韓學(xué)輝，李峰弼，戴 蕾，唐 俊，王雪亮，王洪亮，房 濤

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580；2.中國石油西部鉆探工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院,新疆克拉瑪依834000；3.中國石油西部鉆探工程有限公司測井公司,新疆克拉瑪依834000)

目前,Archie公式仍是低滲透儲層估算原始含水飽和度的常用方程[1-3]。其中,飽和度指數(shù)n的測量是通過降低或增加含水飽和度來測量電阻增大率后冪函數(shù)擬合得到的。由于低滲透儲層滲流能力差,增加或降低飽和度方法中驅(qū)替或吸吮過程的毛管壓力與電性平衡會影響到飽和度指數(shù)的測量[4-6],最終影響含油氣飽和度的計(jì)算精度,因此低滲透儲層飽和度指數(shù)n的測量方法以及方法的適應(yīng)性一直受到巖石物理學(xué)家和測井分析家的廣泛關(guān)注[7-13]。筆者應(yīng)用目前較為常用的離心法和半滲透隔板法毛管壓力-電阻率聯(lián)測方法測量4個低滲透、特低滲透油氣藏儲層的飽和度指數(shù),對比分析飽和度指數(shù)的測量結(jié)果的差異性和機(jī)制,結(jié)合儲層飽和度測井評價考察方法的適應(yīng)性。

1 實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 測量原理

離心法是指巖心在高速離心機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中,孔隙流體所受的離心力大于毛管壓力時將會相對于巖石骨架發(fā)生位移,并從巖石孔隙中排出。實(shí)驗(yàn)時,逐漸增加離心轉(zhuǎn)速并測量該轉(zhuǎn)速下的飽和度和電阻率,繪制電阻增大率-飽和度交會圖后冪函數(shù)擬合得到飽和度指數(shù)。

隔板法是利用半滲透隔板在一定壓力范圍內(nèi)只允許單相流體通過的特性,通過逐級加壓驅(qū)替實(shí)驗(yàn)測量電阻增大率,同時記錄驅(qū)替壓力與含水飽和度,繪制電阻增大率-飽和度交會圖后冪函數(shù)擬合得到飽和度指數(shù),同時可得到一條毛管壓力曲線。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至隔板的最大突破壓力(在該壓力非潤濕相開始通過隔板)時終止[14]。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1為研制的半滲透隔板法毛管壓力-電阻率聯(lián)測裝置。該裝置由哈斯勒夾持器、壓力施加子系統(tǒng)、溫度施加子系統(tǒng)、飽和度計(jì)量子系統(tǒng)和電阻率測量子系統(tǒng)組成。溫度范圍為室溫～80℃,壓力包括圍壓和驅(qū)替壓力,圍壓的控制范圍為0～30 MPa,驅(qū)替壓力取決于隔板的突破壓力(1.5 MPa,最大6.8 MPa)。飽和度的計(jì)算依據(jù)驅(qū)替過程中的出液量,采用精度為0.02 mL的量筒計(jì)量。電阻率可實(shí)現(xiàn)在線測量,為了減小測量過程中的接觸電阻,巖心夾持器(圖1(c))采用多孔導(dǎo)電橡膠作為耦合材料[15]。

圖1 半滲透隔板法毛管壓力-電阻率聯(lián)測裝置Fig.1 Device for capillary pressure-resistivity connection survey based on porous plate method

2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

為了考察不同飽和度指數(shù)測量方法的適應(yīng)性,分別應(yīng)用半滲透隔板法毛管壓力-電阻率聯(lián)測和離心法測量4種典型低滲透儲層的飽和度指數(shù)n,對比分析飽和度指數(shù)測量結(jié)果的差異性和機(jī)制。

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

由于CSC-12型離心機(jī)不能對巖樣施加地層壓力,也不能在線測量電阻率,需要在停止離心后取出測量電阻率,電阻率的測量采用常溫常壓的測量方式[16]。降飽和度時采用氮?dú)狻⒖諝庾鳛轵?qū)替介質(zhì)。這些條件與儲層的真實(shí)條件有一定差異,但由于溫度、壓力、驅(qū)替介質(zhì)條件基本一致,并不妨礙考察兩種實(shí)驗(yàn)測量方法的差異性。

2.2 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)樣品來自S、M、D、X井區(qū)共4個低滲透、特低滲透油氣藏。為了更好地分析兩種方法的適應(yīng)性,補(bǔ)充測量了DJ井區(qū)中、高滲透油氣藏6塊中高孔滲樣品。表1給出了54塊巖心的巖性、孔隙度和滲透率。為考察兩種實(shí)驗(yàn)測量方法的差異性,每塊樣品都加工了平行樣。

表1 巖石樣品基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of samples

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)巖心鉆取、端面切割后拋光,以避免由于存在楔形空隙而導(dǎo)致接觸電阻變大。

(2)應(yīng)用二氧化碳溶解氣驅(qū)方法對含油巖心洗油[17-18]。

(3)烘干巖心后用氦氣法測量孔隙度、滲透率等基本物性參數(shù)。

(4)基于二氧化碳置換抽真空加壓飽和技術(shù)飽和地層水[19]。

(5)分別應(yīng)用半滲透隔板法毛管壓力-電阻率聯(lián)測和離心法測量飽和度指數(shù)。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖2為低滲透性油氣藏飽和度指數(shù)n與巖心物性參數(shù)的交會圖。在實(shí)驗(yàn)考察的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)：離心法確定飽和度指數(shù)n總體上高于隔板法確定的飽和度指數(shù)n；兩種方法的差值有隨著巖心孔隙度、滲透率變小而增大的趨勢；對于滲透率在2×10-3～4×10-3μm2以上的低滲透巖心,兩種實(shí)驗(yàn)方法得到的n值大致相當(dāng),平均絕對偏差小于0.05；當(dāng)滲透率小于2×10-3～4×10-3μm2時,離心法確定的飽和度指數(shù)n明顯偏大,最大值甚至可達(dá)到5.8,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般的認(rèn)識。分析認(rèn)為,造成這種差異性的原因主要是由于低滲透巖心物性較差,需要的毛管壓力與電性平衡的時間長,而離心法降飽和度會導(dǎo)致巖心軸向上的毛管壓力和飽和度不均勻分布。通常在巖心軸向上靠近離心機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端含水飽和度較低,表現(xiàn)為略干燥,測量巖心電阻時巖心端面與電極之間的接觸電阻增大,導(dǎo)致巖心電阻率測量結(jié)果偏高。

圖3為本次實(shí)驗(yàn)中得到的毛管壓力曲線圖和電阻增大率與含水飽和度的交會圖。由圖可見,M地區(qū)與S地區(qū)半滲透隔板毛管壓力曲線均存在一定的差異性,表明巖心在孔隙結(jié)構(gòu)上存在一定的非均質(zhì)性。進(jìn)一步結(jié)合孔隙度、滲透率等地質(zhì)參數(shù),對巖心做了分類并分別給出了飽和度指數(shù)。M地區(qū)毛管壓力曲線大致呈“上凸”、“下凹”兩類(圖3(a))?！吧贤埂毙蛢涌缀戆霃叫?排驅(qū)壓力高,孔隙度基本小于10%,滲透率低于1×10-3μm2,為相對較差儲層或者非儲層,對應(yīng)飽和度指數(shù)較高；“下凹”型儲層孔喉半徑大,排驅(qū)壓力低,分選略差,孔隙度基本大于10%、滲透率高于2×10-3μm2,為相對優(yōu)質(zhì)儲層,對應(yīng)飽和度指數(shù)略低(圖3(b))。S地區(qū)毛管壓力曲線大致呈“上凸”、“下凹”兩類(圖3(c))。相比M地區(qū),S地區(qū)孔隙度和滲透率普遍較低?！吧贤埂毙蛢又饕獮閹r屑砂巖,孔喉半徑小,滲透率低于1×10-3μm2,為相對較差儲層,飽和度指數(shù)高；“下凹”型儲層主要為石英砂巖,孔喉半徑略大,滲透率大多高于1×10-3μm2,排驅(qū)壓力低,分選好,為相對優(yōu)質(zhì)儲層,對應(yīng)的飽和度指數(shù)低(圖3(d))。

圖2 低滲透性油氣藏飽和度指數(shù)與物性參數(shù)交會圖Fig.2 Cross plots of saturation exponent and physical parameters of low permeability reservoirs

圖3 半滲透隔板法測量的毛管壓力曲線和電阻增大率與飽和度指數(shù)交會圖Fig.3 Capillary pressure curves and cross plots of saturation exponent and resistivity index based on porous plate method

3 飽和度指數(shù)在飽和度計(jì)算的應(yīng)用性評價

M地區(qū)三工河組儲層滲透率分布在0.1×10-3～65×10-3μm2,平均為 11.6×10-3μm2。隔板法和離心法測量飽和度指數(shù)分別為2.14和2.20,基本無差異。圖4為M地區(qū)某井飽和度計(jì)算結(jié)果圖。由圖可見,應(yīng)用兩種方法確定的飽和度計(jì)算的含油飽和度基本一致,且計(jì)算結(jié)果與密閉取心飽和度分析結(jié)果吻合得較好(平均誤差小于5%),能夠滿足儲層飽和度計(jì)算精度的要求。

SU77地區(qū)XX組儲層滲透率分布在0.011×10-3～2.55×10-3μm2之間,平均為 0.167×10-3μm2,屬于特低滲透氣藏。隔板法和離心法測量飽和度指數(shù)分別為1.80和3.15,差異很大。圖5為X井飽和度計(jì)算結(jié)果圖。3047～3051m為生產(chǎn)井段,并與其余2層(5 m)合試,日產(chǎn)氣為12 152 m3。可見,應(yīng)用隔板法測量飽和度指數(shù)計(jì)算含氣飽和度平均為68%,比離心法確定飽和度指數(shù)計(jì)算的飽和度平均提高12%,與生產(chǎn)情況吻合得較好。

圖4 兩種方法確定的飽和度指數(shù)在M地區(qū)某井飽和度計(jì)算中的應(yīng)用Fig.4 Saturation evaluation with saturation exponents measured by two methods in a well of M aera

圖5 兩種方法確定的電性參數(shù)在S地區(qū)某井飽和度計(jì)算中的應(yīng)用Fig.5 Saturation evaluation with saturation exponents measured by two methods in a well of S aera

4 結(jié) 論

(1)對于2×10-3～4×10-3μm2以上的低滲透巖心,離心法和隔板法均適用,因此可使用離心法在滿足精度要求條件下測量飽和度指數(shù)以提高測量效率(隔板法精度好,但測量周期經(jīng)常為2個月左右)；當(dāng)滲透率小于2×10-3～4×10-3μm2時,離心法的適應(yīng)性變差,隔板法應(yīng)仍然適用,但適應(yīng)性會受到隔板突破壓力的限制。本次研究中,很多樣品的含水飽和度下降很少,甚至不足40%,明顯受到了實(shí)驗(yàn)采用半滲透隔板的突破壓力僅為1.2 MPa的限制。

(2)當(dāng)滲透率小于2×10-3～4×10-3μm2時,離心法測量結(jié)果“失真”的主要原因是由于毛管壓力不平衡而導(dǎo)致的巖心軸向上的毛管壓力和飽和度的不均勻以及離心過程中“蒸發(fā)”的影響。離心法本身的缺陷導(dǎo)致無法通過建立兩種方法測量結(jié)果的回歸關(guān)系對離心法測量結(jié)果加以修正。因此,在該條件下使用隔板法是比較穩(wěn)妥的作法。

(3)M地區(qū)和S地區(qū)的應(yīng)用案例表明能夠同時提供毛管壓力曲線用于劃分儲層類型(識別非儲層)并給出相應(yīng)的飽和度指數(shù),可在一定程度上有效應(yīng)對低滲透儲層的非均質(zhì)性。

(4)飽和度指數(shù)n與巖性、物性參數(shù)存在某種相關(guān)性,建議將巖電實(shí)驗(yàn)與巖性、物性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,使用變n值方式可在一定程度上解決均質(zhì)儲層飽和度的評價。實(shí)驗(yàn)研究的部分樣品滲透率小于0.1×10-3μm2,屬于致密氣層的范圍,應(yīng)用隔板法取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果,有必要進(jìn)一步考察應(yīng)用隔板法測量致密氣層飽和度指數(shù)的適應(yīng)性。

[1] 雍世和,洪有密.測井資料綜合解釋與數(shù)據(jù)處理[M].北京：石油工業(yè)出版社,1982.

[2] 周榮安.阿爾奇公式在碎屑巖儲層中的應(yīng)用[J].石油勘探與開發(fā),1998,25(5)：80-82.ZHOU Rongan.The application of Archie equation to the evaluation of clastic reservoirs[J].Petroleum Exploration and Development,1998,25(5)：80-82.

[3] 韓學(xué)輝,匡立春,何億成,等.巖石電學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究方向展望[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2005,20(2)：348-355.HAN Xuehui,KUANG Lichun,HE Yicheng,et al.A view of the experimental study on rock electric property[J].Progress in Geophysics,2005,20(2)：348-355.

[4] 萬金彬,杜環(huán)虹,孫寶佃,等.低孔隙度低滲透率巖心欠飽和對巖電實(shí)驗(yàn)參數(shù)的影響分析[J].測井技術(shù),2006,30(6)：503-505.WAN Jinbin,DU Huanhong,SUN Baodian,et al.Undersaturation effects on electrical experimental parameters of core with low porosity and low permeability[J].Well Logging Technology,2006,30(6)：503-505.

[5] 李奎周,葛新民,汪海龍,等.基于實(shí)驗(yàn)條件下的低孔低滲巖心飽和度指數(shù)影響因素研究 [J].特種油氣藏,2011,18(3)：35-38.LI Kuizhou,GE Xinmin,WANG Hailong,et al.Study on influence factors of saturation index of low porosity and permeability cores under experiment condition[J].Special Oil&Gas Reservoirs,2011,18(3)：35-38.

[6] 王憲剛,任曉娟,張寧生,等.低滲透率氣藏巖石電性參數(shù)特征及影響因素[J].測井技術(shù),2010,34(1)：6-8.WANG Xiangang,REN Xiaojuan,ZHANG Ningsheng,et al.On rock electrical parameters characteristics in lowpermeability gas reservoir and its influential factors[J].Well Logging Technology,2010,34(1)：6-8.

[7] 李新.用氣驅(qū)減飽和度法測量電阻增大率[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報,2003,25：40-41.LI Xin.Measuring resistive expanding rate with gas driving saturation reducing technique[J].Journal of Jianghan Petroleum Institute,2003,25：40-41.

[8] 張明祿,石玉江.復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)砂巖儲層巖電參數(shù)研究 [J].石油物探,2005,44(1)：21-28.ZHANG Minglu,SHI Yujiang.On Archie's electrical parameters of sandstone reservoir with complicated pore structures[J].Geophysical Prospecting for Petrole,2005,44(1)：21-28.

[9] 張進(jìn),周改英,楊永剛,等.低滲透致密砂巖氣藏巖電實(shí)驗(yàn)研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版,2009,11(5)：18-19.ZHANG Jin,ZHOU Gaiying,YANG Yonggang,et al.Rock-electric experiment study on low permeability and tight sand gas reservoir[J].Journal of Chongqing University of Science and Technology(Natural Sciences Edition),2009,11(5)：18-19.

[10] 俞軍,耿昕,李曉輝.低滲透油藏巖電實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)及應(yīng)用效果[J].測井技術(shù),2006,30(5)：394-396.YU Jun,GENG Xin,LI Xiaohui.Improved rock resistivity measurement method in low permeable reservoir and its application[J].Well Logging Technology,2006,30(5)：394-396.

[11] 王黎,孫寶佃,沈愛新,等.某油田低孔隙度低滲透率泥質(zhì)砂巖儲層巖電實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用[J].測井技術(shù),2005,29(2)：91-94.WANG Li,SUN Baodian,SHEN Aixin,et al.On application of rock electricity parameters of shaly sand reservoir with low-porosity and permeability,X Field[J].Well Logging Technology,2005,29(2)：91-94.

[12] 趙杰,姜亦忠,俞軍.低滲透儲層巖電實(shí)驗(yàn)研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2004,23(2)：61-63.ZHAO Jie,JIANG Yizhong,YU Jun.Electricity experiment study of low-permeability reservoir[J].Petroleum Geology&Oilfield Development in Daqing,2004,23(2)：61-63.

[13] 鐘蘊(yùn)紫,孫耀庭,張俊杰,等.低孔隙度低滲透率巖心水驅(qū)油巖電實(shí)驗(yàn)研究 [J].測井技術(shù),2005,29(5)：449-452.ZHONG Yunzi,SUN Yaoting,ZHANG Junjie,et al.Rock electricity mechanism experiments on low permeability and low porosity cores in water-displacing-oil process[J].Well Logging Technology,2005,29(5)：449-452.

[14] 中國石油勘探開發(fā)研究院石油采收率研究所.SY/T 5346-2005巖石毛管壓力曲線的測定[S].北京：石油工業(yè)出版社,2005.

[15] 韓學(xué)輝,李峰弼.一種用于半滲透隔板法毛管壓力電阻率聯(lián)測的夾持器：中國,201220249149.X[P].2012-12-05.

[16] 韓學(xué)輝,李峰弼,楊龍,等.巖心電阻測量夾持器：中國,201020213137.2[P].2011-04-20.

[17] 韓學(xué)輝,楊龍,王洪亮,等.一種實(shí)用的CO2溶解氣驅(qū)巖心洗油方法 [J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2013,35(1)：111-114.HAN Xuehui,YANG Long,WANG Hongliang,et al.A practical core cleaning method based on CO2dissolved gas drive[J].Petroleum Geology&Experiment,2013,35(1)：111-114.

[18] 韓學(xué)輝,李峰弼,唐俊,等.一種二氧化碳溶解氣驅(qū)巖心洗油儀：中國,201120434212.2[P].2012-06-13.

[19] 韓學(xué)輝,李峰弼,郭俊鑫,等.一種巖心抽真空加壓飽和裝置：中國,201120434183.X[P].2012-07-04.