基于毛管壓力曲線的儲層孔隙結構研究

基于毛管壓力曲線的儲層孔隙結構研究

儲層非均質性研究是儲層和油藏勘探的重要內容。根據儲層的描述規(guī)模，可將儲層的非均質性分為宏觀非均質性和微觀非均質性。儲層微觀非均質性是指砂體的孔隙、喉道大小及均勻程度、孔隙喉道的配置關系和連通程度,它直接影響著注入水的微觀驅替效率,從而控制著孔隙結構中微觀規(guī)模剩余油的分布。目前,測定毛管力的方法有4種:半滲隔板法、離心機法、壓汞法和吸附法。壓汞測試一直是儲層孔隙結構研究的重要手段,由此得到的毛管壓力曲線表征了巖石孔喉的大小和分布。1儲集巖壓汞分析毛管力為毛細管中相界面兩側非濕相流體壓力與濕相流體壓力之差。毛管力方向指向彎液面的凹方向,大小取決于兩種流體之間的界面張力、毛細管半徑和巖石的潤濕性。因此可利用壓汞時的壓力和對應的進汞量多少即汞飽和度定量求取喉道的大小和分布,通過退汞壓力和退汞飽和度即可大致反映孔隙半徑的大小及分布。對于孔隙結構較好的儲集巖,壓汞曲線和退汞曲線如圖1所示。曲線Ⅰ為壓汞曲線,包括AB、BC、CD、DE四段,曲線Ⅱ為退汞曲線ed、dc、cb、ba四段。壓汞曲線。AB段:未進汞段,其長短反映排驅壓力的高低;BC段:相對平直的直線段,斜率越小,直線段愈長,則喉道分布愈集中;CD段:BC段和DE段之間的過渡帶,其曲率大小反映細喉道的分布,曲率越大,細喉道所占頻率越高,曲率越小,細喉道所占的頻率越小;DE段:停止進汞段,基本平行于壓力軸,在實際中常缺少該段。退汞曲線。ed段:未開始退汞段;dc段:與壓汞曲線CD段相對應的凹行弧線,其曲率大小反映小孔隙的分散程度,曲率越小,弧線越長,小孔隙所占頻率越大;cb段:斜率大小反映孔隙的分選性;ba段:停止退汞段。cb段完整的退汞曲線,ba段起始位置高低反映最大孔隙半徑大小。2儲層壓力曲線油氣藏形成過程是油氣運移的驅動力(主要是浮力)不斷克服毛管壓力而排驅水達到平衡的過程,油氣水分布的現狀是驅動力和毛管壓力相對平衡的結果,因此把毛管力與濕相(或非濕相)流體飽和度的關系曲線,稱為毛管壓力曲線。它不僅是孔喉半徑分布和孔隙體積的函數,也是孔喉連接方式的函數,更是孔隙度、滲透率和飽和度的函數。能夠表征儲層孔隙結構特征的毛管壓力曲線的定量特征參數主要有排驅壓力、飽和度中值壓力和中值半徑、最大汞飽和度和退汞效率等,它們都是反映儲層微觀非均質性的重要依據。排驅壓力p是指非濕相汞開始進入巖樣的最大喉道的最低壓力。該壓力越低,巖石滲透性越好,最大喉道半徑越大,儲層儲集性能越好;反之,該壓力越高,儲層儲集性能越差。飽和度中值壓力pc50是指汞飽和度為50%時的壓力。pc50越小r50越大,表明儲層的孔滲性越好產油能力越高;反之pc50越大r50越小,表明儲層的孔滲性越差,產油能力越低。最大汞飽和度SHgb是指最高壓力下進汞的飽和度。此值越高反映儲集性能越好。退汞效率EW指注入壓力從最高降壓后退出的汞體積與進入巖樣的最大汞體積之比。退汞效率越大,反映儲集性能越好,水驅油效率越高,它是研究儲集層采收率的重要參數。由于實驗室每塊樣品只能代表油藏某點的特征,只有把具有相同性質的毛管壓力曲線(同一孔隙結構)平均(即還原)為一條代表油藏特征的毛管壓力曲線,才能有利于反映儲層的儲集性能及其微觀非均質情況。求平均毛管壓力曲線主要有重疊法和J函數方法。J函數方法是一種經典的方法,它能消除滲透率、孔隙度等對毛管壓力曲線的影響,是無量綱函數,可應用于含有任何潤濕性的流體組合。長期以來J函數曲線在油層物理學中獲得了廣泛的應用。3儲層巖石孔隙結構根據商河油田沙一中8口井得到的23塊巖樣的壓汞曲線,現選擇3種相對典型的毛管壓力曲線做詳細分析(圖2)。a:該塊巖樣的排驅壓力0.01MPa,是巖樣里排驅壓力值最小的;飽和度中值壓力只有0.0654MPa;中值半徑達11.46μm;其最大進汞飽和度達93.6133%,孔隙度為26.60%,滲透率為1333×10-3μm2,該巖樣的孔隙度和滲透率值是巖樣里的最大值;退汞效率達62.8715%。根據前面對進汞曲線和退汞曲線形態(tài)的介紹,從此圖可以看出:該巖樣喉道分布集中,細喉道所占的頻率小,小孔隙所占的頻率小,孔隙的分選性較好。從整體上看,該巖樣的孔隙結構相當好,儲層的儲集性能也好。b:巖樣的排驅壓力5.636MPa,是樣本里排驅壓力最大的;飽和度中值壓力高達19.07MPa;中值半徑只有0.0393μm;最大進汞飽和度只有64.2675%,而退汞效率也只有23.7020%;孔隙度為11.50%,滲透率為0.204×10-3μm2,孔隙度和滲透率的值都相對比較小。從此圖中可以看出:該巖樣喉道分布相對集中,細喉道所占的頻率大,小孔隙所占的頻率大,孔隙的分選性很差。從整體上看,該巖樣的孔隙結構比較差,儲層的儲集性能也極差。c:巖樣的排驅壓力0.256MPa;飽和度中值壓力為16.72MPa;中值半徑0.0448μm;最大進汞飽和度59.6107%;退汞效率只有23.2143%;孔隙度為3.90%,滲透率為0.017×10-3μm2。其排驅壓力和最大進汞飽和度都相對比較小,孔隙度和滲透率的值都是樣本中最小的。從此圖中可以看出:喉道分布很不集中,細喉道所占的頻率大,小孔隙所占的頻率大,孔隙的分選性很差。從整體上看,該巖樣的孔隙結構差,儲層的儲集性能也差。以此23塊巖樣得到的所有毛管壓力曲線(壓汞曲線),經“J”函數:J(SHg)=Pc(SHg)σcosθK???√J(SΗg)=Ρc(SΗg)σcosθΚ?計算得一組J(SHg)～SHg,如圖3所示。由圖3可以看出,由23塊巖樣的毛管壓力曲線計算的J(SHg)函數曲線,除3塊巖樣外,其余20塊巖樣的毛管壓力曲線基本重合成一條J(SHg)函數曲線。業(yè)已證明,若各塊巖樣的J(SHg)函數曲線重合,則這些巖樣的孔隙結構相似。因此圖3表明了研究區(qū)沙一中儲層巖石的孔隙結構基本相似。由圖3的J(SHg)函數曲線和23塊巖樣的平均孔隙度14.48%和平均滲透率231.69×10-3μm2還原成一條平均毛管壓力曲線,如圖4所示。由該毛管壓力曲線可求得各個汞飽和度SHg(即孔隙體積%)下的孔徑分布和滲透率貢獻分布,如圖5所示。由圖5可以看出20%的孔隙體積滲透率貢獻達87%左右,其余80%孔隙體積的中小孔道滲透率貢獻僅為13%左右。從圖中還可以看出當滲透率貢獻達99.9%左右時,其對應的孔隙體積為50%,對應的孔喉半徑為近似1μm。在油藏工程中把孔喉半徑小于1μm(作為滲流半徑的下限,即當孔喉半徑小于1μm的喉道對滲透率幾乎沒有什么貢獻,因此可以認為孔喉半徑小于1μm的孔隙被束縛水占據,半徑大于1μm的孔隙才是油藏可流動的孔隙,也就是說研究區(qū)沙一中油藏可流動的孔隙體積不會超過50%。4儲層非均質性表征以商河油田沙一中的壓汞資料和實際數據為基礎,對巖樣的壓汞曲線和退汞曲線及孔喉分布進行分析,運用毛管壓力曲線形象地描述了研究區(qū)油藏的微觀非均質性,認為該油藏的非均質性還是十分嚴重的。由此可見在油田的油層物性分析中,通過對油藏毛管壓力曲線形態(tài)分析,獲得大量的定性