低滲儲(chǔ)層有效喉道半徑下垂的影響因素研究

低滲儲(chǔ)層有效喉道半徑下垂的影響因素研究

采用傳統(tǒng)壓力法獲得的毛管壓力曲線數(shù)據(jù)，確定儲(chǔ)層有效喉嚨半徑的下限，是儲(chǔ)層孔結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容。前人的研究多集中于利用毛管壓力曲線計(jì)算滲透率貢獻(xiàn)值和確定有效喉道半徑下限的方法等,而對(duì)儲(chǔ)層有效喉道半徑下限的影響因素研究較少,對(duì)其在低滲儲(chǔ)層中所具有的特殊性則研究更少。為深入研究此問題,采用常規(guī)壓汞和恒速壓汞實(shí)驗(yàn)對(duì)高郵凹陷沙埝南地區(qū)4個(gè)斷塊(沙14塊、沙53塊、花17塊和花10塊)低滲儲(chǔ)層的樣品進(jìn)行了分析測(cè)試,旨在探討低滲儲(chǔ)層有效喉道半徑下限的影響因素。研究區(qū)位于蘇北盆地東臺(tái)坳陷高郵凹陷北斜坡中部,目的層為古近系阜寧組阜三段。研究區(qū)阜三段孔隙度為4.5%~24.9%,平均為17.68%,滲透率為0.03×10-3~120.00×10-3μm2,平均為5.37×10-3μm2,為典型的中、低孔低滲儲(chǔ)層。1喉道半徑對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響獲取儲(chǔ)集層有效喉道半徑下限的主要方法為:首先獲得滲透率貢獻(xiàn)值與進(jìn)汞飽和度的關(guān)系,求出累積滲透率貢獻(xiàn)值達(dá)到某一值(99%)時(shí)所對(duì)應(yīng)的飽和度,然后根據(jù)毛管壓力曲線上喉道半徑與進(jìn)汞飽和度的關(guān)系,由已求得的飽和度值求取對(duì)應(yīng)喉道半徑下限值。具體算法如下:ΔKFi=(1/pˉi2+1/pˉi+12)ΔS(Hg)ΔΚFi=(1/pˉi2+1/pˉi+12)ΔS(Ηg)ΔKi=ΔKFi/∑i=1nΔKiΔΚi=ΔΚFi/∑i=1nΔΚi式中:pˉpˉ為平均毛管壓力(MPa);ΔS(Hg)為區(qū)間進(jìn)汞量(%);ΔKFi為不同喉道半徑區(qū)間的滲流能力(MPa-2);ΔKi為不同喉道半徑區(qū)間的滲流能力占總滲透能力的百分?jǐn)?shù)(%)。然后,計(jì)算不同喉道半徑區(qū)間儲(chǔ)層的累計(jì)滲透能力∑i=1nΔKi∑i=1nΔΚi,截取累計(jì)滲透能力為99%時(shí)所對(duì)應(yīng)的喉道半徑即為儲(chǔ)層有效喉道半徑下限值(Rmin)。選取3個(gè)不同級(jí)別滲透率的樣品進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見圖1和表1。從單個(gè)樣品看,不論其滲透率大小,進(jìn)汞量與滲透率貢獻(xiàn)值都不匹配。進(jìn)汞量均分布在較寬的喉道范圍內(nèi),但對(duì)滲透率起主要貢獻(xiàn)的喉道卻較為集中。而且,進(jìn)汞量遞增的幅度及峰值總是滯后于滲透率的遞增幅度和峰值,滲透率貢獻(xiàn)總是偏向粗喉道一端,也就是說,較為粗大的喉道對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大,而較為細(xì)小的喉道對(duì)多孔介質(zhì)的滲透率貢獻(xiàn)較小,甚至沒有貢獻(xiàn)。對(duì)比3個(gè)樣品的累積滲透率貢獻(xiàn)曲線可以看出,隨著樣品滲透率增大,曲線左移,即允許流體流動(dòng)的儲(chǔ)層有效喉道半徑下限值明顯變大。為了驗(yàn)證這一現(xiàn)象在低滲儲(chǔ)層中是否具有普遍性,對(duì)研究區(qū)24塊樣品的有效喉道半徑下限進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(圖2-A)。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中,有效喉道半徑下限與滲透率呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系(R2=0.8588),即有效喉道半徑下限并非一個(gè)定值,而是隨著滲透率增大不斷提高。在低滲儲(chǔ)層中,為什么隨著滲透率增大,有效喉道半徑下限隨之變大?是什么因素控制著它的變化?為了進(jìn)一步探討有效喉道半徑下限的控制因素,對(duì)其與其他孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了分析(圖2-B~F)。2有效喉半徑限的影響因素2.1喉道半徑的影響在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中,有效喉道半徑下限與最大連通喉道半徑(Rmax)、平均喉道半徑(Rave)均呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系(圖2-B,C),即在孔隙系統(tǒng)中,隨著允許流體連續(xù)流動(dòng)的最大喉道半徑的增大,能夠參與流動(dòng)的最小喉道卻減小;同時(shí),隨著全部喉道分布平均位置偏向粗喉道一端,有效喉道半徑下限也偏向粗喉道一端。這是因?yàn)榕c最大連通喉道半徑相應(yīng)的初始進(jìn)汞量左移或與平均喉道半徑相應(yīng)的平均進(jìn)汞位置左移,都會(huì)引起滲透率貢獻(xiàn)曲線左移,進(jìn)而引起有效喉道半徑相應(yīng)的累計(jì)滲透率貢獻(xiàn)99%處的位置左移。圖2-B,C中的數(shù)據(jù)在喉道半徑較大的一端有一定程度的發(fā)散。這是因?yàn)?決定滲透率貢獻(xiàn)分布和有效喉道半徑下限的是各個(gè)半徑級(jí)別喉道的滲流截面,喉道的滲流截面又取決于喉道半徑和數(shù)量,它與喉道半徑的平方呈正比關(guān)系,而與喉道數(shù)量的一次方呈正比關(guān)系。最大連通喉道半徑代表的是汞開始進(jìn)入孔隙系統(tǒng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的喉道半徑,并不包含喉道數(shù)量的概念。當(dāng)喉道半徑較小時(shí),喉道半徑的平方與喉道數(shù)量的乘積也較小,因此相對(duì)來說喉道數(shù)量對(duì)其滲透率貢獻(xiàn)的影響較小,數(shù)據(jù)點(diǎn)較為集中;當(dāng)喉道半徑較大時(shí),喉道半徑的平方較大,同時(shí)也放大了喉道數(shù)量對(duì)滲透率貢獻(xiàn)的影響,因此數(shù)據(jù)點(diǎn)變得分散。這同時(shí)也解釋了有效喉道半徑下限與平均喉道半徑的相關(guān)性(R2=0.9659)高于其與最大連通喉道半徑的相關(guān)性(R2=0.8796)。平均喉道半徑是喉道半徑對(duì)相應(yīng)進(jìn)汞飽和度增量的加權(quán)平均值,其中也包含了喉道數(shù)量的概念。2.2有效喉半徑限和喉嚨選擇之間的關(guān)系2.2.1孔喉間的非均質(zhì)性分選系數(shù)(Sp)與有效喉道半徑下限呈正相關(guān)關(guān)系(圖2-D),即樣品喉道分選越差,有效喉道半徑下限越高。由于所有巖樣均含有一定數(shù)量的細(xì)小喉道,所以是否含有粗大喉道及所含有的粗大喉道的大小和多少就成為決定樣品分選系數(shù)的決定因素。對(duì)于低滲儲(chǔ)層來說,巖樣所含有粗大喉道的半徑越大、數(shù)量越多,分選就越差,同時(shí)其滲透率貢獻(xiàn)曲線就越偏向粗大喉道一端,有效喉道半徑下限值也相應(yīng)提高;而當(dāng)樣品分選越好(只含有細(xì)小喉道),其滲透率貢獻(xiàn)曲線就越偏向細(xì)小喉道一端,有效喉道半徑下限就越小。這也引出了低滲透油田開發(fā)中普遍存在的一個(gè)特殊現(xiàn)象,即儲(chǔ)層滲透率越大,驅(qū)油效率反而越低,對(duì)此有諸多文獻(xiàn)進(jìn)行了報(bào)道[17,18,19,20,21,22]。由上述分析可知,造成這一現(xiàn)象的原因是,低滲儲(chǔ)層的滲透率越大,就意味著其喉道分選越差,可參與流動(dòng)的有效喉道半徑也越大。測(cè)試得出的滲透率只是對(duì)數(shù)量較少的粗大喉道的表征,而數(shù)量較多的小于有效喉道半徑的細(xì)小喉道及其所控制的孔隙體積雖然具有一定的儲(chǔ)集能力,但卻沒有滲流能力。從一定意義上來說,孔喉間的非均質(zhì)性對(duì)低滲儲(chǔ)層驅(qū)油效率的影響甚至比物性更為重要。這就要求,在評(píng)價(jià)低滲儲(chǔ)層的驅(qū)油效率時(shí),不能只考慮儲(chǔ)層的物性,而忽視對(duì)孔間非均質(zhì)的考慮,必須將二者相結(jié)合。2.2.2各因素的比較變異系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)差(分選系數(shù))與喉道半徑平均值(Ф值)之比,用以描述喉道半徑平均值和分選程度的比較。若喉道半徑的平均值越大(細(xì)孔越多)、分選越好(都是細(xì)孔),則變異系數(shù)c越小。而喉道半徑平均值Ф越小(粗孔越多),因巖樣中總是存在著一定數(shù)量的細(xì)小喉道,其分選只能是較好或中等的。由圖2-E可見,變異系數(shù)越大(粗孔越多、分選越差),有效喉道半徑下限越大。2.2.3有機(jī)溶劑濃度對(duì)有效喉道半徑的影響均質(zhì)系數(shù)(a)是每個(gè)喉道半徑相對(duì)最大連通喉道半徑的偏離程度對(duì)對(duì)應(yīng)的進(jìn)汞飽和度增量的加權(quán)平均值,它代表了巖樣中所有喉道對(duì)最大連通喉道半徑總的偏離程度。當(dāng)有效喉道半徑下限較小(Rmin<1.5μm)時(shí),隨a的增大,有效喉道半徑有減小趨勢(shì);當(dāng)有效喉道半徑下限較大(Rmin>1.5μm)時(shí),有效喉道半徑與a無明顯關(guān)系(圖2-F)。當(dāng)有效喉道半徑下限較小時(shí),最大連通喉道半徑、平均喉道半徑也較小,孔隙系統(tǒng)中所有喉道均分布在細(xì)小喉道一端。此時(shí),a越大,總的喉道分布對(duì)最大連通喉道半徑的偏離越小,即喉道的整體分布更為集中也更偏向細(xì)的一端,其滲透率貢獻(xiàn)曲線呈現(xiàn)偏向細(xì)端的窄幅尖峰狀,因此其有效喉道半徑下限越小(圖1-A)。a越小,總的喉道分布對(duì)最大連通喉道半徑的偏離越大,這時(shí),巖樣中部分較大孔隙提供了絕大多數(shù)的滲透率貢獻(xiàn),進(jìn)汞量偏向細(xì)端的長(zhǎng)尾對(duì)滲透率沒有貢獻(xiàn)(圖1-B),因此有效喉道半徑下限相對(duì)變大。當(dāng)有效喉道半徑下限較大時(shí),孔隙系統(tǒng)中會(huì)存在一部分較大喉道,這些較大喉道決定了滲透率貢獻(xiàn)曲線的位置和形態(tài)(圖1-C),同時(shí)也決定了有效喉道半徑的下限?？紫断到y(tǒng)中所固有的細(xì)小喉道的百分比只影響全部喉道對(duì)最大連通喉道半徑的偏離程度,即a,而不影響有效喉道半徑的下限,因此,有效喉道半徑與a無關(guān)。3喉道及滲儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)采用的是恒壓法,把通過喉道進(jìn)入孔隙的體積均作為此喉道所占有的體積。而恒速壓汞技術(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,可以同時(shí)給出孔隙中孔道和喉道的信息,這對(duì)于孔、喉性質(zhì)差別很大的低滲儲(chǔ)層尤其重要。研究區(qū)3塊樣品的喉道分布和孔隙分布曲線(圖3-A,B)表明,對(duì)于沉積條件和成巖作用相近的低滲儲(chǔ)層,不同滲透率的樣品其孔隙分布非常接近,造成其物性和孔隙結(jié)構(gòu)差異,進(jìn)而造成有效喉道半徑下限差異,其主要原因是其喉道分布的差異,而與孔隙分布無關(guān)。從喉道個(gè)數(shù)來看,滲透率低的1號(hào)樣品喉道個(gè)數(shù)反而比滲透率高的2號(hào)、3號(hào)樣品多(表2),這也印證了前述喉道半徑較喉道個(gè)數(shù)對(duì)滲透率和有效喉道半徑下限值影響更大的結(jié)論。從上述對(duì)有效喉道半徑下限與滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間關(guān)系的分析可見,對(duì)于低滲儲(chǔ)層而言,隨著儲(chǔ)層巖石孔隙系統(tǒng)中較為粗大喉道數(shù)量增多、半徑增大(Rmax和Rave增大),喉道分選變差(Sp、c增大),喉道間的非均質(zhì)性增強(qiáng),有效喉道半徑下限也隨之提高。4喉道半徑下限(1)有效喉道半徑下限并非一個(gè)定值,而是隨著滲透率增大,有效喉道半徑下限也不斷提