利用毛管压力曲线压汞法定量研究储集岩孔隙空间结构特征参数

利用毛管压力曲线压汞法定量研究储集岩孔隙空间结构特征参数

毛管能是毛细管中相界面两侧非湿相流压与湿相流压之间的差异。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四种:半渗透隔板法、离心机法、压汞法和吸附法。而压汞法因其测定数度快,可得到多项参数等特点在储层孔隙结构研究中的应用最广泛,现已列入各油气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。通过对毛管压力曲线形态、毛管压力曲线及其衍生图件(如孔隙喉道频率分布直方图、孔隙喉道累积频率分布曲线图等)的分析,可以获得大量的定性特征和定量特征参数(如排驱压力、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),从不同同角度表征油气藏储集岩的孔隙结构特征。1毛管压力曲线毛管力与湿相(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。1.1储集岩的特性毛管压力曲线的形态主要受孔喉分布的歪度及孔喉的分选性两个因素所控制。所谓歪度是指孔喉大小分布中是偏于粗孔喉还是偏于细孔喉。偏于粗孔喉的称为粗歪度,偏于细孔喉的称为细歪度。对于储油(气)岩来说,歪度越粗越好。孔喉分选性则是指孔喉大小分布的均一程度。孔隙大小分布愈集中则表明其分选性愈好,在毛管压力曲线上就会出现一个水平的平台。而当孔喉分选较差时,毛管压力曲线就是倾斜的。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岩。典型毛管压力曲线特征由三部分组成(图1)。1.1.1压力和非湿相饱和度由起点压力和排驱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。它表现为随压力升高非湿相饱和度非常缓慢增加。这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芯。1.1.2储集岩层特性分析它是油(气)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。1.1.3渐近线正截面该段曲线大致与纵坐标轴的方向一致,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。1.2孔隙喉道频率分布的图解法提取定量特征在研究储集岩孔隙结构时,除了应用毛管压力曲线形态特征之外,更重要的是用图解法和统计法从毛管压力曲线及其衍生图件(如孔隙喉道频率分布直方图、孔隙喉道累积频率分布曲线图等)提取定量特征参数。1.2.1开储压力与排驱压力最大连通孔喉半径Rd是水银进入孔隙网络时最先突入的喉道值,即沿毛管压力曲线的平坦部分作切线与孔隙喉道半径轴相交所对应的孔隙喉道半径值(图1)。排驱压力Pd是指孔隙系统中最大连通孔隙喉道所对应的毛管压力。其物理意义是,在用非润湿相排驱润湿相时,非润湿相的前沿曲面突破最大孔隙喉道而连续地进入岩样并将润湿相排驱出去时的压力值,亦即使非润湿相在孔隙中连续运动的初始压力。排驱压力与岩石渗透率有密切关系。一般说来,渗透率高的岩样,其排驱压力值就低;渗透率低的岩样,其排驱压力值就高。孔隙度高,渗透率低的岩样,其排驱压力一般也较高,这类岩石虽然储集空间较大,但是由于连通孔隙的喉道较为狭窄,所以其排驱压力相应偏高。在研究排驱压力的同时,必须注意与排驱压力相应的曲线平坦部分所占饱和度的百分数,即图1中的SAB段的大小(A点和B点相应为曲线平坦部分的起点和终点)和曲线的斜度(α角)。α角越小、SAB段越大,则表示最大连通的孔隙喉道的集中程度越高,即岩石的分选性越好,岩石的孔隙结构越均匀。当水银的总饱和度只占总孔隙体积的50%以下时,排驱压力往往难于确定。这类样品往往微孔隙发育,且渗透率很低,其排驱压力可能高于实验室所施加的最大注入压力。1.2.2值压力p50孔喉半径中值R50是当水银饱和度为50%时所对应的孔喉半径值,而饱和度中值压力P50则是指水银饱和度为50%时的压力。P50越小,R50越大,表明储层的孔渗性越好,产油能力越高;反之,P50越大,R50越小,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。1.2.3压力达到最高压力时,最小非饱和的孔隙体积百分数Smin表示当注入水银的压力达到仪器的最高压力时,没有被水银侵入的孔隙体积百分数。此值越低,反映储集性能越好。1.2.4确定开口结构的其他参数均值χ、分选系数Sp、孔喉歪度Skp、变异系数C、峰态Kp、难流动孔喉半径rn等。2高孔、高渗气藏四川某碳酸盐岩气田是受构造控制的岩性气藏,从储集层性质来看,属于高孔、高渗气藏。通过对压汞法所测得罗家1、罗家2、罗家5,罗家6等4口井的80多条该气藏储层的毛管压力曲线特征的分析研究,可以得到如下结果。2.1储层压力曲线分布毛管压力曲线的形态主要受到孔喉分布的歪度及孔喉分布的分选性两个因素所控制。由统计分析可知,储层孔喉分布的歪度分布在-3.78~2.13的范围内,平均值为0.40,表明孔喉分布相对于平均值来说属粗歪度、偏大孔;而分选系数分布在0.37~3.83范围内,平均值为2.23,说明孔喉分选较差。因此,储层毛管压力曲线多靠左下方坐标轴分布。据此,该储层的毛管压力曲线可以分为四类,反映出四种不同的孔喉组合类型。(1)进汞饱和度的稳定性为粗歪度类型,其排驱压力低,饱和度中值压力也较低,说明孔隙结构较好(图2-Ⅰ、表1)。在较低压力下就能大量进汞。饱和度中值喉道半径较大,进汞饱和度均在85%以上,而且孔隙度均在12%以上。该类型的毛管压力曲线代表了粗孔大喉或粗孔中喉类型,在该气藏中占到了15%~35%。(2)进汞饱和度和孔隙度为中等歪度,分选中等类型(图2-Ⅱ),曲线多位于对角线方向,进汞饱和度多分布在75%~85%之间,孔隙度一般多分布于6%~12%之间(表1)。该类曲线代表了粗~细孔、中~小喉类型,在该气藏中占到了45%左右。(3)各类特征参数测定与Ⅱ相比曲线略偏离对角线且位于偏向右上方(图2-Ⅲ),反映分选差,略细歪度(表1),各类特征参数较Ⅱ类也差一些,进汞饱和度多在60%~75%之间,孔隙度多在2%~6%之间。该类曲有中~细孔小喉类型,在该气藏中普遍存在。(4)进汞饱和度的压力曲线位于右上角较高位置(图2-Ⅳ),特点是具有较高的排驱压力,饱和度中值压力,其特征参数极差,进汞饱和度一般小60%,孔隙度多小于2%。该类曲线属微孔隙类型,存在于非储集岩中(表1)。2.2喉道宽度与产气下限为了评价喉道的大小,从压汞数据中提取了四个参数:利用平均毛管压力计算出的平均喉道半径或宽度re;难流动孔喉半径rn,即当渗透率值贡献累计达99.99%时所对应的孔喉半径;大于0.02μm和大于0.04μm的孔喉体积百分数。其中,参数re的分布特征见图3。据喉道大小的划分标准,本区储集岩的平均喉道大多属于小~中喉道,仅12%左右的样品的属于大喉道,18%左由的样品属于微喉道。对于大于0.02μm的孔喉体积百分数,83块样品分布在1.27%~97.35%的范围内,平均值为69.90%,即可能的含气饱和度。这个数值与测井解释或是岩心分析得到的含气饱和度73%~89%较为一致。大于0.04μm孔喉体积百分数,83块样品分布在0.19%~96.20%范围内,平均值为63.26,即可能的含气饱和度。这个平均值与测井解释或是岩心分析得到的含气饱和度相比偏低。因此,可认为大于0.02μm孔喉体积百分数相当于储层的含气饱和度。于是,可以将孔喉半径0.02μm作为储层的有效喉道半径下限,但考虑到碳酸盐岩储层以片状喉道为主的特征,取喉道宽度更为合适,即喉道宽度下限可以初步确定为0.04μm。上述分析可以作为储层产气下限的参考。此外,有16块样品的毛管压力资料计算了吼道半径对渗透率的贡献值。当渗透率的累积贡献值达到99.99%时,此时小于该值对应的孔喉半径对应渗透率几乎没什么意义。因此把渗透率累积贡献为99.99%对应的孔喉半径视作喉道下限rc是合适的。飞仙关组鲕滩储层喉道下限与物性参数的统计结果见表2。由毛管压力资料可以得出喉道下限为0.065μm,接近0.04μm,这样可以认为喉道下限为0.04μm。2.3储层的孔喉及相关基这里采用最大连通孔隙喉道宽度、饱和度中值孔隙喉道宽度、孔喉分选系数、歪度、峰态等五个参数来评价工区的储层的孔喉分布特征。据物性、压汞资料统计分析,该储层具有较高孔隙度,一般为3.45%~15.39%,最高值为27.0%。有效储层的孔喉均值最大为24.27μm,平均6.80μm,最大连通孔隙吼道宽度最大值为54.687μm,一般为0.542μm~25.01μm,平均值为10.19μm;饱和度中值孔隙喉道宽度最大值为14.60μm,一般为0.19μm~7.50μm,平均为3.11μm,表明储层中的孔隙与喉道的搭配关系以细~粗孔,大~小喉道为主。储层孔喉分选较差,分选系数Sp最大为3.83,最小为0.37,平均2.23;歪度Sk平均0.40,为-3.78~2.13,总体上歪度较细(但不属于细歪度),大约有25%左右的样品属细歪度;峰态Kp为0.4760~2.5151,平均为1.1444,为正态~尖峰曲线形态。2.4最大进汞饱和度选择最大进汞饱和度评价孔喉的连通性。储层岩石平均最大进汞饱和度为83.08%,即总有效孔隙中,有约88%的空间是被较大的喉道所连通的。这一参数反映出该储层的孔喉连通性较好。2.5孔喉的渗流能力选取排驱压力、饱和度中值压力和最小非饱和孔隙体积百分数三个参数来评价孔喉的对油气的渗流能力。经过分析研究发现,储层的渗流能力较强,在其各井区中又以罗家2井区渗流能力最强,其次为罗家1井区、罗家5井区,罗家6井区则最差(表3)。2.5.1fmpa:材料+np该参数值越小,则孔喉渗流特性越好。渗透率K>10-2μm2,孔隙度φ>8%的样品,排驱压力Pd一般0.1~1MPa。采自储层的83个压汞样品排驱压力Pd分布范围为0.0128MPa~83.3962MPa,平均为5.4677MPa,小于1MPa的样品为47个,小于0.1MPa的样品11个,表明储层储集性能较好,同时也反映了储集岩的渗透能力较高,其中各井区又以罗家2井区渗流能力最强,其次为罗家1井区、罗家5井区,罗家6井区最差。2.5.2岩石对油气的渗流能力m在实际生产中,P50可作为油气产出能力的标志。P50越大,则表明岩石越致密(偏向于细歪度),产能下降;P50越小,则表明岩石对油气的渗流能力越好,具有高的产能。对该储层而言,83个样品有49个样品的P50低于5MPa,由此项参数可见,储层渗滤能力较高,其中各井区又以罗家2井区渗流能力最强,其次为罗家1井区、罗家5井区,罗家6井区最差。2.5.3小孔隙喉道所占体积它反映仪器最高压力所对应的孔隙喉道半径(包括比它更小的)的孔隙体积占整个岩样孔隙体积的百分数。该参数值越大,就表示这种小孔隙喉道所占的体积越多,则孔喉渗流能力越差。储层最小非饱和孔隙体积百分数Smin分布在1.55%~54.32%,平均值为16.92%,有效储层一般为7.26%~18.29%,平均9.26%,由此可见,也反映储层渗滤能力较强,其中各井区又以罗家2井区渗流能力最强,其次为罗家1井区、罗家5井区,罗家6井区最差。3储集岩孔隙结构特征研究3.1毛管压力曲线可以通过四种方法(半渗透隔板法、离心机法、压汞法和吸附法)获得。