特低超低渗透储层恒速压汞实验基于恒速压汞技术的特低超低渗砂岩储层微观孔喉特征

特低超低渗透储层恒速压汞实验基于恒速压汞技术的特低超低渗砂岩储层微观孔喉特征

恒速汞法是目前国际岩石微观孔隙结构分析的最先进技术之一。它与常规压汞技术的最大区别是能够给出准确的孔隙、喉道、孔喉比大小及含量分布,提供孔隙和喉道的毛细管压力曲线,克服了常规压汞技术对应同一毛管压力曲线可能会有不同孔隙结构的缺陷,更适用于孔喉性质差别很大的特低、超低渗透储层。基于这一考虑,笔者对取自鄂尔多斯盆地吴起地区长6储层的14块样品进行了恒速压汞测试,以期定量评价特低、超低渗透储层的孔喉变化特征,从本质上揭示影响该类储层品质的关键因素。研究结果对于正确认识特低、超低渗储层孔喉结构的差异、在开发中采取相应措施,具有一定的理论指导价值。1储层流质储层孔隙结构实验采用中国石油勘探开发研究院廊坊渗流流体力学研究所从美国CoretestSystems公司引进的ASPE-730型恒速压汞实验装置,该仪器是目前国内乃至国际上最先进的测试仪器之一。实验过程中保持界面张力与接触角不变,以非常低的进汞速度(通常为0.00005mL/min)将汞注入岩石孔隙体积内,根据进汞压力的涨跌来获取孔隙结构信息。所得到的孔隙、喉道等微观孔隙结构参数,能较好地反映储层流体渗流过程中的动态孔喉特征。具体实验步骤是:首先钻取直径为2.5cm的标准岩心,洗油后烘干;接着测标准岩心的孔隙度、渗透率;然后将岩样抽真空后浸泡在汞液中,以非常低的恒定速度(0.00005mL/min)向岩心中注入汞,进汞过程中压力周期降落—回升,压力达900psi(约6.2MPa)时实验结束;实验同时,通过计算机系统进行实时监控和自动化数据采集及输出。2特低、超低渗透储层的微观特征吴起地区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡的中西部,行政区划隶属陕西省延安市吴起县境内。该区构造简单,表现为微向西倾的单斜,平均坡降8~10m/km。在此背景上发育一系列由东向西倾没的低幅鼻状隆起,无断层发育。主力含油层系为中生界上三叠统延长组长6和长4+5油层组。其中,长6储层为一套三角洲前缘亚相沉积,主要发育水下分流河道、河口坝、河道侧翼和水下分流间湾微相。岩性以浅灰色、灰色以及灰褐色细—中粒长石砂岩为主,受成岩压实、胶结、交代和溶解作用的共同影响,储层物性差,微观孔隙结构复杂。根据沉积微相,考虑在剖面和平面上的可对比性,同时参考物性、孔隙结构和岩石学特征等微观因素,选取14块典型样品进行了恒速压汞测试。14块样品的孔隙度介于9.30%~15.30%之间,平均为13.09%;渗透率分布于(0.11~3.01)×10-3μm2范围内,平均为1.06×10-3μm2,属于典型的特低、超低渗透储层(表1)。从主要实验结果参数(表1)可以看出,特低、超低渗储层的平均喉道半径大小不同,随着渗透率的增大,该值表现出增大的趋势;平均孔隙半径的差异不大,主要介于147.35~155.78μm之间;平均孔喉比随着渗透率的增大表现出减小的趋势。为了进一步分析、比较特低和超低渗储层微观孔喉参数的变化特征,从微观上揭示影响两类储层品质的关键因素,按照渗透率的大小,将样品分为4组。Ⅰ组样品渗透率小于0.50×10-3μm2,Ⅱ组样品渗透率介于(0.50~1.00)×10-3μm2之间,Ⅲ组样品渗透率介于(1.00~2.00)×10-3μm2之间,Ⅳ组样品渗透率大于2.00×10-3μm2(表1)。3喉道特征结果分析结果分析时,注重通过分组和单样品参数比较来评价孔喉的变化特征。因此,按照渗透率的大小,分别从2组超低渗样品和2组特低渗样品中各选取2块样品作为代表进行比较,样品命名为A(X24井9号样品)、B(X9井1号样品)、C(X11井3号样品)、D(X20井7号样品),渗透率依次为0.2×10-3,0.72×10-3,1.77×10-3,2.80×10-3μm2(表1)。3.1孔喉变化特征分析3.1.1孔喉半径分布特征从4块代表样品的孔隙半径分布曲线可以看出,不同渗透率级别的样品,孔隙半径都具有接近正态的分布特征,且分布范围、峰值也基本接近(图1a)。14块样品的孔隙半径均分布于100~200μm之间,峰值基本在140μm左右。同时比较还发现,这4块样品的喉道半径分布形态差异较大,其渗透率依次增大,喉道半径分布范围也随之变宽,小喉道所占比例逐渐减小,大喉道明显增多,且曲线峰值含量也逐渐减小(图1b)。A号样品的渗透率最小,喉道半径主要分布在0.12~1.00μm范围内;B,C,D号样品的喉道半径分布范围分别为0.3~2.0,0.3~2.5,0.4~3.4μm,小于1μm的喉道含量依次减小,分别为53.16%,20.66%,7.89%。可见,对渗透率小于1.0×10-3μm2的A,B号样品,随着渗透率的增大,小喉道的减小幅度较大;而对渗透率大于1.0×10-3μm2的C,D号样品,随着渗透率的增大,小喉道的减小幅度较小。说明相对于特低渗砂岩储层而言,超低渗砂岩储层的小喉道所占比例大,而且波动幅度大,开发过程中更容易受到伤害。3.1.2孔喉分布与物性关系从平均孔隙、平均喉道半径与物性的相关关系(图2,3)可知,平均孔隙和平均喉道半径与渗透率的相关性均好于其与孔隙度的相关性,而且平均喉道半径与渗透率的相关性最好,这也说明渗透率对喉道变化最为敏感。Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ组样品的平均孔隙半径分别为149.50~153.78,149.52~152.07,147.86~153.25,155.11~155.35μm;平均喉道半径分别为0.57~0.66,0.84~0.97,1.26~1.42,1.43~2.02μm。随着渗透率的增大平均孔隙半径的增加幅度微弱,而平均喉道半径却依次增大。可见,对于不同渗透率级别的样品,其孔隙半径的差异甚微,而这一差异主要体现在喉道的变化上。从图3b还可以看出,当样品渗透率小于1.0×10-3μm2时,平均喉道半径小于1.0μm,且分布范围小(0.5~1.0μm),曲线斜率较大,平均喉道半径与渗透率的相关性强,渗透率越小,小喉道含量越高,相关性越强;当样品渗透率大于1.0×10-3μm2时,喉道分布范围变宽,渗透率越大,大喉道含量越多。由上述分析可以看出,特低、超低渗储层的孔喉性质差异大,不同渗透率级别的样品,孔喉特征差异主要体现在喉道大小及分布上。喉道控制着储层品质,决定储层流体的渗流能力,如果储层岩石所含大喉道多、流体渗流能力强,开发潜力大;反之,如果小喉道含量高、喉道半径细小,流体渗流阻力大,开发难度大。特低、超低渗储层开发过程中容易造成各种敏感性伤害,且超低渗的伤害程度更强,这正是源于其特殊的喉道特征。3.2孔喉半径比变化特征恒速压汞技术不但能够得到岩样在渗流过程中孔隙和喉道半径的分布,还能够得到孔喉半径比的分布情况。图4为4块典型样品的孔喉半径比分布,可以直观看出,随着样品渗透率的增大,孔喉半径比分布于大值区的含量逐渐减小,分布于小值区的含量增大,且增加的幅度也随之加快,孔喉半径比峰值逐渐向小值区移动,A,B,C,D样品的孔喉半径比峰值依次为200,140,100,70。14块实验样品的孔喉半径比主要分布于20~800范围内,且这个范围随着渗透率的不同而改变,超低渗储层样品的分布范围比特低渗储层宽(图4)。平均孔喉半径比与孔隙度和渗透率均表现出负相关关系,与渗透率的相关性较好(图5)。4组样品的平均孔喉半径比范围分别为:298.76~394.45,208.98~229.83,140.58~160.59,94.50~151.98。从油气田开发角度考虑,孔喉半径比的大小决定了开发过程中油(气)被捕集的几率。孔喉半径比较小时,渗透率一般都较大,驱替过程中,油(气)容易通过喉道被采出,被捕集的几率小。如果孔喉半径比较大(孔隙度不一定高),孔隙被细小喉道所控制,驱替过程中易发生卡断,使连续的油(气)相遭到破坏而成为滴(珠)、泡状,其通过窄小喉道时必须克服较大的毛细管阻力,增加了被捕集的几率。相对于中、高渗储层,特低、超低渗储层孔喉半径比大,且分布范围宽,油(气)通过细小喉道时,更易发生卡断,被捕集的几率大。从中也可以得到这样一个启示,对于特低、超低渗储层而言,开发效果的好坏主要取决于孔隙和喉道之间的配置关系,只要孔喉分选好、孔喉比差异小,超低渗储层有可能取得比特低渗储层更好的开发效果。笔者进行的室内真实砂岩水驱油实验结果发现,姬塬油田长4+5储层(孔喉分选系数平均为1.47,平均驱油效率45.5%)孔喉分选要好于西峰油田合水区的长8储层(孔喉分选系数平均为2.09,平均驱油效率40.4%),驱油效率也明显好于后者,这正是由于姬塬油田长4+5储层孔隙和喉道之间良好的配置关系。3.3有效孔喉体积变化特征恒速压汞技术的最高进汞压力约为6.2MPa,与之对应的喉道半径约为0.12μm。将半径大于0.12μm的喉道及其所控制的孔隙分别称为有效喉道和有效孔隙。那么,恒速压汞技术得到的孔隙、喉道进汞饱和度就可以定量反映有效孔隙、喉道的体积大小。从孔隙、喉道进汞饱和度与物性之间的相关关系(图6,7)可知,孔隙、喉道进汞饱和度都随着孔隙度和渗透率的增加而增大,与渗透率的相关性均好于其与孔隙度的相关性,其中喉道进汞饱和度与渗透率的相关性最好,说明储层物性尤其是渗透率高的样品其有效孔喉体积越大。有效孔喉体积是有效孔喉半径、长度及孔喉个数的函数,有效孔喉体积的大小与这3个参数成正比关系。有效孔喉体积越大,则反映出孔隙空间和喉道半径增大,有效渗流空间和渗流通道增多。Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ组样品的孔隙进汞饱和度分布范围为:16.51%~32.42%,24.91%~31.14%,28.69%~35.51%,26.85%~41.11%;喉道进汞饱和度分布范围为:15.46%~21.42%,17.04%~21.70%,21.70%~25.54%,19.74%~27.23%。由图7还发现,渗透率小于1.0×10-3μm2的样品,喉道进汞饱和度与渗透率的相关性好;样品渗透率大于1.0×10-3μm2时,数据点“变散”,相关性变差。3.4毛细管曲线变化特征恒速压汞所提供的孔隙、喉道和总体毛细管压力曲线,可以直观、定量反映岩样内有效喉道体积与其所控制的有效孔隙体积分布特征及孔隙、喉道之间的配置关系。如果将恒速压汞毛管压力曲线的纵坐标换算成喉道半径,此时毛管压力曲线也可以反映出岩样内部不同喉道区间内的喉道体积及其所控制的孔隙体积。图8是4块典型样品的恒速压汞毛管压力曲线,可以看出,进汞压力较小时,汞首先进入大喉道所控制的孔隙内,喉道的影响不明显;总体毛细管压力曲线变化与孔隙毛细管压力曲线基本一致(图中孔隙进汞饱和度的近似直线段);渗透率大的样品,直线段长(以汞饱和度来计算),A,B,C,D样品的直线段长度分别为19.74%,27.88%,32.18%,35.91%。随着进汞压力的逐渐增加,汞开始进入小喉道所控制的孔隙,孔隙毛细管压力曲线开始上翘,进汞压力急剧增大,但孔隙中进入的汞量却增加得异常缓慢,这时喉道开始起主要控制作用。待喉道连通的所有孔隙被汞充满之后,再继续增加进汞压力,汞所进入的只是更为细小的喉道,此时的总体毛细管压力曲线完全取决于喉道毛细管压力曲线的变化(相对而言,超低渗储层喉道毛细管压力曲线的影响更为明显)。由此可见,对于处于中后期的特低、超低渗储层(尤其是小喉道含量高的超低渗储层),应更注重喉道的开发。4储层分布范围1)特低、超低渗砂岩储层具有相似的孔隙半径分布特征,主要介于100~200μm之间,峰值基本在140μm左右;但喉道的发育特征不同,超低渗储层喉道分布范围窄,小于1μm喉道含量高,特低、超低渗砂岩储层孔喉特征的差异主要体现在喉道上。2)特低、超低渗砂岩储层的孔喉半径比分布范围宽,该范围随着渗透率的不同而改变,超低渗储层的分布范围要宽于特低渗储层。3)特低、超低渗砂岩储层的喉道进汞饱和度与渗透率的相关性较好,渗透率对超低渗储层喉道进