文章编号:1000-2634(2002)02-0021-04低渗透油藏毛管压力曲线特征分析及应用X彭彩珍1,李治平1,贾闽惠2(1.西南石油学院,四川南充637001;2.四川电子科技大学)摘要:我国低渗透油田的储量在探明未动用的地质储量中占有较大的比例。
深入研究该类储层的孔隙结构特征对低渗透油层的渗流机理研究及对低渗透油田的合理开发具有重要实际指导意义。
通过对低渗透油藏毛管压力曲线的定性特征和定量特征参数分析,发现该类油藏毛管压力曲线符合双曲线变化规律,引用油田压汞法所测得的毛管压力数据,对毛管压力曲线进行双曲线拟合,得到了良好的效果以及有关储层孔隙结构的特征参数。
由此可知,低渗透储层具有p d和p c50高、r50小等特点。
关键词:低渗透油藏;毛细管压力;孔隙结构;渗透率中图分类号:T E311文献标识码:A引言毛管力为毛细管中相界面两侧非湿相流体压力与湿相流体压力之差。
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4种:半渗隔板法、离心机法、压汞法和吸附法。
压汞测试法在储层孔隙结构研究中的应用最广泛,现已列入各油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。
通过对低渗透油藏毛管压力曲线形态分析,获得大量的定性特征和定量特征参数(如:排替压力、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),从不同角度表征岩样的孔隙结构特征。
1低渗透油藏的概念据文献[2-4]可知,凡是储层渗透率为0.1@ 10-3~50@10-3L m2的油层为低渗透油层;储层空气渗透率小于0.1@10-3L m2的气层为低渗透致密气层。
文献[3]对这些油田特征及开发动用状况有更深入的认识,根据储层渗透率进一步将储层细分为3类:低渗透层(10@10-3<k[50@10-3L m2);特低渗透层(1@10-3<k[10@10-3L m2);超低渗透层(k[1@10-3L m2)。
这对指导油田科学合理地开发生产,具有一定实用价值。
文献[4]根据我国部分低渗透油田流度的大小,将低渗透油层分为3类:低渗透油层(30@10-3<k/ L<50@10-3L m2/(mPa#s));特低渗透油层(1@ 10-3<k/L[30@10-3L m2/(m Pa#s));为超低渗透油层(k/L[1@10-3L m2/(mPa#s))。
这说明了流度确实也是表征低渗透油层的重要参数之一。
2低渗透油层毛管压力曲线特征毛管力与湿相(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。
2.1毛管压力曲线的定性特征[3,5,7]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,孔喉不均匀而偏细歪度,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层。
低渗透油层的典型毛管压力曲线特征由三部分组成。
第24卷第2期西南石油学院学报V ol.24No.2 2002年4月Journal of Southw est Petr oleum Institute A pr2002X收稿日期:2001-06-12基金项目:四川省青年基金资助项目/变形介质油气藏渗流机理及应用研究0(省285)。
作者简介:彭彩珍(1963-),女(汉族),湖南邵东人,讲师,硕士,主要从事油藏工程的科研和教学工作。
(1)初始段:由起点压力和排出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。
表现为随压力升高非湿相饱和度非常缓慢增加。
此时,非湿相饱和度非常缓慢增加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心。
图1 实测毛管力与空气饱和度关系(2)中间缓坡段或平坦段:它是油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,表示储层岩石喉道的分布越集中、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。
(3)尾部段:该段曲线大致与纵坐标的方向一致,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。
(4)低渗透储层的毛管压力曲线的排驱压力高,最大孔喉半径小;退汞效率低,孔隙滞留量多,渗流阻力大,且具有启动压力梯度。
2.2 毛管压力曲线的定量特征参数(1)排驱压力p d 和最大孔喉半径r d排驱压力p d 是指非湿相汞开始进入岩样的最大喉道的最低压力。
该压力越低,岩石渗透性越好,最大喉道半径越大,储层储集性能越好;反之,该压力越高,储层储集性能越差。
(2)饱和度中值压力p c50和中值半径r 50饱和度中值压力p c 50是指汞饱和度为50%时的压力。
p c 50越小,r 50越大,表明储层的孔渗性越好,产油能力越高;反之,p c50越大,r 50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。
(3)最大汞饱和度S Hgb 和最小湿相饱和度S wi 最大汞饱和度S Hgb 是指最高压力下进汞的饱和度。
此值越高,反映储集性能越好。
(4)退汞效率E W指注入压力从最高降压后退出的汞体积与进入岩样的最大汞体积之比。
退汞效率越大,反映储集性能越好,水驱油效率越高,它是研究储集层采收率的重要参数。
E w =S m ax -S RS m ax@100%(1)(5)均质系数每一喉道半径r 对最大喉道半径r max 比值。
均质系数越接近1,组成岩样的喉道半径越接近最大喉道半径,岩样的孔径分布越均匀,据沈平平等研究(1982年),其表达式为A =QSmaxrS max #r maxd s (0<A [1)(2)(6)确定孔隙结构特征的其它参数均值,分选系数,偏态,峰态,变异系数等。
3 压汞数据的双曲线拟合分析图2[1]为双对数坐标下的毛管压力曲线,纵坐标毛管压力采用对数刻度,横坐标汞饱和度也采用对数刻度。
这样使初始进汞部分的特征在曲线上表现更突出,曲线变得更平缓些,有利于分析曲线所包含的孔隙结构特征和定量化研究。
图2 实测压汞双曲线拟合分布毛管压力曲线的形状和位置差异反映了岩样的一些基本性质,其中包括孔隙几何学特征。
例如:¹曲线相对于饱和度S H g 和毛管压力p c 轴的位置分别22西南石油学院学报 2002年是相互连通的孔隙体积和汞初次进入孔隙时的孔喉横断面大小的量度;º曲线的形状取决于孔隙的连通性和孔隙大小的分选性。
因此,为了利用毛管压力资料来研究孔隙结构,我们试图找到一个描述不同岩样的p c ~S H g 关系的独特数学表达式。
利用这个数学表达式中的参数描述不同岩样中的孔隙几何特征的差异。
3.1 双曲线数学模型及其物理意义毛管压力p c 与饱和度S Hg 间的双对数关系可用如下数学模型[1,6]来表达:(lg p c -lg p d )(lg S H g -lg S b )=-C 2(3)式中,C 2为曲线形状。
(3)式改写为S H g S b=10-C 2lg p c p d(4)或 S Hg /S b =e -F glg pcp d(5)式中,S H g )进汞压力为p c 时的累积汞饱和度(连通孔隙体积百分数,%);S b )无限大压力时可能的汞饱和度(总连通孔隙体积百分数,%);p c )汞/空气系统的毛管压力,M Pa;p d )汞/空气系统外推排驱压力,MPa;F g )孔喉几何因子。
毛管压力曲线的位置和形状由(5)式中的S b 、p d 、F g 确定。
曲线的位置由双曲线的两条渐近线确定,即在无限大压力下的总进汞饱和度S b 。
当被汞占据的孔隙体积百分数逼近于0,曲线渐渐逼近水平渐近线,就表示/外推排驱压力0。
曲线的形状由F g 确定,因为曲线形状与岩石样品中的孔隙喉道的分选性和连通性有关。
3.2 回归拟合法确定双曲线的参数设lg p c =y ,lg S Hg =x ,lg p d =a,lg S b =b,d =c 2,则方程(3)化为(y -a )(x -b)=-d(6)再设S b =100+E ,则lg S b =C 0,所以(y -a )(x -C 0)=-d (7)即y -a =-dx -C 0(8)再设x c =1/(x -C 0),y c =y ,则得y c =a -dx c(9)利用最小二乘法原理,得到一元线性回归方程的最佳拟合参数a 、d 。
于是得到方程(3)中的三个关键参数p d 、S b 、F g 。
p d =10a S b =100+E F g =2.303C 2(11)4 实例分析新疆某油田为构造O 岩性油藏,从储集层性质来看,属于低孔低渗透性块状油藏。
通过对压汞法所测得的50多条毛管压力曲线进行双曲线拟合,得到的结果如图3~图9所示,拟合结果如表1。
表1 双曲线拟合结果图号井号基本方程相关系数最大毛管半径r max /L m 排驱压力p d /MPa 饱和度中值压力p c50/M Pa 饱和度中值半径r c50/L m孔隙度/%渗透率K /L m 2图32084(lg p c +0.826)(lg S Hg -2.3)=-1.3720.9984.9290.14928.6600.025711.400.0639图42205(lg p c +0.998)(lg S Hg -2.5)=-1.7610.9947.3250.10015.8700.04639.500.0252图52611(lg p c +0.992)(lg S Hg -2.3)=-1.4410.9977.2170.10225.4810.028912.100.0520图62616(lg p c +0.368)(lg S Hg -2.5)=-1.4160.9971.7170.42825.1200.02938.300.0140图72624(lg p c +0.637)(lg S Hg -2.5)=-1.3650.9963.1860.23111.6810.06308.10<0.01图82662(lg p c +0.469)(lg S Hg -2.3)=-0.8980.9972.1630.34010.6150.069310.400.019023第2期 彭彩珍等: 低渗透油藏毛管压力曲线特征分析及应用4结论(1)低渗透油藏毛管压力曲线的特征,主要表现为细歪度型,并且具有p d和p c50高、r50小等特点;(2)低渗透油藏毛管压力曲线可以通过四种方法(压汞法、半渗透隔板法、离心机法、氮气吸附法)测得;(3)岩样在实验室所测得的毛管压力p c和累积进汞饱和度S H g数据绘制在双对数坐标纸上,可以得到近似于双曲线的最佳拟合曲线,且相关系数均在0.99以上;(4)通过拟合曲线,可以获得一系列反映岩样的孔隙结构特征的参数。