恒速壓汞技術(shù)在儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征研究中的應(yīng)用—以克拉瑪依油田七中區(qū)及七東區(qū)克下組油藏為例

伍小玉 羅明高 聶振榮 周零飛

(1.西南石油大學(xué) 2.中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司克拉瑪依鉆井公司 3.中國(guó)石油新疆油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)

0 引言

儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)直接影響著儲(chǔ)層的儲(chǔ)集滲流能力，并最終決定著油氣藏產(chǎn)能的大小。目前，壓汞技術(shù)仍是獲取微觀孔隙結(jié)構(gòu)定量資料的重要途徑。恒速壓汞技術(shù)是儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)定性和直觀分析的先進(jìn)技術(shù)之一。恒速壓汞技術(shù)可以對(duì)多孔介質(zhì)的孔隙和喉道的大小和數(shù)量進(jìn)行直接測(cè)量，同時(shí)給出孔隙中孔道和喉道的信息，這對(duì)于孔、喉性質(zhì)差別很大的低滲透儲(chǔ)層尤其重要。克拉瑪依油田七中區(qū)—七東區(qū)克拉瑪依組油藏位于克拉瑪依市以東約40km，在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣地區(qū)克拉瑪依逆掩斷裂帶上。儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型以溶蝕孔隙為主，具中等孔隙度和中低滲透率，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重。為了研究本區(qū)儲(chǔ)層中不同物性特征的巖石孔隙與喉道特征，共選26塊巖石樣品進(jìn)行恒速壓汞測(cè)試，確定了儲(chǔ)層孔喉參數(shù)，來(lái)推測(cè)儲(chǔ)集層不同流動(dòng)單元與孔喉參數(shù)的關(guān)系，進(jìn)行儲(chǔ)層流動(dòng)單元微觀孔隙特征研究，進(jìn)而為改善油田開(kāi)發(fā)效果，提高油氣采收率提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 恒速壓汞基本原理

恒速壓汞是以很低的進(jìn)汞速度保證準(zhǔn)靜態(tài)進(jìn)汞來(lái)進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)。通過(guò)檢測(cè)進(jìn)汞過(guò)程中壓力漲落，將巖石內(nèi)部的喉道和孔隙分開(kāi)，其過(guò)程參見(jiàn)圖1和圖2。

當(dāng)汞首先進(jìn)入圖1中1號(hào)孔隙的進(jìn)入喉道時(shí)，壓力逐漸上升，到一定值后，汞突破該喉道進(jìn)入1號(hào)孔隙，壓力隨即下降(圖2中的第一個(gè)壓力降落點(diǎn))，達(dá)到1號(hào)孔隙對(duì)應(yīng)壓力后，汞逐漸充填1號(hào)孔隙，壓力逐漸回升，因?yàn)?號(hào)孔隙與2號(hào)孔隙間的喉道大于1號(hào)與4號(hào)間的喉道，當(dāng)壓力達(dá)到能進(jìn)入2號(hào)孔隙時(shí)，汞從1號(hào)與2號(hào)孔隙間的喉道進(jìn)入2號(hào)孔隙，壓力再次下降，產(chǎn)生第二個(gè)次級(jí)壓力降落點(diǎn)(圖2)，……。依此類(lèi)推，逐漸將主喉道控制的所有孔隙填滿，直到壓力上升到主喉道處的壓力，為一個(gè)完整的孔隙喉道單元。主喉道半徑由突破點(diǎn)的壓力確定，孔隙大小由進(jìn)汞體積確定。喉道大小及數(shù)量在進(jìn)汞壓力曲線上可得到明確的反映。

圖1 孔喉結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 恒速壓汞過(guò)程壓力變化及進(jìn)汞量關(guān)系圖

2 恒速壓汞與常規(guī)壓汞的區(qū)別

常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)技術(shù)與恒速壓汞實(shí)驗(yàn)技術(shù)在原理上有所不同，兩者在反映孔喉特征上有相似之處，但恒速壓汞實(shí)驗(yàn)技術(shù)有著更明顯的優(yōu)勢(shì)。常規(guī)壓汞試驗(yàn)技術(shù)采用的是恒壓法，是在恒定的進(jìn)汞壓力下，計(jì)算孔喉半徑，并通過(guò)計(jì)量進(jìn)汞量，計(jì)算對(duì)應(yīng)于進(jìn)汞壓力的孔喉所控制的體積；通過(guò)進(jìn)汞壓力實(shí)驗(yàn)，可以得到巖樣中孔喉大小分布。但是常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)只能給出了某一級(jí)別孔喉所控制的孔隙體積，而這個(gè)體積由于摻雜了孔道體積的因素，也就是把通過(guò)喉道進(jìn)入孔隙的體積均作為此喉道所占有的體積，所以并非是準(zhǔn)確的喉道體積的大小。恒速壓汞實(shí)驗(yàn)通過(guò)檢測(cè)汞注入過(guò)程中壓力漲落將巖石內(nèi)部的喉道和孔隙分開(kāi), 不僅能夠分別給出喉道和孔隙各自的發(fā)育情況, 而且能夠給出孔喉比的大小及其分布特征。與常規(guī)壓汞相比, 恒速壓汞不僅能夠提供更多的巖石物性參數(shù), 而且能夠提供更詳細(xì)的定量信息, 能夠明顯區(qū)分巖樣之間孔隙結(jié)構(gòu)上的差異性。克服了常規(guī)壓汞對(duì)應(yīng)同一毛管壓力曲線會(huì)有不同孔隙結(jié)構(gòu)的缺陷。

3 孔喉特征分析

3.1 喉道特征

喉道反映了孔隙之間的連通情況, 通過(guò)分析喉道的變化特征可以從本質(zhì)上揭示儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的變化。圖3為所分析樣品不同滲透率級(jí)別所對(duì)應(yīng)的喉道半徑分布頻率圖。由圖3可見(jiàn)，滲透率不同時(shí)，喉道半徑分布曲線形態(tài)不同，喉道大小分布區(qū)間以及峰值都有很大差異，并且呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性：滲透率較高的樣品，平均喉道半徑較大，喉道半徑分布范圍廣。顯然，滲透率大的樣品具有優(yōu)于滲透率較小的喉道分布特征。

根據(jù)恒速壓汞測(cè)試結(jié)果整理出所測(cè)試的巖心喉道大小對(duì)滲透率貢獻(xiàn)的關(guān)系曲線(圖4),其特征表現(xiàn)為，不同滲透率級(jí)別的巖心,其滲透率由半徑不同級(jí)別的喉道所貢獻(xiàn)。

圖3 測(cè)試樣品不同滲透率所對(duì)應(yīng)喉道半徑分布曲線

圖4 測(cè)試樣品喉道對(duì)滲透率累計(jì)貢獻(xiàn)曲線

根據(jù)儲(chǔ)層物性,如果儲(chǔ)集層滲透率主要由較大的喉道所貢獻(xiàn)，那么流體的滲流通道比較大，滲流阻力小，滲流能力強(qiáng)，儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)潛力大；反之，如果儲(chǔ)集層滲透率主要由細(xì)小的喉道所貢獻(xiàn)，那么流體的滲流阻力就大，滲流能力變?nèi)酰瑑?chǔ)層的開(kāi)發(fā)難度加大。從圖4可以看出，在所測(cè)試的樣品中喉道半徑對(duì)滲透率貢獻(xiàn)率主要表現(xiàn)為4類(lèi): ①滲透率小于1mD的樣品,對(duì)滲透率作主要貢獻(xiàn)的喉道半徑集中在0.5μm附近；②滲透率分布在1mD～10mD區(qū)間的樣品，對(duì)滲透率作主要貢獻(xiàn)的喉道半徑主要集中在5.0μm附近；③滲透率分布在10mD～100mD區(qū)間的樣品，對(duì)滲透率作貢獻(xiàn)的喉道半徑分布范圍較廣，多數(shù)集中在(8.0～12.0)μm；④滲透率大于100mD的樣品，對(duì)滲透率作主要貢獻(xiàn)的喉道半徑分布范圍更廣，以大于10μm的粗喉道為主。

3.2 孔隙特征

圖5為所分析樣品的孔隙半徑分布頻率圖。從形態(tài)上看，主要有兩種類(lèi)型：①孔隙大小分布基本趨于正態(tài)分布，有效孔隙半徑分布范圍和峰值集中，孔隙半徑主要集中在80μm～200μm區(qū)間內(nèi)；②孔隙半徑分布曲線形態(tài)成雙峰態(tài)，但峰值接近，孔隙半徑主要集中在100μm～200μm區(qū)間內(nèi)。從孔隙半徑分布集中程度上看，兩種分布沒(méi)有明顯的區(qū)別，主要孔道分布范圍接近,與喉道半徑分布頻率圖相比卻有很大差異，表現(xiàn)在巖樣孔隙半徑分布形態(tài)幾乎不受滲透率的大小控制。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，孔隙半徑分布頻率隨滲透率的變化不明顯，與喉道半徑分布特征有明顯的區(qū)別，說(shuō)明喉道是影響克拉瑪依油田七中區(qū)和七東區(qū)克下組礫巖儲(chǔ)層巖樣內(nèi)流體滲流特征的主要因素。

圖5 測(cè)試樣品不同滲透率所對(duì)應(yīng)孔隙半徑分布曲線

3.3 孔喉比特征

恒速壓汞技術(shù)不但能夠得到巖樣在滲流過(guò)程中孔隙和喉道半徑的分布, 還能夠得到孔喉半徑比的分布情況。圖6為所分析樣品不同滲透率級(jí)別所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑比分布特征圖。一般情況下，滲透率不同時(shí)，孔喉比分布曲線形態(tài)不同，孔喉比大小分布區(qū)間以及峰值都有很大差異，并且呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性：滲透率較大的樣品，孔喉比分布范圍較窄，平均孔喉比較小。但在低滲透儲(chǔ)層中，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，滲透率與孔喉比的關(guān)系也變得復(fù)雜。當(dāng)滲透率基本相當(dāng)?shù)臅r(shí)候，孔喉比變化范圍非常大，甚至孔喉比較大的樣品對(duì)應(yīng)的滲透率比孔喉比較小的樣品對(duì)應(yīng)的滲透率還大一些(圖7)。

4 結(jié)論

利用恒速壓汞技術(shù)及克拉瑪依油田七中區(qū)—七東區(qū)克下油藏儲(chǔ)層巖石樣品，對(duì)儲(chǔ)層的孔隙與喉道特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：滲透率越高，喉道半徑分布范圍越廣，與低滲透率的樣品相比，喉道半徑在大值區(qū)間分布明顯要更多。而孔隙大小的分布幾乎不隨滲透率發(fā)生明顯變化，說(shuō)明影響研究區(qū)巖石內(nèi)流體滲流特征的主要因素是喉道。

圖6 測(cè)試樣品不同滲透率所對(duì)應(yīng)孔喉半徑比分布特征圖

圖7 低滲透樣品中孔喉半徑比分布特征圖

1 馬明福,方世虎,張煜,等.東營(yíng)凹陷廣利油田純化鎮(zhèn)組低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,25(4):10-12.

2 楊勇,達(dá)世攀,徐曉蓉.蘇里格氣田盒8段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)研究[J].天然氣工業(yè),2005,25(4):50-52.

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