特低超低滲透儲層恒速壓汞實驗基于恒速壓汞技術(shù)的特低超低滲砂巖儲層微觀孔喉特征

特低超低滲透儲層恒速壓汞實驗基于恒速壓汞技術(shù)的特低超低滲砂巖儲層微觀孔喉特征

恒速汞法是目前國際巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析的最先進技術(shù)之一。它與常規(guī)壓汞技術(shù)的最大區(qū)別是能夠給出準確的孔隙、喉道、孔喉比大小及含量分布,提供孔隙和喉道的毛細管壓力曲線,克服了常規(guī)壓汞技術(shù)對應(yīng)同一毛管壓力曲線可能會有不同孔隙結(jié)構(gòu)的缺陷,更適用于孔喉性質(zhì)差別很大的特低、超低滲透儲層?；谶@一考慮,筆者對取自鄂爾多斯盆地吳起地區(qū)長6儲層的14塊樣品進行了恒速壓汞測試,以期定量評價特低、超低滲透儲層的孔喉變化特征,從本質(zhì)上揭示影響該類儲層品質(zhì)的關(guān)鍵因素。研究結(jié)果對于正確認識特低、超低滲儲層孔喉結(jié)構(gòu)的差異、在開發(fā)中采取相應(yīng)措施,具有一定的理論指導(dǎo)價值。1儲層流質(zhì)儲層孔隙結(jié)構(gòu)實驗采用中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊滲流流體力學(xué)研究所從美國CoretestSystems公司引進的ASPE-730型恒速壓汞實驗裝置,該儀器是目前國內(nèi)乃至國際上最先進的測試儀器之一。實驗過程中保持界面張力與接觸角不變,以非常低的進汞速度(通常為0.00005mL/min)將汞注入巖石孔隙體積內(nèi),根據(jù)進汞壓力的漲跌來獲取孔隙結(jié)構(gòu)信息。所得到的孔隙、喉道等微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù),能較好地反映儲層流體滲流過程中的動態(tài)孔喉特征。具體實驗步驟是:首先鉆取直徑為2.5cm的標準巖心,洗油后烘干;接著測標準巖心的孔隙度、滲透率;然后將巖樣抽真空后浸泡在汞液中,以非常低的恒定速度(0.00005mL/min)向巖心中注入汞,進汞過程中壓力周期降落—回升,壓力達900psi(約6.2MPa)時實驗結(jié)束;實驗同時,通過計算機系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和自動化數(shù)據(jù)采集及輸出。2特低、超低滲透儲層的微觀特征吳起地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡的中西部,行政區(qū)劃隸屬陜西省延安市吳起縣境內(nèi)。該區(qū)構(gòu)造簡單,表現(xiàn)為微向西傾的單斜,平均坡降8~10m/km。在此背景上發(fā)育一系列由東向西傾沒的低幅鼻狀隆起,無斷層發(fā)育。主力含油層系為中生界上三疊統(tǒng)延長組長6和長4+5油層組。其中,長6儲層為一套三角洲前緣亞相沉積,主要發(fā)育水下分流河道、河口壩、河道側(cè)翼和水下分流間灣微相。巖性以淺灰色、灰色以及灰褐色細—中粒長石砂巖為主,受成巖壓實、膠結(jié)、交代和溶解作用的共同影響,儲層物性差,微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。根據(jù)沉積微相,考慮在剖面和平面上的可對比性,同時參考物性、孔隙結(jié)構(gòu)和巖石學(xué)特征等微觀因素,選取14塊典型樣品進行了恒速壓汞測試。14塊樣品的孔隙度介于9.30%~15.30%之間,平均為13.09%;滲透率分布于(0.11~3.01)×10-3μm2范圍內(nèi),平均為1.06×10-3μm2,屬于典型的特低、超低滲透儲層(表1)。從主要實驗結(jié)果參數(shù)(表1)可以看出,特低、超低滲儲層的平均喉道半徑大小不同,隨著滲透率的增大,該值表現(xiàn)出增大的趨勢;平均孔隙半徑的差異不大,主要介于147.35~155.78μm之間;平均孔喉比隨著滲透率的增大表現(xiàn)出減小的趨勢。為了進一步分析、比較特低和超低滲儲層微觀孔喉參數(shù)的變化特征,從微觀上揭示影響兩類儲層品質(zhì)的關(guān)鍵因素,按照滲透率的大小,將樣品分為4組。Ⅰ組樣品滲透率小于0.50×10-3μm2,Ⅱ組樣品滲透率介于(0.50~1.00)×10-3μm2之間,Ⅲ組樣品滲透率介于(1.00~2.00)×10-3μm2之間,Ⅳ組樣品滲透率大于2.00×10-3μm2(表1)。3喉道特征結(jié)果分析結(jié)果分析時,注重通過分組和單樣品參數(shù)比較來評價孔喉的變化特征。因此,按照滲透率的大小,分別從2組超低滲樣品和2組特低滲樣品中各選取2塊樣品作為代表進行比較,樣品命名為A(X24井9號樣品)、B(X9井1號樣品)、C(X11井3號樣品)、D(X20井7號樣品),滲透率依次為0.2×10-3,0.72×10-3,1.77×10-3,2.80×10-3μm2(表1)。3.1孔喉變化特征分析3.1.1孔喉半徑分布特征從4塊代表樣品的孔隙半徑分布曲線可以看出,不同滲透率級別的樣品,孔隙半徑都具有接近正態(tài)的分布特征,且分布范圍、峰值也基本接近(圖1a)。14塊樣品的孔隙半徑均分布于100~200μm之間,峰值基本在140μm左右。同時比較還發(fā)現(xiàn),這4塊樣品的喉道半徑分布形態(tài)差異較大,其滲透率依次增大,喉道半徑分布范圍也隨之變寬,小喉道所占比例逐漸減小,大喉道明顯增多,且曲線峰值含量也逐漸減小(圖1b)。A號樣品的滲透率最小,喉道半徑主要分布在0.12~1.00μm范圍內(nèi);B,C,D號樣品的喉道半徑分布范圍分別為0.3~2.0,0.3~2.5,0.4~3.4μm,小于1μm的喉道含量依次減小,分別為53.16%,20.66%,7.89%?？梢?對滲透率小于1.0×10-3μm2的A,B號樣品,隨著滲透率的增大,小喉道的減小幅度較大;而對滲透率大于1.0×10-3μm2的C,D號樣品,隨著滲透率的增大,小喉道的減小幅度較小。說明相對于特低滲砂巖儲層而言,超低滲砂巖儲層的小喉道所占比例大,而且波動幅度大,開發(fā)過程中更容易受到傷害。3.1.2孔喉分布與物性關(guān)系從平均孔隙、平均喉道半徑與物性的相關(guān)關(guān)系(圖2,3)可知,平均孔隙和平均喉道半徑與滲透率的相關(guān)性均好于其與孔隙度的相關(guān)性,而且平均喉道半徑與滲透率的相關(guān)性最好,這也說明滲透率對喉道變化最為敏感。Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ組樣品的平均孔隙半徑分別為149.50~153.78,149.52~152.07,147.86~153.25,155.11~155.35μm;平均喉道半徑分別為0.57~0.66,0.84~0.97,1.26~1.42,1.43~2.02μm。隨著滲透率的增大平均孔隙半徑的增加幅度微弱,而平均喉道半徑卻依次增大?？梢?對于不同滲透率級別的樣品,其孔隙半徑的差異甚微,而這一差異主要體現(xiàn)在喉道的變化上。從圖3b還可以看出,當(dāng)樣品滲透率小于1.0×10-3μm2時,平均喉道半徑小于1.0μm,且分布范圍小(0.5~1.0μm),曲線斜率較大,平均喉道半徑與滲透率的相關(guān)性強,滲透率越小,小喉道含量越高,相關(guān)性越強;當(dāng)樣品滲透率大于1.0×10-3μm2時,喉道分布范圍變寬,滲透率越大,大喉道含量越多。由上述分析可以看出,特低、超低滲儲層的孔喉性質(zhì)差異大,不同滲透率級別的樣品,孔喉特征差異主要體現(xiàn)在喉道大小及分布上。喉道控制著儲層品質(zhì),決定儲層流體的滲流能力,如果儲層巖石所含大喉道多、流體滲流能力強,開發(fā)潛力大;反之,如果小喉道含量高、喉道半徑細小,流體滲流阻力大,開發(fā)難度大。特低、超低滲儲層開發(fā)過程中容易造成各種敏感性傷害,且超低滲的傷害程度更強,這正是源于其特殊的喉道特征。3.2孔喉半徑比變化特征恒速壓汞技術(shù)不但能夠得到巖樣在滲流過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4為4塊典型樣品的孔喉半徑比分布,可以直觀看出,隨著樣品滲透率的增大,孔喉半徑比分布于大值區(qū)的含量逐漸減小,分布于小值區(qū)的含量增大,且增加的幅度也隨之加快,孔喉半徑比峰值逐漸向小值區(qū)移動,A,B,C,D樣品的孔喉半徑比峰值依次為200,140,100,70。14塊實驗樣品的孔喉半徑比主要分布于20~800范圍內(nèi),且這個范圍隨著滲透率的不同而改變,超低滲儲層樣品的分布范圍比特低滲儲層寬(圖4)。平均孔喉半徑比與孔隙度和滲透率均表現(xiàn)出負相關(guān)關(guān)系,與滲透率的相關(guān)性較好(圖5)。4組樣品的平均孔喉半徑比范圍分別為:298.76~394.45,208.98~229.83,140.58~160.59,94.50~151.98。從油氣田開發(fā)角度考慮,孔喉半徑比的大小決定了開發(fā)過程中油(氣)被捕集的幾率?？缀戆霃奖容^小時,滲透率一般都較大,驅(qū)替過程中,油(氣)容易通過喉道被采出,被捕集的幾率小。如果孔喉半徑比較大(孔隙度不一定高),孔隙被細小喉道所控制,驅(qū)替過程中易發(fā)生卡斷,使連續(xù)的油(氣)相遭到破壞而成為滴(珠)、泡狀,其通過窄小喉道時必須克服較大的毛細管阻力,增加了被捕集的幾率。相對于中、高滲儲層,特低、超低滲儲層孔喉半徑比大,且分布范圍寬,油(氣)通過細小喉道時,更易發(fā)生卡斷,被捕集的幾率大。從中也可以得到這樣一個啟示,對于特低、超低滲儲層而言,開發(fā)效果的好壞主要取決于孔隙和喉道之間的配置關(guān)系,只要孔喉分選好、孔喉比差異小,超低滲儲層有可能取得比特低滲儲層更好的開發(fā)效果。筆者進行的室內(nèi)真實砂巖水驅(qū)油實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),姬塬油田長4+5儲層(孔喉分選系數(shù)平均為1.47,平均驅(qū)油效率45.5%)孔喉分選要好于西峰油田合水區(qū)的長8儲層(孔喉分選系數(shù)平均為2.09,平均驅(qū)油效率40.4%),驅(qū)油效率也明顯好于后者,這正是由于姬塬油田長4+5儲層孔隙和喉道之間良好的配置關(guān)系。3.3有效孔喉體積變化特征恒速壓汞技術(shù)的最高進汞壓力約為6.2MPa,與之對應(yīng)的喉道半徑約為0.12μm。將半徑大于0.12μm的喉道及其所控制的孔隙分別稱為有效喉道和有效孔隙。那么,恒速壓汞技術(shù)得到的孔隙、喉道進汞飽和度就可以定量反映有效孔隙、喉道的體積大小。從孔隙、喉道進汞飽和度與物性之間的相關(guān)關(guān)系(圖6,7)可知,孔隙、喉道進汞飽和度都隨著孔隙度和滲透率的增加而增大,與滲透率的相關(guān)性均好于其與孔隙度的相關(guān)性,其中喉道進汞飽和度與滲透率的相關(guān)性最好,說明儲層物性尤其是滲透率高的樣品其有效孔喉體積越大。有效孔喉體積是有效孔喉半徑、長度及孔喉個數(shù)的函數(shù),有效孔喉體積的大小與這3個參數(shù)成正比關(guān)系。有效孔喉體積越大,則反映出孔隙空間和喉道半徑增大,有效滲流空間和滲流通道增多。Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ組樣品的孔隙進汞飽和度分布范圍為:16.51%~32.42%,24.91%~31.14%,28.69%~35.51%,26.85%~41.11%;喉道進汞飽和度分布范圍為:15.46%~21.42%,17.04%~21.70%,21.70%~25.54%,19.74%~27.23%。由圖7還發(fā)現(xiàn),滲透率小于1.0×10-3μm2的樣品,喉道進汞飽和度與滲透率的相關(guān)性好;樣品滲透率大于1.0×10-3μm2時,數(shù)據(jù)點“變散”,相關(guān)性變差。3.4毛細管曲線變化特征恒速壓汞所提供的孔隙、喉道和總體毛細管壓力曲線,可以直觀、定量反映巖樣內(nèi)有效喉道體積與其所控制的有效孔隙體積分布特征及孔隙、喉道之間的配置關(guān)系。如果將恒速壓汞毛管壓力曲線的縱坐標換算成喉道半徑,此時毛管壓力曲線也可以反映出巖樣內(nèi)部不同喉道區(qū)間內(nèi)的喉道體積及其所控制的孔隙體積。圖8是4塊典型樣品的恒速壓汞毛管壓力曲線,可以看出,進汞壓力較小時,汞首先進入大喉道所控制的孔隙內(nèi),喉道的影響不明顯;總體毛細管壓力曲線變化與孔隙毛細管壓力曲線基本一致(圖中孔隙進汞飽和度的近似直線段);滲透率大的樣品,直線段長(以汞飽和度來計算),A,B,C,D樣品的直線段長度分別為19.74%,27.88%,32.18%,35.91%。隨著進汞壓力的逐漸增加,汞開始進入小喉道所控制的孔隙,孔隙毛細管壓力曲線開始上翹,進汞壓力急劇增大,但孔隙中進入的汞量卻增加得異常緩慢,這時喉道開始起主要控制作用。待喉道連通的所有孔隙被汞充滿之后,再繼續(xù)增加進汞壓力,汞所進入的只是更為細小的喉道,此時的總體毛細管壓力曲線完全取決于喉道毛細管壓力曲線的變化(相對而言,超低滲儲層喉道毛細管壓力曲線的影響更為明顯)。由此可見,對于處于中后期的特低、超低滲儲層(尤其是小喉道含量高的超低滲儲層),應(yīng)更注重喉道的開發(fā)。4儲層分布范圍1)特低、超低滲砂巖儲層具有相似的孔隙半徑分布特征,主要介于100~200μm之間,峰值基本在140μm左右;但喉道的發(fā)育特征不同,超低滲儲層喉道分布范圍窄,小于1μm喉道含量高,特低、超低滲砂巖儲層孔喉特征的差異主要體現(xiàn)在喉道上。2)特低、超低滲砂巖儲層的孔喉半徑比分布范圍寬,該范圍隨著滲透率的不同而改變,超低滲儲層的分布范圍要寬于特低滲儲層。3)特低、超低滲砂巖儲層的喉道進汞飽和度與滲透率的相關(guān)性較好,滲透率對超低滲儲層喉道進