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低渗透油藏毛管压力曲线特征分析及应用

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渗透 油藏 压力 曲线 特征 分析 应用
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    文 章 编 号 : 1000 - 2634 (2002) 02 - 0021 - 04低 渗 透 油 藏 毛 管 压 力 曲 线 特 征 分 析 及 应 用 珍 1 ,李 治 平 1 ,贾 闽 惠 2(1. 西 南 石 油 学 院 ,四 川 南 充 637001 ; 2. 四 川 电 子 科 技 大 学 )摘 要 : 我 国 低 渗 透 油 田 的 储 量 在 探 明 未 动 用 的 地 质 储 量 中 占 有 较 大 的 比 例 。 深 入 研 究 该 类 储 层 的 孔 隙 结 构 特 征 对 低渗 透 油 层 的 渗 流 机 理 研 究 及 对 低 渗 透 油 田 的 合 理 开 发 具 有 重 要 实 际 指 导 意 义 。 通 过 对 低 渗 透 油 藏 毛 管 压 力 曲 线 的定 性 特 征 和 定 量 特 征 参 数 分 析 ,发 现 该 类 油 藏 毛 管 压 力 曲 线 符 合 双 曲 线 变 化 规 律 ,引 用 油 田 压 汞 法 所 测 得 的 毛 管 压力 数 据 ,对 毛 管 压 力 曲 线 进 行 双 曲 线 拟 合 ,得 到 了 良 好 的 效 果 以 及 有 关 储 层 孔 隙 结 构 的 特 征 参 数 。 由 此 可 知 ,低 渗 透储 层 具 有 、 等 特 点 。关 键 词 : 低 渗 透 油 藏 ;毛 细 管 压 力 ;孔 隙 结 构 ;渗 透 率中 图 分 类 号 :                 文 献 标 识 码 : 言毛 管 力 为 毛 细 管 中 相 界 面 两 侧 非 湿 相 流 体 压 力与 湿 相 流 体 压 力 之 差 。 毛 管 力 方 向 指 向 弯 液 面 的 凹方 向 ,大 小 取 决 于 两 种 流 体 之 间 的 界 面 张 力 、 毛 细 管半 径 和 岩 石 的 润 湿 性 。 目 前 ,测 定 毛 管 力 的 方 法 有4 种 :半 渗 隔 板 法 、 离 心 机 法 、 压 汞 法 和 吸 附 法 。 压汞 测 试 法 在 储 层 孔 隙 结 构 研 究 中 的 应 用 最 广 泛 ,现已 列 入 各 油 田 的 油 层 物 性 常 规 分 析 项 目 。 压 汞 毛 管压 力 曲 线 反 映 了 孔 喉 大 小 和 分 布 。 通 过 对 低 渗 透 油藏 毛 管 压 力 曲 线 形 态 分 析 ,获 得 大 量 的 定 性 特 征 和定 量 特 征 参 数 (如 :排 替 压 力 、 饱 和 度 中 值 毛 管 压 力 、最 大 汞 饱 和 度 和 束 缚 水 饱 和 度 、 喉 道 半 径 、 分 选 系数 、 歪 度 、 均 值 、 结 构 特 征 参 数 等 ) ,从 不 同 角 度 表 征岩 样 的 孔 隙 结 构 特 征 。1   低 渗 透 油 藏 的 概 念据 文 献 [ 2 - 4 ]可 知 ,凡 是 储 层 渗 透 率 为 0. 1 ×10 - 3~ 50 × 10 - 3μ 油 层 为 低 渗 透 油 层 ;储 层 空气 渗 透 率 小 于 0. 1 × 10 - 3μ 气 层 为 低 渗 透 致 密气 层 。 文 献 [ 3 ]对 这 些 油 田 特 征 及 开 发 动 用 状 况 有更 深 入 的 认 识 ,根 据 储 层 渗 透 率 进 一 步 将 储 层 细 分为 3 类 :低 渗 透 层 (10 × 10 - 3 < k ≤ 50 × 10 - 3μ ;特 低 渗 透 层 (1 × 10 - 3 < k ≤ 10 × 10 - 3μ ;超 低 渗透 层 ( k ≤ 1 × 10 - 3μ 。 这 对 指 导 油 田 科 学 合 理 地开 发 生 产 ,具 有 一 定 实 用 价 值 。文 献 [ 4 ]根 据 我 国 部 分 低 渗 透 油 田 流 度 的 大 小 ,将 低 渗 透 油 层 分 为 3 类 :低 渗 透 油 层 (30 × 10 - 3 < k/μ < 50 × 10 - 3μ ( s) ) ;特 低 渗 透 油 层 ( 1 ×10 - 3 < k/μ ≤ 30 × 10 - 3μ ( s) ) ;为 超 低 渗透 油 层 ( k/μ ≤ 1 × 10 - 3μ ( s) ) 。 这 说 明 了流 度 确 实 也 是 表 征 低 渗 透 油 层 的 重 要 参 数 之 一 。2   低 渗 透 油 层 毛 管 压 力 曲 线 特 征毛 管 力 与 湿 相 (或 非 湿 相 )流 体 饱 和 度 的 关 系 曲线 ,称 为 毛 管 压 力 曲 线 (图 1) 。 它 不 仅 是 孔 喉 半 径分 布 和 孔 隙 体 积 的 函 数 ,也 是 孔 喉 连 接 方 式 的 函 数 ,更 是 孔 隙 度 、 渗 透 率 和 饱 和 度 的 函 数 。2. 1   毛 管 压 力 曲 线 的 定 性 特 征 [3 ,5 ,7 ]毛 管 压 力 曲 线 越 是 接 近 纵 横 坐 标 轴 ,微 观 孔 隙结 构 越 好 ,孔 喉 均 匀 而 偏 粗 歪 度 ,渗 透 率 越 高 ,排 驱压 力 越 低 ;越 是 远 离 纵 横 坐 标 轴 ,微 观 孔 隙 结 构 越差 ,孔 喉 不 均 匀 而 偏 细 歪 度 ,渗 透 率 越 低 ,排 驱 压 力越 高 。 若 是 曲 线 占 据 了 坐 标 轴 的 右 上 方 ,该 岩 样 代表 了 很 差 的 储 集 层 。 低 渗 透 油 层 的 典 型 毛 管 压 力 曲线 特 征 由 三 部 分 组 成 。第 24 卷   第 2 期                   西 南 石 油 学 院 学 报                   24   22002 年   4 月                               2002  X 收 稿 日 期 : 2001 - 06 - 12基 金 项 目 : 四 川 省 青 年 基 金 资 助 项 目 “ 变 形 介 质 油 气 藏 渗 流 机 理 及 应 用 研 究 ” (省 285) 。作 者 简 介 : 彭 彩 珍 (1963 - ) ,女 (汉 族 ) ,湖 南 邵 东 人 ,讲 师 ,硕 士 ,主 要 从 事 油 藏 工 程 的 科 研 和 教 学 工 作 。© 1994 (1) 初 始 段 :由 起 点 压 力 和 排 出 压 力 之 间 的 一段 曲 线 组 成 ,大 致 与 纵 坐 标 轴 方 向 一 致 的 斜 线 段 。表 现 为 随 压 力 升 高 非 湿 相 饱 和 度 非 常 缓 慢 增 加 。 此时 ,非 湿 相 饱 和 度 非 常 缓 慢 增 加 是 由 于 岩 样 表 面 凹凸 不 平 或 切 开 较 大 孔 隙 引 起 的 ,并 不 代 表 非 湿 相 已真 正 进 入 岩 心 。图 1   实 测 毛 管 力 与 空 气 饱 和 度 关 系(2) 中 间 缓 坡 段 或 平 坦 段 :它 是 油 层 岩 样 的 主要 进 液 段 ,大 致 与 横 坐 标 的 方 向 一 致 ,该 曲 线 段 越低 、 越 平 坦 、 越 长 ,表 示 储 层 岩 石 喉 道 的 分 布 越 集 中 、孔 隙 分 选 越 好 、 孔 隙 半 径 越 大 、 储 集 特 性 越 好 。 随 着该 曲 线 段 上 移 ,中 间 平 坦 段 变 陡 ,表 示 渗 透 率 越 来 越差 的 储 集 层 。 若 曲 线 上 没 有 明 显 的 平 坦 段 ,则 代 表了 很 差 的 储 集 岩 层 特 性 。 一 般 来 说 ,低 渗 透 储 层 的毛 管 压 力 曲 线 位 于 坐 标 轴 的 右 上 方 ,平 坦 段 变 陡 ,有的 不 显 平 坦 段 。 因 此 ,曲 线 中 间 段 的 长 、 短 ,位 置 的高 、 低 对 分 析 岩 石 的 孔 隙 结 构 起 着 很 重 要 的 作 用 。(3) 尾 部 段 :该 段 曲 线 大 致 与 纵 坐 标 的 方 向 一致 ,可 称 为 纵 坐 标 轴 的 渐 近 线 ,但 在 低 渗 透 储 层 的 毛管 压 力 曲 线 中 ,一 般 很 难 出 现 这 一 段 ,它 往 往 随 平 坦段 的 变 化 而 变 化 。(4) 低 渗 透 储 层 的 毛 管 压 力 曲 线 的 排 驱 压 力高 ,最 大 孔 喉 半 径 小 ;退 汞 效 率 低 ,孔 隙 滞 留 量 多 ,渗流 阻 力 大 ,且 具 有 启 动 压 力 梯 度 。2. 2   毛 管 压 力 曲 线 的 定 量 特 征 参 数(1) 排 驱 压 力 最 大 孔 喉 半 径 压 力 指 非 湿 相 汞 开 始 进 入 岩 样 的 最大 喉 道 的 最 低 压 力 。 该 压 力 越 低 ,岩 石 渗 透 性 越 好 ,最 大 喉 道 半 径 越 大 ,储 层 储 集 性 能 越 好 ;反 之 ,该 压力 越 高 ,储 层 储 集 性 能 越 差 。(2) 饱 和 度 中 值 压 力 中 值 半 径 度 中 值 压 力 指 汞 饱 和 度 为 50 % 时的 压 力 。 小 , 大 , 表 明 储 层 的 孔 渗 性 越好 ,产 油 能 力 越 高 ;反 之 , 大 , 小 ,表 明 储层 的 孔 渗 性 越 差 ,产 油 能 力 越 低 ,它 是 研 究 油 层 油 柱高 度 的 十 分 重 要 参 数 之 一 。(3) 最 大 汞 饱 和 度 S 最 小 湿 相 饱 和 度 S 汞 饱 和 度 S 指 最 高 压 力 下 进 汞 的 饱和 度 。 此 值 越 高 ,反 映 储 集 性 能 越 好 。(4) 退 汞 效 率 入 压 力 从 最 高 降 压 后 退 出 的 汞 体 积 与 进 入岩 样 的 最 大 汞 体 积 之 比 。 退 汞 效 率 越 大 ,反 映 储 集 性能 越 好 ,水 驱 油 效 率 越 高 ,它 是 研 究 储 集 层 采 收 率 的重 要 参 数 。 S S 100 % (1)(5) 均 质 系 数每 一 喉 道 半 径 r 对 最 大 喉 道 半 径 值 。 均质 系 数 越 接 近 1 ,组 成 岩 样 的 喉 道 半 径 越 接 近 最 大 喉道 半 径 , 岩 样 的 孔 径 分 布 越 均 匀 , 据 沈 平 平 等 研 究(1982 年 ) ,其 表 达 式 为α = ∫S   (0 < α ≤ 1) (2)(6) 确 定 孔 隙 结 构 特 征 的 其 它 参 数均 值 ,分 选 系 数 ,偏 态 ,峰 态 ,变 异 系 数 等 。3   压 汞 数 据 的 双 曲 线 拟 合 分 析图 2[1 ] 为 双 对 数 坐 标 下 的 毛 管 压 力 曲 线 , 纵 坐标 毛 管 压 力 采 用 对 数 刻 度 ,横 坐 标 汞 饱 和 度 也 采 用对 数 刻 度 。 这 样 使 初 始 进 汞 部 分 的 特 征 在 曲 线 上 表现 更 突 出 ,曲 线 变 得 更 平 缓 些 ,有 利 于 分 析 曲 线 所 包含 的 孔 隙 结 构 特 征 和 定 量 化 研 究 。图 2   实 测 压 汞 双 曲 线 拟 合 分 布毛 管 压 力 曲 线 的 形 状 和 位 置 差 异 反 映 了 岩 样 的一 些 基 本 性 质 ,其 中 包 括 孔 隙 几 何 学 特 征 。 例 如 : ①曲 线 相 对 于 饱 和 度 S 管 压 力 位 置 分 别22 西 南 石 油 学 院 学 报                                       2002 年© 1994 ; ② 曲 线 的 形 状 取 决 于 孔 隙 的 连通 性 和 孔 隙 大 小 的 分 选 性 。 因 此 ,为 了 利 用 毛 管 压 力资 料 来 研 究 孔 隙 结 构 ,我 们 试 图 找 到 一 个 描 述 不 同岩 样 的 S 系 的 独 特 数 学 表 达 式 。 利 用 这 个数 学 表 达 式 中 的 参 数 描 述 不 同 岩 样 中 的 孔 隙 几 何 特征 的 差 异 。3. 1   双 曲 线 数 学 模 型 及 其 物 理 意 义毛 管 压 力 和 度 S 双 对 数 关 系 可 用如 下 数 学 模 型 [1 ,6 ] 来 表 达 :(lg lg ( b) = - 3)式 中 , 曲 线 形 状 。 (3) 式 改 写 为S b = 10- C2 lg pc 4)或     S S b = g lg pc 5)式 中 , S 进 汞 压 力 为 的 累 积 汞 饱 和 度 (连 通孔 隙 体 积 百 分 数 , %) ; S b — 无 限 大 压 力 时 可 能 的 汞饱 和 度 (总 连 通 孔 隙 体 积 百 分 数 , %) ; 汞 / 空 气系 统 的 毛 管 压 力 , 汞 / 空 气 系 统 外 推 排 驱压 力 , 孔 喉 几 何 因 子 。毛 管 压 力 曲 线 的 位 置 和 形 状 由 (5) 式 中 的 S b、F g 确 定 。 曲 线 的 位 置 由 双 曲 线 的 两 条 渐 近 线 确定 ,即 在 无 限 大 压 力 下 的 总 进 汞 饱 和 度 当 被 汞 占据 的 孔 隙 体 积 百 分 数 逼 近 于 0 ,曲 线 渐 渐 逼 近 水 平 渐近 线 ,就 表 示 “ 外 推 排 驱 压 力 ” 。 曲 线 的 形 状 由 定 ,因 为 曲 线 形 状 与 岩 石 样 品 中 的 孔 隙 喉 道 的 分 选性 和 连 通 性 有 关 。3. 2   回 归 拟 合 法 确 定 双 曲 线 的 参 数设 lg y , x , lg a , b = b ,d = 则 方 程 (3) 化 为( y - a) ( x - b) = - d (6)再 设 S b = 100 +ε ,则 b = 所 以( y - a) ( x - = - d (7)即 y - a = - )再 设 x′ = 1/ ( x - , y′ = y ,则 得y′ = a - (9)利 用 最 小 二 乘 法 原 理 , 得 到 一 元 线 性 回 归 方 程的 最 佳 拟 合 参 数 a、 d。 于 是 得 到 方 程 (3) 中 的 三 个关 键 参 数 S b、 Fg。 10 aS b = 100 +ε 2. 303 1)4   实 例 分 析新 疆 某 油 田 为 构 造 油 藏 ,从 储 集 层 性 质 来看 ,属 于 低 孔 低 渗 透 性 块 状 油 藏 。 通 过 对 压 汞 法 所 测得 的 50 多 条 毛 管 压 力 曲 线 进 行 双 曲 线 拟 合 ,得 到 的结 果 如 图 3 ~ 图 9 所 示 ,拟 合 结 果 如 表 1。表 1   双 曲 线 拟 合 结 果图 号 井 号 基 本 方 程 相 关系 数 最 大 毛 管半 径 压 力 度 中 值压 力 度 中 值半 径 度/ %渗 透 率K/μ 2084 (lg 0. 826) ( 2. 3) = - 1. 372 0. 998 4. 929 0. 149 28. 660 0. 0257 11. 40 0. 0639图 4 2205 (lg 0. 998) ( 2. 5) = - 1. 761 0. 994 7. 325 0. 100 15. 870 0. 0463 9. 50 0. 0252图 5 2611 (lg 0. 992) ( 2. 3) = - 1. 441 0. 997 7. 217 0. 102 25. 481 0. 0289 12. 10 0. 0520图 6 2616 (lg 0. 368) ( 2. 5) = - 1. 416 0. 997 1. 717 0. 428 25. 120 0. 0293 8. 30 0. 0140图 7 2624 (lg 0. 637) ( 2. 5) = - 1. 365 0. 996 3. 186 0. 231 11. 681 0. 0630 8. 10 < 0. 01图 8 2662 (lg 0. 469) ( 2. 3) = - 0. 898 0. 997 2. 163 0. 340 10. 615 0. 0693 10. 40 0. 019032第 2 期                       彭 彩 珍 等 :   低 渗 透 油 藏 毛 管 压 力 曲 线 特 征 分 析 及 应 用© 1994        4   结   论(1) 低 渗 透 油 藏 毛 管 压 力 曲 线 的 特 征 , 主 要 表现 为 细 歪 度 型 , 并 且 具 有 、 等 特点 ;(2) 低 渗 透 油 藏 毛 管 压 力 曲 线 可 以 通 过 四 种 方法 (压 汞 法 、 半 渗 透 隔 板 法 、 离 心 机 法 、 氮 气 吸 附 法 )测 得 ;(3) 岩 样 在 实 验 室 所 测 得 的 毛 管 压 力 累积 进 汞 饱 和 度 S 据 绘 制 在 双 对 数 坐 标 纸 上 ,可以 得 到 近 似 于 双 曲 线 的 最 佳 拟 合 曲 线 ,且 相 关 系 数均 在 0. 99 以 上 ;(4) 通 过 拟 合 曲 线 , 可 以 获 得 一 系 列 反 映 岩 样的 孔 隙 结 构 特 征 的 参 数 。 为 低 渗 透 油 藏 开 发 提 供 可靠 的 基 础 资 料 。参 考 文 献 :[1 ]   廖 明 光 . 毛 管 压 力 曲 线 分 析 新 方 法 及 其 在 油 气 藏 描 述中 的 应 用 [J ]. 西 南 石 油 学 院 学 报 ,1997 ,19 (2) :5 - 9.[2 ]   黄 延 章 . 低 渗 透 油 层 渗 流 机 理 [ M ]. 北 京 :石 油 工 业 出版 社 ,1998.[3 ]   李 道 品 . 低 渗 透 砂 岩 油 田 开 发 [ M ]. 北 京 :石 油 工 业 出版 社 ,1997.[4 ]   中 国 石 油 天 然 气 总 公 司 开 发 生 产 局 . 低 渗 透 油 田 开 发技 术 - 全 国 低 渗 透 油 田 开 发 技 术 座 谈 会 论 文 选 [ M ] :石 油 工 业 出 版 社 ,1994.[5 ]   何 更 生 . 油 层 物 理 [ M ]. 北 京 :石 油 工 业 出 版 社 ,1994.[6 ]   H M. of a by J ]. 963 :73 - 77.[7 ]   孙 良 田 . 油 层 物 理 实 验 [ M ]. 北 京 :石 油 工 业 出 版 社 ,1992. (编 辑   蒋   红 )42 西 南 石 油 学 院 学 报                                       2002 年© 1994 ,12 - 14 ,2002 ( 1000 - 2634 , S E)is an to it is to of In we a to On of ve a to of a It in is F U 34001 ,, L I L I   F S S T U M I E ,V 24 , N O. 2 , 15 - 17 , 2002 ( 1000 - 2634 , S E)is a to of or in of on we to We a of to is of in of O 37001 , ,   F S S T U M I E, V 24 , N O. 2 , 18 - 20 , 2002 ( 1000 S E)we we is to is In to a to is in by is to to to is F F F 37001 , ,L I J   F S S T U M I E ,V 24 , N O. 2 , 21 - 24 , 2002 ( 1000 - 2634 , S E)in of of of on of on On of of it is a a of is 37400 ,, et   F S S T U M I E, V 24 , N O. 2 , 25 - 27 , 2002 ( 1000 S E)on a to in                                             2002© 1994
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