質(zhì)泥巖為主的裂縫性低滲透油田,儲(chǔ)層裂縫發(fā)育,油田鉆探過(guò)程中曾獲高產(chǎn)油氣流。為進(jìn)一步搞清油田經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量、明確開發(fā)潛力,對(duì)55塊基質(zhì)巖樣進(jìn)行了核磁共振可動(dòng)流體評(píng)價(jià)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)小于10%的巖心個(gè)數(shù)占54.5%,10%至20%之間占25.5%,20%的巖心可動(dòng)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)較高,而沒(méi)有次生孔隙發(fā)育或微裂縫存在的巖心可動(dòng)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(dòng)流體的主要來(lái)源。以核磁共振可動(dòng)流體評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ),并以可動(dòng)流體孔隙度(可動(dòng)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),從獅32斜井的約100m井段中劃分出11個(gè)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(chǔ)量計(jì)算提供了可靠依據(jù),而且鼓舞了青海油田對(duì)獅子溝油田進(jìn)行勘探和開發(fā)的信心。(3)大慶頭臺(tái)油田是一個(gè)已開發(fā)多年的裂縫性低滲透砂巖油田,開發(fā)過(guò)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(duì)各生產(chǎn)層的開發(fā)潛力進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)來(lái)自11個(gè)生產(chǎn)層的35塊巖心進(jìn)行了核磁共振可動(dòng)流體評(píng)價(jià)研究。通過(guò)研究,取得了很好的研究成果和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果:不同生產(chǎn)層可動(dòng)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)高低劃分的儲(chǔ)層質(zhì)量好差排序與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開發(fā)效果基本一致,而原先采用中、高滲透砂巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果與該油田的實(shí)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(shí)際開發(fā)生產(chǎn)效果卻很差,通過(guò)核磁共振可動(dòng)流體評(píng)價(jià)研究,發(fā)現(xiàn)該層開發(fā)效果不好的原因是儲(chǔ)層微裂縫不發(fā)育,可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)很低僅為13.6%;頭臺(tái)油田按照各生產(chǎn)油層可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)高低,并結(jié)合儲(chǔ)層有效厚度等其它因素,對(duì)油田儲(chǔ)量進(jìn)行了調(diào)整,重新確定出4個(gè)主力生產(chǎn)油層及三個(gè)接替生產(chǎn)油層,為進(jìn)一步開發(fā)挖潛指明了方向。(4)長(zhǎng)慶安塞油田是一個(gè)低滲透砂巖油田。核磁共振可動(dòng)流體評(píng)價(jià)研究所分析30塊巖心分別來(lái)自長(zhǎng)2、長(zhǎng)3和長(zhǎng)6層。30塊巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分布范圍為21.24%～66.33%,平均為44.27%。長(zhǎng)6層22塊巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分布范圍為21.24%～58.82%,平均為38.81%。長(zhǎng)2和長(zhǎng)3層8塊巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分布范圍為47.57%～66.33%,平均為59.28%。長(zhǎng)慶安塞油田低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)在所分析的4個(gè)低滲透油田儲(chǔ)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(chǔ)量計(jì)算及下一步開發(fā)方案制定提供了重要依據(jù),受到長(zhǎng)慶油田的高度重視。6低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)流體特征(1)應(yīng)用核磁共振馳豫技術(shù)可快速、無(wú)損地對(duì)低滲透油田巖心可動(dòng)流體