確定致密砂巖氣充注物性下限的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法，具體為確定致密砂巖氣充注物性下限的方法，引入納米級(jí)水膜理論，從吸附水膜受力分析入手，結(jié)合針對(duì)性實(shí)驗(yàn)確定關(guān)鍵參數(shù)，建立物性下限確定方法。天然氣臨界充注狀態(tài)可簡化為砂巖顆粒緊密排列時(shí)，水膜對(duì)接封堵喉道，進(jìn)而有效封堵天然氣對(duì)孔隙的充注，此時(shí)的水膜厚度就是臨界喉道半徑的厚度；如果喉道半徑小于水膜厚度，相應(yīng)孔喉及其所控制的微小孔隙則被束縛水所飽和，只有大于水膜厚度的喉道，才是致密砂巖氣有效的充注通道。本發(fā)明提供的確定致密砂巖氣充注物性下限的方法，可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)致密儲(chǔ)層開采的物性下限，擴(kuò)大致密砂巖氣的勘探領(lǐng)域，提高可采致密砂巖氣儲(chǔ)量，為油田帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】確定致密砂巖氣充注物性下限的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法，具體為確定致密砂巖氣充注物性下限的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]儲(chǔ)層物性下限是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及資源評(píng)估的基礎(chǔ)，是儲(chǔ)集層能夠成為有效儲(chǔ)層所具有的最低物性，通常用孔隙度或滲透率來表示。該下限值的確定方法有產(chǎn)狀法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)、測試法、最小有效孔喉法等，但這些方法都是針對(duì)常規(guī)儲(chǔ)層能否工業(yè)采出油氣的物性下限。而致密砂巖儲(chǔ)層，屬于非常規(guī)油氣領(lǐng)域，其物性下限正隨著井網(wǎng)加密、大型壓裂、多層完井等先進(jìn)開采工藝技術(shù)的提高而逐漸降低，應(yīng)趨向于地質(zhì)條件下天然氣充注的物性下限，顯然應(yīng)用以前的方法，求取的是常規(guī)氣藏工業(yè)開采的物性下限，不再適合求取致密砂巖儲(chǔ)層的物性下限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種適合求取致密砂巖儲(chǔ)層的物性下限的方法，具體技術(shù)方案為:
[0004]基于吸附水膜厚度確定致密砂巖氣充注物性下限的方法，包括以下步驟:
[0005]A:本技術(shù)方案的適用性判別；利用恒速壓汞實(shí)驗(yàn)確定主流喉道半徑，結(jié)合滲透率，建立主流喉道半徑與滲透率之間的關(guān)系；如果二者呈正相關(guān)，說明喉道是天然氣充注的有效通道，控制著天然氣的充注過程，適合于本技術(shù)方案；
[0006]B:水膜受力分析；在忽略水膜重力的情況下，由水膜的受力分析可知，當(dāng)水膜厚度穩(wěn)定不再變化時(shí)，地層壓力P1、分離壓力Pd和毛管壓力Pc之間存在以下的平衡關(guān)系:
[0007]式I, Pi = Pd+Pc ；
[0008]式2，Pd = 2200/h3+150/h2+12/h ；
[0009]式3，Pc = 2 σ cos Θ /r ；
[0010]其中:
[0011]h為水膜厚度，μπι;
[0012]r為喉道半徑，μπι ；
[0013]Θ為潤濕角，° ;
[0014]σ為氣水界面張力，N/m ;
[0015]聯(lián)立式1、式2、式3即可得到如下關(guān)系式:
[0016]式4，Pi = 2200/h3+150/h2+12/h+2 σ cos Θ /r ；
[0017]C:關(guān)鍵參數(shù)確定，確定公式4中氣水界面張力σ和致密砂巖對(duì)水的潤濕角Θ兩個(gè)參數(shù)，界面張力σ可以引用現(xiàn)有文獻(xiàn)，獲得不同溫壓下界面張力σ的大??；潤濕角Θ用LT/Y2009-005接觸角測量儀，采用QB/T懸滴法對(duì)致密砂巖樣品進(jìn)行測定；
[0018]D:根據(jù)水膜厚度h與喉道半徑r關(guān)系確定天然氣充注吼道臨界值，結(jié)合步驟C中潤濕角和氣水界面張力兩個(gè)參數(shù)的取值，利用步驟B中的式4，分別建立了不同地層壓力下喉道半徑r與水膜厚度h之間的關(guān)系圖，根據(jù)水膜厚度h與喉道半徑r厚度相等的直線C，把天然氣聚集劃分為上下兩個(gè)區(qū)域，分別為無效充注A和有效充注B兩個(gè)區(qū)域；區(qū)域A代表的是在不同的地層壓力下，當(dāng)喉道半徑小于水膜厚度時(shí)，天然氣無效充注；區(qū)域B代表的是在不同的地層壓力下，當(dāng)喉道半徑大于水膜厚度時(shí)，天然氣有效充注；直線C代表的是不同地層壓力下，喉道半徑與水膜厚度相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的天然氣充注物性下限臨界值；
[0019]E:把臨界喉道半徑轉(zhuǎn)化到孔隙度物性下限，結(jié)合步驟D中確定的臨界水膜厚度，利用土壤學(xué)中計(jì)算顆粒表面水膜厚度的理論公式，建立孔隙度與水膜厚度之間的關(guān)系:
[0020]式5，Φ = hXAX P/(7142XSwi);
[0021]其中:Φ為巖石孔隙度，％ ;
[0022]h為束縛水膜厚度，0.1Onm ；
[0023]A為巖石比表面積，m2/g ;
[0024]Swi為束縛水飽和度，％ ；
[0025]P為巖石骨架密度，g/m3 ；
[0026]F:確定步驟E中的關(guān)鍵參數(shù)，h為步驟D中關(guān)系圖中吼道半徑r與水膜厚度h的相等值;A為低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)測定的巖石比表面積；P為測井密度曲線中讀取的巖石骨架密度；Swi為氣水相滲實(shí)驗(yàn)測定的束縛水飽和度。將以上參數(shù)代入步驟E中的式5，計(jì)算得到致密砂巖氣充注物性下限Φ。
[0027]致密氣藏目前正采用井網(wǎng)加密、大型壓裂、多層完井等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)孔隙中天然氣的高效動(dòng)用，也就是說，物性下限應(yīng)該是從納米級(jí)孔隙分析入手，找出天然氣充注的物性下限。本發(fā)明，以此為出發(fā)點(diǎn)，引入納米級(jí)水膜理論，從吸附水膜受力分析入手，結(jié)合針對(duì)性實(shí)驗(yàn)確定關(guān)鍵參數(shù)，建立一套原理性強(qiáng)，操作簡單的物性下限確定方法。喉道是天然氣充注的有效通道，天然氣臨界充注狀態(tài)可簡化為砂巖顆粒緊密排列時(shí)，水膜對(duì)接封堵喉道，進(jìn)而有效封堵天然氣對(duì)孔隙的充注，此時(shí)的水膜厚度就是臨界喉道半徑的厚度；如果喉道半徑小于水膜厚度，相應(yīng)孔喉及其所控制的微小孔隙則被束縛水所飽和，只有大于水膜厚度的喉道，才是致密砂巖氣有效的充注通道。
[0028]本發(fā)明提供的確定致密砂巖氣充注物性下限的方法，可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)致密儲(chǔ)層開采的物性下限，擴(kuò)大致密砂巖氣的勘探領(lǐng)域，提高可采致密砂巖氣儲(chǔ)量，為油田帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。
[0029]說明書附圖
[0030]圖1為實(shí)施例孔隙半徑均值與滲透率關(guān)系；
[0031]圖2為實(shí)施例主流喉道半徑與滲透率關(guān)系；
[0032]圖3為實(shí)施例潤濕角分布；
[0033]圖4為實(shí)施例不同地層壓力下水膜厚度與喉道半徑之間關(guān)系。

【具體實(shí)施方式】
[0034]以吐哈盆地水西溝群致密砂巖為例，基于吸附水膜厚度確定致密砂巖氣充注物性下限。
[0035]步驟1:利用吐哈盆地水西溝群致密砂巖恒速壓汞的實(shí)驗(yàn)，分別建立孔隙、主流吼道與滲透率的關(guān)系。從圖1和圖2中可以明細(xì)看出，孔隙半徑與滲透率幾乎沒有相關(guān)性，如圖1，而主流喉道半徑與滲透率之間存在較好的線性關(guān)系，如圖2，表現(xiàn)出喉道半徑的增加滲透率明顯增加。由此可見，喉道是致密砂巖氣充注的有效通道，控制著天然氣的充注過程，適合于本技術(shù)方案。主流喉道半徑是指貢獻(xiàn)率達(dá)到95%時(shí)的所有喉道加權(quán)平均值。
[0036]步驟2:根據(jù)水膜的受力分析，地層壓力(Pi)、分離壓力(Pd)和毛管壓力(Pc)之間存在以下的平衡關(guān)系:
[0037]Pi = Pd+Pc(式 I)
[0038]Pd = 2200/h3+150/h2+12/h(式 2)
[0039]Pc = 2 σ cos Θ /r(式 3)
[0040]其中:h為水膜厚度，μπι。Pc為毛管壓力，MPa ;r為喉道半徑，μηι;θ為潤濕角，° 為氣水界面張力，N/m。
[0041 ] 聯(lián)立公式1、公式2和公式3可得:
[0042]Pi = 2200/h3+150/h2+12/h+2 σ cos Θ /r(式 4)
[0043]步驟3:確定潤濕角Θ和氣水界面張力σ。潤濕角是利用LT/Y2009-005接觸角測量儀，采用QB/T懸滴法對(duì)24個(gè)致密砂巖樣品進(jìn)行測定。從測定結(jié)果來看，如圖3，致密砂巖潤濕角的分布范圍廣，但集中分布于20°?30°之間，表現(xiàn)為較強(qiáng)的親水性，本次取其平均值20.48°。氣水界面張力隨著溫度和壓力的升高而逐漸減小，但甲烷在地層壓力高于25MPa、溫度大于95°C以后的氣水界面張力變化較小，基本在0.03N/m左右。
[0044]步驟4:根據(jù)水膜厚度h與喉道半徑r關(guān)系確定天然氣充注吼道臨界值。結(jié)合潤濕角和氣水界面張力兩個(gè)參數(shù)的取值，分別建立了地層壓力Pi為30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa的不同地質(zhì)情況下喉道半徑r與水膜厚度h之間的關(guān)系，如圖4，根據(jù)水膜厚度與喉道半徑厚度相等的直線C，把天然氣聚集劃分為無效充注A和有效充注B兩個(gè)區(qū)域。區(qū)域A代表的是在不同的地層壓力下，當(dāng)喉道半徑小于水膜厚度時(shí)，天然氣無效充注；區(qū)域B代表的是在不同的地層壓力下，當(dāng)喉道半徑大于水膜厚度時(shí)，天然氣有效充注；直線C代表的是不同地層壓力下，喉道半徑與水膜厚度相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的天然氣充注物性下限臨界值，從直線C與不同地層壓力線的交點(diǎn)可以得到，從30MPa到50MPa，水膜厚度從28nm減小到16nm，相應(yīng)的天然氣最小充注喉道半徑也逐漸減小。
[0045]步驟5:利用孔隙度與水膜厚度之間的關(guān)系:
[0046]Φ = hXAX P /(7142XSwi)(式 5)
[0047]其中:Φ為巖石孔隙度，％;h為束縛水膜厚度，0.1Onm ；A為巖石比表面積，m2/g ；Swi為束縛水飽和度，％ ； P為巖石骨架密度，g/m3。
[0048]確定式5中的巖石比表面積、巖心密度、束縛水飽和度。氣水相滲實(shí)驗(yàn)測定束縛水飽和度為60%，表I為10個(gè)致密砂巖樣品的巖石比表面積、巖心密度等關(guān)鍵參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算10個(gè)樣品的孔隙度下限平均值為2.20%,以此作為吐哈盆地水西溝群致密砂巖氣充注的物性下限。
[0049]表I水西溝群致密砂巖孔隙度下限求取相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
[0050]

【權(quán)利要求】
1.確定致密砂巖氣充注物性下限的方法，其特征在于:包括以下步驟: A:本技術(shù)方案的適用性判別；利用恒速壓汞實(shí)驗(yàn)確定主流喉道半徑，結(jié)合滲透率，建立主流喉道半徑與滲透率之間的關(guān)系；如果二者呈正相關(guān)，說明喉道是天然氣充注的有效通道，控制著天然氣的充注過程，適合于本技術(shù)方案； B:水膜受力分析；在忽略水膜重力的情況下，由水膜的受力分析可知，當(dāng)水膜厚度穩(wěn)定不再變化時(shí)，地層壓力P1、分離壓力Pd和毛管壓力Pc之間存在以下的平衡關(guān)系:
式 I, Pi = Pd+Pc ；
式 2，Pd = 2200/h3+150/h2+12/h ；
式 3, Pc = 2 σ cos Θ /r ； 其中: h為水膜厚度，ym; r為喉道半徑，μ m ； Θ為潤濕角，° ; σ為氣水界面張力，N/m; 聯(lián)立式1、式2、式3即可得到如下關(guān)系式:
式 4，Pi = 2200/h3+150/h2+12/h+2 σ cos Θ /r ； C:關(guān)鍵參數(shù)確定，確定公式4中氣水界面張力σ和致密砂巖對(duì)水的潤濕角Θ兩個(gè)參數(shù)，界面張力σ可以引用現(xiàn)有文獻(xiàn)，獲得不同溫壓下界面張力σ的大?。粷櫇窠铅ㄓ肔T/Υ2009-005接觸角測量儀，采用QB/T懸滴法對(duì)致密砂巖樣品進(jìn)行測定； D:根據(jù)水膜厚度h與喉道半徑r關(guān)系確定天然氣充注吼道臨界值，結(jié)合步驟C中潤濕角和氣水界面張力兩個(gè)參數(shù)的取值，利用步驟B中的式4，分別建立了不同地層壓力下喉道半徑r與水膜厚度h之間的關(guān)系圖，根據(jù)水膜厚度h與喉道半徑r厚度相等的直線C，把天然氣聚集劃分為上下兩個(gè)區(qū)域，分別為無效充注A和有效充注B兩個(gè)區(qū)域；區(qū)域A代表的是在不同的地層壓力下，當(dāng)喉道半徑小于水膜厚度時(shí)，天然氣無效充注；區(qū)域B代表的是在不同的地層壓力下，當(dāng)喉道半徑大于水膜厚度時(shí)，天然氣有效充注；直線C代表的是不同地層壓力下，喉道半徑與水膜厚度相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的天然氣充注物性下限臨界值； E:把臨界喉道半徑轉(zhuǎn)化到孔隙度物性下限，結(jié)合步驟D中確定的臨界水膜厚度，利用土壤學(xué)中計(jì)算顆粒表面水膜厚度的理論公式，建立孔隙度與水膜厚度之間的關(guān)系: 式 5，Φ = hXAX P /(7142XSwi)； 其中:Φ為巖石孔隙度，％ ; h為束縛水膜厚度，0.1Onm ； A為巖石比表面積，m2/g ; Swi為束縛水飽和度，％ ； P為巖石骨架密度，g/m3 ； F:確定步驟E中的關(guān)鍵參數(shù)，h為步驟D中關(guān)系圖中吼道半徑r與水膜厚度h的相等值;A為低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)測定的巖石比表面積；P為測井密度曲線中讀取的巖石骨架密度；Swi為氣水相滲實(shí)驗(yàn)測定的束縛水飽和度；將以上參數(shù)代入步驟E中的式5，計(jì)算得到致密砂巖氣充注物性下限Φ。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK104200105SQ201410453187
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】王偉明, 盧雙舫, 李吉君, 張淑霞, 田偉超 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(華東)