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        恒速壓汞技術(shù)在華慶長(zhǎng)63微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用

        2016-10-18 11:53:37任淑悅孫衛(wèi)任大忠劉登科
        石油化工應(yīng)用 2016年9期
        關(guān)鍵詞:恒速壓汞孔喉

        任淑悅,孫衛(wèi),任大忠,劉登科

        (西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710069)

        恒速壓汞技術(shù)在華慶長(zhǎng)63微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用

        任淑悅,孫衛(wèi),任大忠,劉登科

        (西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710069)

        為了評(píng)價(jià)華慶地區(qū)長(zhǎng)63砂巖儲(chǔ)層,應(yīng)用恒速壓汞技術(shù)對(duì)華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,得到了孔隙、喉道、孔喉比等參數(shù)的分布特征及毛細(xì)管壓力曲線并對(duì)之進(jìn)行分析。分析可知,隨著滲透率的變化,孔隙半徑分布無(wú)明顯變化,集中分布在110 μm~170 μm,平均值為150 μm。而喉道半徑的分布范圍較寬,主要分布在0.1 μm~1.6 μm,平均值為0.79 μm,曲線呈現(xiàn)出不等頻率的正態(tài)分布。表明低滲透儲(chǔ)層,決定儲(chǔ)層滲流能力的主要因素不是孔隙,而是喉道半徑的大小、分布及形態(tài);通過(guò)恒速壓汞的定量分析表明,喉道是影響儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)好壞的關(guān)鍵。

        華慶長(zhǎng)63;恒速壓汞;喉道;孔喉比;毛細(xì)管曲線

        華慶地區(qū)處于鄂爾多斯盆地西南部,橫跨天環(huán)坳陷和伊陜斜坡,區(qū)域內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單,傾角小于1°,局部地區(qū)發(fā)育簡(jiǎn)單的鼻狀構(gòu)造[1]。該區(qū)發(fā)育多套含油層系,其中長(zhǎng)63儲(chǔ)層為主要的油氣富集層位之一。宏觀方面,前人對(duì)該區(qū)已做了大量的研究工作[2,3],微觀孔隙結(jié)構(gòu)方面的研究工作相對(duì)欠缺。目前研究?jī)?chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的技術(shù)越來(lái)越多,從利用鑄體薄片、掃描電鏡等對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的定性分析,到利用常規(guī)壓汞技術(shù)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)以及確定滲流能力參數(shù)的定性半定量分析,發(fā)展到現(xiàn)在利用恒速壓汞技術(shù)直接對(duì)喉道和孔隙的大小及分布的定量表征,始終不斷的改進(jìn)和完善[4-6]。而對(duì)于碎屑巖儲(chǔ)層,多數(shù)研究者認(rèn)為其物性致密、微觀非均質(zhì)性突出的主要因素是喉道尺度及結(jié)構(gòu)特征引起的[7-9]。因此,從微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的角度定性描述及定量評(píng)價(jià)致密儲(chǔ)層品質(zhì)至關(guān)重要。

        1 技術(shù)原理

        恒速壓汞實(shí)驗(yàn)測(cè)試原理(見(jiàn)圖1)是基于在準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中巖石內(nèi)進(jìn)汞壓力自然升降給出準(zhǔn)確的孔隙結(jié)構(gòu)信息的。假定界面張力和接觸角保持在準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中不變。由于汞進(jìn)入毛細(xì)管要克服毛細(xì)管力,而喉道和孔隙半徑之間又存在數(shù)量級(jí)的差別,這樣在進(jìn)汞過(guò)程中就可以通過(guò)檢測(cè)進(jìn)汞壓力的變化將孔隙和喉道區(qū)分開(kāi)來(lái)[10-12]。

        圖1 恒速壓汞原理圖

        表1 恒速壓汞實(shí)驗(yàn)樣品基本信息

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        儲(chǔ)層樣品的孔隙度介于7.63%~12.51%,平均值為10.0%,滲透率介于0.021×10-3μm2~0.608×10-3μm2,平均值為0.194×10-3μm2??紫栋霃狡骄禐?50 μm,孔喉半徑比平均值為303.77,喉道半徑平均值為0.79 μm。從研究區(qū)選取了7塊樣品,基本信息(見(jiàn)表1)。

        3 結(jié)果分析

        3.1孔隙特征

        不同樣品,滲透率不同,孔隙半徑分布特征曲線差異不大(見(jiàn)圖2a),曲線呈單峰態(tài),且分布相對(duì)集中,孔隙半徑主要分布在110 μm~170 μm。平均孔隙半徑與滲透率的相關(guān)系數(shù)R2=0.268 9(見(jiàn)圖2b),相關(guān)性較差,孔隙半徑隨滲透率的變化不明顯,孔隙不是影響儲(chǔ)層滲流能力的主要因素。

        圖2 

        3.2喉道特征

        喉道半徑的分布特征曲線(見(jiàn)圖3a),不同樣品,滲透率不同,相對(duì)應(yīng)的喉道半徑分布的曲線的形態(tài)不同,分布區(qū)間及峰值有較大的差異。4號(hào)樣品滲透率較低為0.11×10-3μm2,分布范圍較窄,曲線呈單峰態(tài)。1號(hào)樣品滲透率較大為0.61×10-3μm2,分布范圍明顯寬于4號(hào),曲線趨于雙峰。總體而言隨著滲透率的增大,大喉道的比例顯著增加。

        三塊樣品滲透率接近但是滲流能力差別很大(見(jiàn)圖3b)。導(dǎo)致滲透率相近的原因是5號(hào)樣品大喉道比例高,而分布區(qū)間寬且頻率低及細(xì)歪度峰值半徑小,但是滲透率貢獻(xiàn)曲線的峰值半徑大,呈粗歪度且曲線分布頻率低,可知滲透率主要貢獻(xiàn)區(qū)間與主要喉道分布區(qū)間是不吻合的,因此主要是部分大喉道起主要貢獻(xiàn)能力;雖然6號(hào)樣品喉道半徑分布區(qū)間較5號(hào)樣品小,但是6號(hào)樣品的喉道分選好,喉道的進(jìn)汞曲線與滲透貢獻(xiàn)曲線分布頻率高且峰值半徑相近,曲線形態(tài)的吻合程度好,故滲流能力強(qiáng);而7號(hào)樣品喉道半徑分布區(qū)間較6號(hào)樣品寬,喉道進(jìn)汞曲線及滲透率貢獻(xiàn)曲線形態(tài)均呈雙峰,分布頻率與峰值半徑都比6號(hào)樣品小,兩曲線的吻合度差于6號(hào)樣品但明顯好于5號(hào)樣品。以上表明,好儲(chǔ)層必須是喉道半徑大及曲線形態(tài)吻合較好、分布形態(tài)趨向正態(tài)分布;相近的喉道半徑區(qū)間,曲線分布頻率低、峰值半徑大、進(jìn)汞曲線及滲透率貢獻(xiàn)曲線吻合好其滲流能力好,雙峰或多峰好于單峰,低頻率分布好于高頻率分布,粗偏態(tài)好于細(xì)偏態(tài)。

        圖3 

        3.3孔喉比特征

        孔喉半徑比與滲透率的相關(guān)系數(shù)R2=0.598 8(見(jiàn)圖4b),較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)孔喉比較小時(shí),孔隙與喉道的體積比值小,孔喉均勻程度高,孔喉連通性較好,滲透率較高。從圖4a可以看出7塊樣品滲透率不同孔喉半徑比差異較大,總體來(lái)說(shuō)隨著滲透率增高,孔喉比分布范圍越窄越靠近小值區(qū),孔喉越均勻。

        圖4 

        4 毛管曲線特征

        根據(jù)恒速壓汞毛管壓力曲線中總孔喉、孔隙以及喉道進(jìn)汞量的變化,將恒速壓汞孔喉半徑分布區(qū)間劃分為a、b、c三個(gè)區(qū)域,分別為孔隙區(qū)、孔喉過(guò)渡區(qū)和喉道區(qū)??紫秴^(qū)為大孔道發(fā)育區(qū),連通性較好,在進(jìn)汞曲線形態(tài)上表現(xiàn)為孔隙進(jìn)汞飽和度曲線與總孔喉進(jìn)汞飽和度曲線吻合較好,該階段為優(yōu)勢(shì)孔隙結(jié)構(gòu)段,滲流儲(chǔ)集能力較好??缀磉^(guò)渡區(qū)在進(jìn)汞曲線形態(tài)上表現(xiàn)為孔隙進(jìn)汞飽和度曲線逐漸偏離總孔喉進(jìn)汞飽和度曲線,即為有優(yōu)勢(shì)孔隙結(jié)構(gòu)快速衰變的階段,優(yōu)勢(shì)孔隙、喉道整體減小或減少、孔喉匹配性變差。喉道區(qū)在曲線形態(tài)上表現(xiàn)為孔隙進(jìn)汞結(jié)束,喉道進(jìn)汞飽和度曲線近似平行于總孔喉進(jìn)汞飽和度曲線[15-17]。

        圖5 代表樣品孔隙結(jié)構(gòu)的毛管曲線特征圖

        1號(hào)樣品a區(qū)進(jìn)汞飽和度為28.30%、b區(qū)進(jìn)汞飽和度為9.33%、c區(qū)發(fā)育進(jìn)汞飽和度為34.85%(見(jiàn)圖5A)。粒間孔孔隙發(fā)育、相對(duì)大喉道發(fā)育、孔喉匹配關(guān)系較好。

        2號(hào)樣品a區(qū)進(jìn)汞飽和度為18.06%、b區(qū)進(jìn)汞飽和度為23.31%、c區(qū)進(jìn)汞飽和度為20.39%(見(jiàn)圖5B)。發(fā)育溶孔及少量的粒間孔隙、微孔含量較1號(hào)樣品明顯增大,孔喉匹配關(guān)系及連通性較1號(hào)變差。

        3號(hào)樣品無(wú)孔隙區(qū),b區(qū)進(jìn)汞飽和度為9.13%、c區(qū)進(jìn)汞飽和度為30.04%(見(jiàn)圖5C)。溶孔發(fā)育及微孔發(fā)育,孔喉匹配關(guān)系及連通性較差。

        4號(hào)樣品無(wú)孔隙區(qū),b區(qū)進(jìn)汞飽和度為12.58%、c區(qū)進(jìn)汞飽和度為18.46%(見(jiàn)圖5D)。孔隙類型相對(duì)單一、微孔較溶孔發(fā)育,孔喉匹配關(guān)系及連通性差。

        上述對(duì)比分析表明,當(dāng)樣品中的粒間孔或較大的溶蝕孔隙不能被喉道有效的連通,形成半封閉或死孔隙,微孔系列往往成簇連通,在進(jìn)汞曲線形態(tài)上表現(xiàn)為進(jìn)汞壓力高、喉道進(jìn)汞飽和度曲線近似平行于總孔喉進(jìn)汞飽和度曲線,孔隙結(jié)構(gòu)品質(zhì)差。

        5 結(jié)論

        (1)滲透率級(jí)別不同,孔隙半徑尺度及分布變化規(guī)律不明顯,喉道半徑在分布范圍、分布形態(tài)、峰值上均存在明顯的規(guī)律性,滲透率由大到小過(guò)程中,喉道半徑分布由寬到窄,頻率由低到高,峰值半徑由大到小。喉道對(duì)儲(chǔ)層的滲流能力有明顯的控制作用。

        (2)相近或相等滲透率的樣品,其喉道分布特征差異明顯,主要體現(xiàn)在分布區(qū)間、頻率、峰值及分選性上,尤其是喉道的滲透率貢獻(xiàn)曲線變化最為顯著。

        (3)對(duì)于低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)而言,喉道的控制作用明顯,表現(xiàn)為:儲(chǔ)層的平均喉道半徑越大,相對(duì)大喉道越發(fā)育,喉道進(jìn)汞飽和度越大,孔喉半徑比越小,微觀孔隙結(jié)構(gòu)越好。

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        Application of constant-rate mercury penetration technique to study of pore structure of Chang 63formation in Huaqing area

        REN Shuyue,SUN Wei,REN Dazhong,LIU Dengke
        (State Key Laboratory of Department of Geology/Continental Dynamics,Northwest University,Xi'an Shanxi 710069,China)

        In order to evaluate Chang 63sandstone reservoir in Huaqing area,the micro-pore structure features of reservoir were analyzed based on the constant-rate mercury penetration technique.Then we analyzed distribution characteristics of pore,throat,pore-throat ratio and the capillary pressure curves.The results show that with changes of the permeability,the distribution of pore radius does not change significantly,which centralizes between 110 μm~170 μm with an average value of 150 μm.Meanwhile,the distribution range of throat radius is much wider,which concentrates between 0.1 μm~1.6 μm with an average value of 0.79 μm. Also,the curve shape shows normal distribution of unequal frequency.These facts reveal that Chang 63reservoir is a low-permeability reservoir,and it is not the pore,but the size,shape and distribution of throat that determine the percolation ability of reservoir.According to quantitative analysis of constant-rate mercury penetration,the throat is the key factor that affecting micro-pore structure characteristics of the reservoir.

        Chang 63in Huaqing area;constant-rate mercury penetration;throat;pore-throat ratio;capillary pressure curves

        TE311

        A

        1673-5285(2016)09-0029-05

        10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.007

        2016-07-18

        國(guó)家科技重大專項(xiàng)大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā),項(xiàng)目編號(hào):2011ZX05044;陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào):2015KTCL01-09;陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃-青年人才項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào):2016JQ4022,聯(lián)合資助。

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