利用毛管壓力曲線壓汞法定量研究?jī)?chǔ)集巖孔隙空間結(jié)構(gòu)特征參數(shù)

利用毛管壓力曲線壓汞法定量研究?jī)?chǔ)集巖孔隙空間結(jié)構(gòu)特征參數(shù)

毛管能是毛細(xì)管中相界面兩側(cè)非濕相流壓與濕相流壓之間的差異。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(xì)管半徑和巖石的潤(rùn)濕性。目前,測(cè)定毛管力的方法有四種:半滲透隔板法、離心機(jī)法、壓汞法和吸附法。而壓汞法因其測(cè)定數(shù)度快,可得到多項(xiàng)參數(shù)等特點(diǎn)在儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用最廣泛,現(xiàn)已列入各油氣田的油層物性常規(guī)分析項(xiàng)目。壓汞毛管壓力曲線反映了孔喉大小和分布。通過(guò)對(duì)毛管壓力曲線形態(tài)、毛管壓力曲線及其衍生圖件(如孔隙喉道頻率分布直方圖、孔隙喉道累積頻率分布曲線圖等)的分析,可以獲得大量的定性特征和定量特征參數(shù)(如排驅(qū)壓力、飽和度中值毛管壓力、最大汞飽和度和束縛水飽和度、喉道半徑、分選系數(shù)、歪度、均值、結(jié)構(gòu)特征參數(shù)等),從不同同角度表征油氣藏儲(chǔ)集巖的孔隙結(jié)構(gòu)特征。1毛管壓力曲線毛管力與濕相(或非濕相)流體飽和度的關(guān)系曲線,稱為毛管壓力曲線(圖1)。它不僅是孔喉半徑分布和孔隙體積的函數(shù),也是孔喉連接方式的函數(shù),更是孔隙度、滲透率和飽和度的函數(shù)。1.1儲(chǔ)集巖的特性毛管壓力曲線的形態(tài)主要受孔喉分布的歪度及孔喉的分選性兩個(gè)因素所控制。所謂歪度是指孔喉大小分布中是偏于粗孔喉還是偏于細(xì)孔喉。偏于粗孔喉的稱為粗歪度,偏于細(xì)孔喉的稱為細(xì)歪度。對(duì)于儲(chǔ)油(氣)巖來(lái)說(shuō),歪度越粗越好?？缀矸诌x性則是指孔喉大小分布的均一程度?？紫洞笮》植加袆t表明其分選性愈好,在毛管壓力曲線上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)水平的平臺(tái)。而當(dāng)孔喉分選較差時(shí),毛管壓力曲線就是傾斜的。毛管壓力曲線越是接近縱橫坐標(biāo)軸,微觀孔隙結(jié)構(gòu)越好,孔喉均勻而偏粗歪度,滲透率越高,排驅(qū)壓力越低;越是遠(yuǎn)離縱橫坐標(biāo)軸,微觀孔隙結(jié)構(gòu)越差,孔喉不均而偏細(xì)歪度,滲透率越低,排驅(qū)壓力越高。若是曲線占據(jù)了坐標(biāo)軸的右上方,該巖樣代表了很差的儲(chǔ)集巖。典型毛管壓力曲線特征由三部分組成(圖1)。1.1.1壓力和非濕相飽和度由起點(diǎn)壓力和排驅(qū)壓力之間的一段曲線組成,大致與縱坐標(biāo)軸方向一致的斜線段。它表現(xiàn)為隨壓力升高非濕相飽和度非常緩慢增加。這是由于巖樣表面凹凸不平或切開(kāi)較大孔隙引起的,并不代表非濕相已真正進(jìn)入巖芯。1.1.2儲(chǔ)集巖層特性分析它是油(氣)層巖樣的主要進(jìn)液段,大致與橫坐標(biāo)的方向一致,該曲線段越低、越平坦、越長(zhǎng),表示儲(chǔ)層巖石喉道分布越集中、孔隙分選越好、孔隙半徑越大、儲(chǔ)集特性越好。隨著該曲線段上移,中間平坦段變陡,表示滲透率越來(lái)越差的儲(chǔ)集層。若曲線上沒(méi)有明顯的平坦段,則代表了很差的儲(chǔ)集巖層特性。一般來(lái)說(shuō),低滲透儲(chǔ)層的毛管壓力曲線位于坐標(biāo)軸的右上方,平坦段變陡,有的不顯平坦段。因此,曲線中間段的長(zhǎng)、短、位置的高低對(duì)分析巖石的孔隙結(jié)構(gòu)起著很重要的作用。1.1.3漸近線正截面該段曲線大致與縱坐標(biāo)軸的方向一致,可稱為縱坐標(biāo)軸的漸近線,但在低滲透儲(chǔ)層的毛管壓力曲線中,一般很難出現(xiàn)這一段,它往往隨平坦段的變化而變化。1.2孔隙喉道頻率分布的圖解法提取定量特征在研究?jī)?chǔ)集巖孔隙結(jié)構(gòu)時(shí),除了應(yīng)用毛管壓力曲線形態(tài)特征之外,更重要的是用圖解法和統(tǒng)計(jì)法從毛管壓力曲線及其衍生圖件(如孔隙喉道頻率分布直方圖、孔隙喉道累積頻率分布曲線圖等)提取定量特征參數(shù)。1.2.1開(kāi)儲(chǔ)壓力與排驅(qū)壓力最大連通孔喉半徑Rd是水銀進(jìn)入孔隙網(wǎng)絡(luò)時(shí)最先突入的喉道值,即沿毛管壓力曲線的平坦部分作切線與孔隙喉道半徑軸相交所對(duì)應(yīng)的孔隙喉道半徑值(圖1)。排驅(qū)壓力Pd是指孔隙系統(tǒng)中最大連通孔隙喉道所對(duì)應(yīng)的毛管壓力。其物理意義是,在用非潤(rùn)濕相排驅(qū)潤(rùn)濕相時(shí),非潤(rùn)濕相的前沿曲面突破最大孔隙喉道而連續(xù)地進(jìn)入巖樣并將潤(rùn)濕相排驅(qū)出去時(shí)的壓力值,亦即使非潤(rùn)濕相在孔隙中連續(xù)運(yùn)動(dòng)的初始?jí)毫?。排?qū)壓力與巖石滲透率有密切關(guān)系。一般說(shuō)來(lái),滲透率高的巖樣,其排驅(qū)壓力值就低;滲透率低的巖樣,其排驅(qū)壓力值就高?？紫抖雀?滲透率低的巖樣,其排驅(qū)壓力一般也較高,這類巖石雖然儲(chǔ)集空間較大,但是由于連通孔隙的喉道較為狹窄,所以其排驅(qū)壓力相應(yīng)偏高。在研究排驅(qū)壓力的同時(shí),必須注意與排驅(qū)壓力相應(yīng)的曲線平坦部分所占飽和度的百分?jǐn)?shù),即圖1中的SAB段的大小(A點(diǎn)和B點(diǎn)相應(yīng)為曲線平坦部分的起點(diǎn)和終點(diǎn))和曲線的斜度(α角)。α角越小、SAB段越大,則表示最大連通的孔隙喉道的集中程度越高,即巖石的分選性越好,巖石的孔隙結(jié)構(gòu)越均勻。當(dāng)水銀的總飽和度只占總孔隙體積的50%以下時(shí),排驅(qū)壓力往往難于確定。這類樣品往往微孔隙發(fā)育,且滲透率很低,其排驅(qū)壓力可能高于實(shí)驗(yàn)室所施加的最大注入壓力。1.2.2值壓力p50孔喉半徑中值R50是當(dāng)水銀飽和度為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑值,而飽和度中值壓力P50則是指水銀飽和度為50%時(shí)的壓力。P50越小,R50越大,表明儲(chǔ)層的孔滲性越好,產(chǎn)油能力越高;反之,P50越大,R50越小,表明儲(chǔ)層的孔滲性越差,產(chǎn)油能力越低,它是研究油層油柱高度的十分重要參數(shù)之一。1.2.3壓力達(dá)到最高壓力時(shí),最小非飽和的孔隙體積百分?jǐn)?shù)Smin表示當(dāng)注入水銀的壓力達(dá)到儀器的最高壓力時(shí),沒(méi)有被水銀侵入的孔隙體積百分?jǐn)?shù)。此值越低,反映儲(chǔ)集性能越好。1.2.4確定開(kāi)口結(jié)構(gòu)的其他參數(shù)均值χ、分選系數(shù)Sp、孔喉歪度Skp、變異系數(shù)C、峰態(tài)Kp、難流動(dòng)孔喉半徑rn等。2高孔、高滲氣藏四川某碳酸鹽巖氣田是受構(gòu)造控制的巖性氣藏,從儲(chǔ)集層性質(zhì)來(lái)看,屬于高孔、高滲氣藏。通過(guò)對(duì)壓汞法所測(cè)得羅家1、羅家2、羅家5,羅家6等4口井的80多條該氣藏儲(chǔ)層的毛管壓力曲線特征的分析研究,可以得到如下結(jié)果。2.1儲(chǔ)層壓力曲線分布毛管壓力曲線的形態(tài)主要受到孔喉分布的歪度及孔喉分布的分選性兩個(gè)因素所控制。由統(tǒng)計(jì)分析可知,儲(chǔ)層孔喉分布的歪度分布在-3.78~2.13的范圍內(nèi),平均值為0.40,表明孔喉分布相對(duì)于平均值來(lái)說(shuō)屬粗歪度、偏大孔;而分選系數(shù)分布在0.37~3.83范圍內(nèi),平均值為2.23,說(shuō)明孔喉分選較差。因此,儲(chǔ)層毛管壓力曲線多靠左下方坐標(biāo)軸分布。據(jù)此,該儲(chǔ)層的毛管壓力曲線可以分為四類,反映出四種不同的孔喉組合類型。(1)進(jìn)汞飽和度的穩(wěn)定性為粗歪度類型,其排驅(qū)壓力低,飽和度中值壓力也較低,說(shuō)明孔隙結(jié)構(gòu)較好(圖2-Ⅰ、表1)。在較低壓力下就能大量進(jìn)汞。飽和度中值喉道半徑較大,進(jìn)汞飽和度均在85%以上,而且孔隙度均在12%以上。該類型的毛管壓力曲線代表了粗孔大喉或粗孔中喉類型,在該氣藏中占到了15%~35%。(2)進(jìn)汞飽和度和孔隙度為中等歪度,分選中等類型(圖2-Ⅱ),曲線多位于對(duì)角線方向,進(jìn)汞飽和度多分布在75%~85%之間,孔隙度一般多分布于6%~12%之間(表1)。該類曲線代表了粗~細(xì)孔、中~小喉類型,在該氣藏中占到了45%左右。(3)各類特征參數(shù)測(cè)定與Ⅱ相比曲線略偏離對(duì)角線且位于偏向右上方(圖2-Ⅲ),反映分選差,略細(xì)歪度(表1),各類特征參數(shù)較Ⅱ類也差一些,進(jìn)汞飽和度多在60%~75%之間,孔隙度多在2%~6%之間。該類曲有中~細(xì)孔小喉類型,在該氣藏中普遍存在。(4)進(jìn)汞飽和度的壓力曲線位于右上角較高位置(圖2-Ⅳ),特點(diǎn)是具有較高的排驅(qū)壓力,飽和度中值壓力,其特征參數(shù)極差,進(jìn)汞飽和度一般小60%,孔隙度多小于2%。該類曲線屬微孔隙類型,存在于非儲(chǔ)集巖中(表1)。2.2喉道寬度與產(chǎn)氣下限為了評(píng)價(jià)喉道的大小,從壓汞數(shù)據(jù)中提取了四個(gè)參數(shù):利用平均毛管壓力計(jì)算出的平均喉道半徑或?qū)挾萺e;難流動(dòng)孔喉半徑rn,即當(dāng)滲透率值貢獻(xiàn)累計(jì)達(dá)99.99%時(shí)所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑;大于0.02μm和大于0.04μm的孔喉體積百分?jǐn)?shù)。其中,參數(shù)re的分布特征見(jiàn)圖3。據(jù)喉道大小的劃分標(biāo)準(zhǔn),本區(qū)儲(chǔ)集巖的平均喉道大多屬于小~中喉道,僅12%左右的樣品的屬于大喉道,18%左由的樣品屬于微喉道。對(duì)于大于0.02μm的孔喉體積百分?jǐn)?shù),83塊樣品分布在1.27%~97.35%的范圍內(nèi),平均值為69.90%,即可能的含氣飽和度。這個(gè)數(shù)值與測(cè)井解釋或是巖心分析得到的含氣飽和度73%~89%較為一致。大于0.04μm孔喉體積百分?jǐn)?shù),83塊樣品分布在0.19%~96.20%范圍內(nèi),平均值為63.26,即可能的含氣飽和度。這個(gè)平均值與測(cè)井解釋或是巖心分析得到的含氣飽和度相比偏低。因此,可認(rèn)為大于0.02μm孔喉體積百分?jǐn)?shù)相當(dāng)于儲(chǔ)層的含氣飽和度。于是,可以將孔喉半徑0.02μm作為儲(chǔ)層的有效喉道半徑下限,但考慮到碳酸鹽巖儲(chǔ)層以片狀喉道為主的特征,取喉道寬度更為合適,即喉道寬度下限可以初步確定為0.04μm。上述分析可以作為儲(chǔ)層產(chǎn)氣下限的參考。此外,有16塊樣品的毛管壓力資料計(jì)算了吼道半徑對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)值。當(dāng)滲透率的累積貢獻(xiàn)值達(dá)到99.99%時(shí),此時(shí)小于該值對(duì)應(yīng)的孔喉半徑對(duì)應(yīng)滲透率幾乎沒(méi)什么意義。因此把滲透率累積貢獻(xiàn)為99.99%對(duì)應(yīng)的孔喉半徑視作喉道下限r(nóng)c是合適的。飛仙關(guān)組鮞灘儲(chǔ)層喉道下限與物性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。由毛管壓力資料可以得出喉道下限為0.065μm,接近0.04μm,這樣可以認(rèn)為喉道下限為0.04μm。2.3儲(chǔ)層的孔喉及相關(guān)基這里采用最大連通孔隙喉道寬度、飽和度中值孔隙喉道寬度、孔喉分選系數(shù)、歪度、峰態(tài)等五個(gè)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)工區(qū)的儲(chǔ)層的孔喉分布特征。據(jù)物性、壓汞資料統(tǒng)計(jì)分析,該儲(chǔ)層具有較高孔隙度,一般為3.45%~15.39%,最高值為27.0%。有效儲(chǔ)層的孔喉均值最大為24.27μm,平均6.80μm,最大連通孔隙吼道寬度最大值為54.687μm,一般為0.542μm~25.01μm,平均值為10.19μm;飽和度中值孔隙喉道寬度最大值為14.60μm,一般為0.19μm~7.50μm,平均為3.11μm,表明儲(chǔ)層中的孔隙與喉道的搭配關(guān)系以細(xì)~粗孔,大~小喉道為主。儲(chǔ)層孔喉分選較差,分選系數(shù)Sp最大為3.83,最小為0.37,平均2.23;歪度Sk平均0.40,為-3.78~2.13,總體上歪度較細(xì)(但不屬于細(xì)歪度),大約有25%左右的樣品屬細(xì)歪度;峰態(tài)Kp為0.4760~2.5151,平均為1.1444,為正態(tài)~尖峰曲線形態(tài)。2.4最大進(jìn)汞飽和度選擇最大進(jìn)汞飽和度評(píng)價(jià)孔喉的連通性。儲(chǔ)層巖石平均最大進(jìn)汞飽和度為83.08%,即總有效孔隙中,有約88%的空間是被較大的喉道所連通的。這一參數(shù)反映出該儲(chǔ)層的孔喉連通性較好。2.5孔喉的滲流能力選取排驅(qū)壓力、飽和度中值壓力和最小非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)三個(gè)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)孔喉的對(duì)油氣的滲流能力。經(jīng)過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn),儲(chǔ)層的滲流能力較強(qiáng),在其各井區(qū)中又以羅家2井區(qū)滲流能力最強(qiáng),其次為羅家1井區(qū)、羅家5井區(qū),羅家6井區(qū)則最差(表3)。2.5.1fmpa:材料+np該參數(shù)值越小,則孔喉滲流特性越好。滲透率K>10-2μm2,孔隙度φ>8%的樣品,排驅(qū)壓力Pd一般0.1~1MPa。采自儲(chǔ)層的83個(gè)壓汞樣品排驅(qū)壓力Pd分布范圍為0.0128MPa~83.3962MPa,平均為5.4677MPa,小于1MPa的樣品為47個(gè),小于0.1MPa的樣品11個(gè),表明儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能較好,同時(shí)也反映了儲(chǔ)集巖的滲透能力較高,其中各井區(qū)又以羅家2井區(qū)滲流能力最強(qiáng),其次為羅家1井區(qū)、羅家5井區(qū),羅家6井區(qū)最差。2.5.2巖石對(duì)油氣的滲流能力m在實(shí)際生產(chǎn)中,P50可作為油氣產(chǎn)出能力的標(biāo)志。P50越大,則表明巖石越致密(偏向于細(xì)歪度),產(chǎn)能下降;P50越小,則表明巖石對(duì)油氣的滲流能力越好,具有高的產(chǎn)能。對(duì)該儲(chǔ)層而言,83個(gè)樣品有49個(gè)樣品的P50低于5MPa,由此項(xiàng)參數(shù)可見(jiàn),儲(chǔ)層滲濾能力較高,其中各井區(qū)又以羅家2井區(qū)滲流能力最強(qiáng),其次為羅家1井區(qū)、羅家5井區(qū),羅家6井區(qū)最差。2.5.3小孔隙喉道所占體積它反映儀器最高壓力所對(duì)應(yīng)的孔隙喉道半徑(包括比它更小的)的孔隙體積占整個(gè)巖樣孔隙體積的百分?jǐn)?shù)。該參數(shù)值越大,就表示這種小孔隙喉道所占的體積越多,則孔喉滲流能力越差。儲(chǔ)層最小非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)Smin分布在1.55%~54.32%,平均值為16.92%,有效儲(chǔ)層一般為7.26%~18.29%,平均9.26%,由此可見(jiàn),也反映儲(chǔ)層滲濾能力較強(qiáng),其中各井區(qū)又以羅家2井區(qū)滲流能力最強(qiáng),其次為羅家1井區(qū)、羅家5井區(qū),羅家6井區(qū)最差。3儲(chǔ)集巖孔隙結(jié)構(gòu)特征研究3.1毛管壓力曲線可以通過(guò)四種方法(半滲透隔板法、離心機(jī)法、壓汞法和吸附法)獲得。