恒速壓汞、核磁、啟動(dòng)壓力

1、1、微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)比利用恒速壓汞儀，分別測(cè)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(yàn)原理恒速壓汞的實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)述如下：恒速壓汞以非常低的速度進(jìn)汞，其進(jìn)汞速度 為0.000001mL/s,如此低的進(jìn)汞速度保證了準(zhǔn)靜態(tài)進(jìn)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(jìn)汞前緣所經(jīng)歷的每一個(gè)孔隙形狀的變化，都會(huì)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(gè)結(jié)構(gòu)的示意圖，右圖為相應(yīng)的壓力變化。當(dāng)進(jìn)汞前緣進(jìn)入到主孔喉1時(shí)，壓力逐漸上升，突破后，壓力突然下降，如右圖第一個(gè) 壓力降落0(1)，之后汞將逐漸將這

2、第一個(gè)孔室填滿并進(jìn)入下一個(gè)次級(jí)孔喉，產(chǎn) 生第二個(gè)次級(jí)壓力降落 0(2),以下漸次將主孔喉所控制的所有次級(jí)孔室填滿。 直至壓力上升到主孔喉處的壓力值， 為一個(gè)完整的孔隙單元。主孔喉半徑由突破 點(diǎn)的壓力確定，孔隙的大小由進(jìn)汞體積確定。這樣孔喉的大小以及數(shù)量在進(jìn)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(cè)試原理圖實(shí)驗(yàn)采用美國Coretest公司制造的ASPE730恒速壓汞儀。進(jìn)汞壓力0-1000psi(約7MPa。進(jìn)汞速度0.000001ml/s。接觸角140o，界面張力485達(dá)因/厘米。樣品外觀體積約1.5cm。(2)恒速壓汞測(cè)試與分析表1-3、圖1

3、-5圖1-12給出了榆樹林兩個(gè)特低滲透巖樣的數(shù)據(jù)測(cè)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(xiàn)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(duì)滲透率的貢獻(xiàn)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(cè)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(duì)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(jí)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(jí)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(xiàng)重要參數(shù)，當(dāng)孔隙半徑與喉道半徑的比值較小時(shí)，孔隙被較大喉道控制，此時(shí)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(shí)， 表明大孔隙被小喉道控制， 此時(shí)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(jìn)汞飽和度為 17%，孔道 進(jìn)汞飽和度為37%，總的進(jìn)汞飽和度為54

6、%，進(jìn)汞壓力為50psia；東16區(qū)塊巖 樣喉道的進(jìn)汞飽和度為 35%，孔道進(jìn)汞飽和度為 43%，總的進(jìn)汞飽和度為 80%， 進(jìn)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(xiàn)的， 那么流體 的滲流通道大，滲流阻力小，滲流能力強(qiáng)，儲(chǔ)層開發(fā)潛力大。反之，如果滲透率 主要由小的喉道所貢獻(xiàn)的， 那么流體的滲流阻力就大， 滲流能力弱， 儲(chǔ)層開發(fā)難 度大。對(duì)東16區(qū)塊滲透率作主要貢獻(xiàn)的喉道集中在 5 m附近，而對(duì)樹322區(qū)塊 滲透率作主要貢獻(xiàn)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(dòng)流體百分?jǐn)?shù)測(cè)試分析（1）核磁共振測(cè)試可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)的原理 顧名思義，核磁共振是原子核和磁場(chǎng)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(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生 能級(jí)分裂，此時(shí)當(dāng)有選定頻率的外加射頻場(chǎng)時(shí)，核磁矩就會(huì)發(fā)生吸收躍遷， 產(chǎn)生核磁共振。通過適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)、接收線圈就可以觀察到核磁共振現(xiàn)象，探 測(cè)到核磁共振信號(hào) （磁化矢量 ），核磁共振信號(hào)強(qiáng)度與被測(cè)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(gè)物理量是弛豫， 弛豫是磁化矢量在受到射頻場(chǎng) 的

8、激發(fā)下發(fā)生核磁共振時(shí)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(jī)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(duì)于同一種流體，弛豫速度只取決于巖石物性。標(biāo)識(shí)弛豫速度快慢的常數(shù)稱為弛豫時(shí)間，對(duì)于Ti弛豫叫Ti弛豫時(shí)間，對(duì)于T2弛豫叫T2弛豫時(shí)間。雖然 Ti弛豫時(shí)間和T2弛豫時(shí)間均反映巖石物性和流 體特征，但Ti弛豫時(shí)間測(cè)量費(fèi)時(shí)，現(xiàn)代核磁共振通常測(cè)量T2弛豫時(shí)間。對(duì)純凈物質(zhì)樣品（如純水），每個(gè)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(gè)弛豫時(shí)間 T2描述樣品的物性。而對(duì)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(chǔ)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(jī)會(huì)不一致等，使得各個(gè)原子核弛豫得到加強(qiáng)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(gè)弛豫時(shí)間來描述，而 應(yīng)當(dāng)是一個(gè)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(kuò)散表面弛豫模型，單個(gè)孔道內(nèi)的原子核弛豫可用一個(gè) 弛豫時(shí)間來描述，此時(shí)，T2可表示為：2 2 22G2D 2 /3(1-1)1 1T 2T 2B其中：右邊第一項(xiàng)稱作體弛豫項(xiàng)，T2B的大小取決于飽和流體性質(zhì)，因此該項(xiàng)容易去掉；右邊第

10、三項(xiàng)稱作擴(kuò)散弛豫項(xiàng)，通過采用所建立的核磁共振去擴(kuò)散 測(cè)量實(shí)驗(yàn)技術(shù)，該項(xiàng)也可以被去掉。去掉右邊第一項(xiàng)和第三項(xiàng)后，公式（1-1）變?yōu)椋篠丄T2S/V為單個(gè)孔隙其中：2為表面弛豫強(qiáng)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(duì)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(gè)孔隙弛豫的疊 加（單個(gè)孔隙的弛豫用式（1-1）表示，即：其中，S(t)為總核磁信號(hào)強(qiáng)度，Ai為弛豫時(shí)間T2i組份所占的比例，即為與 T2i 對(duì)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(cè)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(hào)強(qiáng)度S(t)隨時(shí)間t的衰減曲線，對(duì)回波串進(jìn)行多指數(shù)擬合，即

11、求解式，求得每一 T2i對(duì)應(yīng)的Ai,將T2i作橫坐標(biāo)，Ai作縱坐標(biāo)，可得到T2弛豫時(shí)間的分布 即T2譜。(1-3)T為回波T足夠短時(shí)(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(qiáng)(加強(qiáng)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(chǎng)不均勻 性及分子擴(kuò)散造成 T2弛豫的進(jìn)一步加強(qiáng)，這時(shí) T2可表示為：2 2G 2 D 2 / 3T2V式中D為擴(kuò)散系數(shù)，G為內(nèi)磁場(chǎng)不均勻性，與外加磁場(chǎng)成正比， 間隔。從式中可看出，當(dāng)外場(chǎng)不很強(qiáng)(對(duì)應(yīng)于G不很大)，且后一項(xiàng)的貢獻(xiàn)可忽略不計(jì)，此時(shí)：1S2T2V因此弛豫時(shí)間分布反映了巖石介質(zhì)內(nèi)比表面的分布及其對(duì)展布在內(nèi) 表面上流體作用力的

12、強(qiáng)弱。圖1-13為一塊典型的低滲透儲(chǔ)層巖樣的T2弛豫時(shí)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(dòng)流體含量。圖1-13典型低滲透儲(chǔ)層巖樣的 T2弛豫時(shí)間譜(2)可動(dòng)流體測(cè)試結(jié)果分析利用低磁場(chǎng)核磁共振儀，對(duì) 20塊巖樣進(jìn)行了可動(dòng)流體核磁共振檢測(cè)。測(cè)試結(jié)果見表1-4、圖1-14圖1-18。表1-4兩個(gè)區(qū)塊不同巖樣可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)測(cè)試結(jié)果巖心號(hào)孔隙度(%滲透率(mD可動(dòng)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(shí)間圖1-14 樹322-14井巖樣（0.079mD的T2弛豫時(shí)間譜T2弛豫時(shí)間圖1-15 樹322-20井巖樣（0.958mD的T2弛豫時(shí)間譜0.1 1 10 100 1000 10000T2弛豫時(shí)間圖1-16 升371 - 5井巖樣（2.133mD的T2弛豫時(shí)間譜T2弛豫時(shí)間圖1-17 升371 6井巖樣（12.995mD）的T2弛豫時(shí)間譜80 0 1110.01 0.1 1 10 1）0數(shù)分百體流動(dòng)可-20 滲透率（md）

15、圖1-18 兩個(gè)區(qū)塊可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)對(duì)比結(jié)果從上面的圖中可以看出：T2弛豫時(shí)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(duì)同一油田的某個(gè)區(qū)塊，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與滲透率 呈很好的半對(duì)數(shù)關(guān)系；東16區(qū)塊巖心的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)要比樹 322區(qū)塊巖心的 可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)高。樹322區(qū)塊巖心的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)為 48.77；東16區(qū)塊巖心 的可動(dòng)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(dòng)壓力梯度測(cè)試分析(1)啟動(dòng)壓力梯度測(cè)試方法啟動(dòng)壓力梯度的測(cè)試在理論上需要測(cè)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(dòng)的控制和測(cè)量難以達(dá)

16、到， 因此，在我們的實(shí)驗(yàn)中啟動(dòng)壓力梯度的測(cè)試方法是逐次降低實(shí)驗(yàn)流量，測(cè)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(shí)驗(yàn)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(dòng)壓力梯度值。 因此實(shí)驗(yàn)過程中能達(dá)到 的最小流量越小，擬合出的啟動(dòng)壓力梯度值越精確。我們的實(shí)驗(yàn)采用進(jìn)口 QUIZIX 四缸柱塞泵，最小校正流量可達(dá)到 0.0008ml/min，保證了實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dá)西滲 流規(guī)律。在速度較高的階段屬于線性滲流， 但其延長(zhǎng)線不通過原點(diǎn)，因此將其稱 為擬線

17、性流。速度較高時(shí)的擬線性滲流延長(zhǎng)線交于橫軸的交點(diǎn)，稱為擬啟動(dòng)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(dòng)壓力梯度測(cè)試?yán)玫蜐B透物理模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)8塊巖樣進(jìn)行了啟動(dòng)壓力梯度測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表1-5兩個(gè)區(qū)塊不同巖樣滲透率測(cè)試結(jié)果巖心號(hào)孔隙度%滲透率10"3uni真實(shí)啟動(dòng)壓力梯度MP/m啟動(dòng)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