北京大学学报(自然科学版), 第48卷, 第5期, 2012年9月Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 48, No. 5 (Sept. 2012)人造岩芯孔喉结构的恒速压汞法评价柴智1师永民1,†徐常胜2张玉广3李宏2吴文娟1徐洪波3王磊11.北京大学地球与空间科学学院, 北京大学石油与天然气研究中心, 北京 100871;2.中国石油天然气股份有限公司新疆油田分公司采油一厂, 克拉玛依 834000; 3.大庆油田有限责任公司采油工程研究院, 大庆 163458;†通信作者, E-mail: sym@摘要利用恒速压汞实验, 对3种不同工艺制作的人造岩芯孔喉特征进行研究, 并与天然岩芯实验结果进行对比。

3种方法制作的人造岩芯孔隙尺度分布均十分接近, 且与天然岩芯数据吻合良好。

人造岩芯喉道尺度分布集中, 相比之下天然岩芯喉道尺度分布范围较宽, 在极小的区间内也有可渗流喉道分布, 同时平均喉道半径大于人造岩芯。

天然岩芯可能呈现出大孔细喉的配置关系, 存在更大的孔喉比, 因而驱油效率更低, 剩余油饱和度较人造岩芯更大。

关键词人造岩芯; 恒速压汞; 孔喉结构; 驱油效率中图分类号TD315Pore-Throat Structure Evaluation of Artificial Coreswith Rate-Controlled PorosimetryCHAI Zhi1, SHI Yongmin1,†, XU Changsheng2, ZHANG Yuguang3, LI Hong2,WU Wenjuan1, XU Hongbo3, WANG Lei11. School of Earth and Space Science, Institute of Oil and Gas, Peking University, Beijing 100871;2. No.1 Oil Production Plant,Xinjiang Oilifeld Company, PetroChina, Karamay 834000; 3. Institute of Oil Production Engineering, Daqing Oilfield Company,Daqing 163458; † Corresponding author, E-mail: sym@Abstract The pore-throat structure properties of artificial cores made with three different methods are compared with the approach of rate-controlled porosimetry. The feasibility of the artificial cores to replace real cores in micro-structure experiments of reservoirs is evaluated. Pore size distribution of the artificial cores exhibits similar trait as the real core sample, while the throat size is slightly smaller, and the range is narrower compared to the real core. Meanwhile, larger pore-throat ratio may exist in real cores rather than in artificial cores, therefore the displ- acement efficiency of artificial cores is slightly higher and the residual oil saturation is lower than that of real cores.Key words artificial core; rate-controlled porosimetry; pore and throat structure; displacement efficiency由于取芯难度和费用方面的限制, 油田区块内取芯井所占比例少, 所钻取的岩芯大部分用于油藏描述以及储层岩性、物理性质、含油性等参数的测定, 能够用于采油工程实验的岩芯较少。

为了弥补天然岩芯对后期实验的供应不足, 本文对人造岩芯替代天然岩芯的可行性进行评价。

对3种不同工艺下制作的人造岩芯进行恒速压汞实验, 比较不同工艺对岩芯孔喉结构的影响, 并将实验结果与天然岩芯进行对比, 优选人造岩芯制作工艺。

1 恒速压汞原理恒速压汞是由Yuan等[1]提出并发展应用的一种储层微观孔喉特征的研究方法, 即在极低并且恒定的压汞速率下, 使用高敏感度压力测量仪器记录国家重点基础研究发展计划(2009CB219300)资助收稿日期: 2011-12-23; 修回日期: 2012-04-06; 网络出版日期: 2012-07-12网络出版地址: /kcms/detail/11.2442.N.20120712.1621.001.html770第5期 柴智等: 人造岩芯孔喉结构的恒速压汞法评价771注汞压力变化。

恒速压汞不同于常规压汞实验之处在于通过压力的细微变化可以明确区分储层孔隙与喉道[2–3](图1), 同时得出孔隙、喉道的大小及其分布频率。

汞作为非润湿相侵入岩芯时, 毛细管力作为阻力在喉道半径最小处达到最大值。

汞以恒定的速率不断注入, 填充孔隙中半径更小的部分[5–6], 注入端压力随之升高, 随着汞突破喉道进入孔隙, 压力发生突降, 之后下一个孔隙被填满, 压力再次上升。

因而可以通过高精度的压力测量分辨驱替过程中通过孔喉空间半径的微小变化。

本文中各组岩芯压汞速率相同, 实测值稳定在3.33 nL/s, 整个压汞过程为准静态过程, 当压力升高至4.8 MPa 时, 实验结束。

驱替时汞对于岩石的接触角为140°, 与空气的界面张力为485 mN/m 。

2 岩芯数据对天然岩芯进行全岩分析, 根据所得的矿物含量作为配比, 混合原矿物粉末并经过3种不同的制作工艺, 在10 MPa 的压力下压制10分钟制备岩芯。

本次实验所用岩芯包括3组人造砂岩岩芯和1组对照天然砂岩岩芯, 具体为人造RZ-1组岩芯2块、人造RZ-2组岩芯3块、人造RZ-3组岩芯3块以及TR 组天然岩芯1块, 共计9块。

3种制作工艺的差异如下。

1) RZ-1组: 直接用胶结剂胶结原矿物, 压制成岩芯。

2) RZ-2组: 原矿物分别用浓度为1%, 2%, 3%的盐水预处理后, 再用胶结剂胶结压制成岩芯RZ-2-1, RZ-2-2, RZ-2-3。

3) RZ-3组: 先用胶结剂胶结石英砂以及长石, 分别晾晒10, 20, 30小时后轻轻研碎过筛, 制成复膜石英砂, 加入其他矿物搅拌均匀, 最后压制成岩芯RZ-3-1, RZ-3-2, RZ-3-3。

原矿物粉末通过相同的工艺粉碎制得, 因而可以保证有相同的粒度及颗粒磨圆度, 在一定的预处理及压制工艺下, 岩芯制作的可重复性能够得到保证。

同时人造岩芯解决了天然岩芯非均质性导致实验数据无重复性和可比性的难题[7]。

天然岩芯的全岩分析结果为: 石英含量54%, 长石含量39%, 黏土矿物含量5%。

按照此配比混合原矿物粉末制作岩芯, 并对制成的岩芯进行全岩分析。

3组人造岩芯矿物实测含量稍有波动, 石英在47%~58%之间, 长石在36%~45%之间, 黏土矿物在3%~5%之间, 基本符合设计配比。

天然岩芯及制成之后的各组人造岩芯实测物理性质参数见表1, 可见不同工艺下制作的人造岩芯相比于天然岩芯, 孔隙度有一定的偏高, 但差别不大。

渗透率接近天然岩芯, 3组依次逐渐减小, 其中RZ-1组和RZ-2组渗透率高于天然岩芯, 而RZ-3组低于天然岩芯, 反映了不同制作工艺间的差别, 但9块岩芯都属于高孔中渗的范围[8]。

RZ-2组3块岩芯渗透率依次减小, 可见更高浓度的盐水预处理对渗透率有更明显的减小作用, 但总的影响不大。

RZ-3组3块岩芯渗透率同样依次减小, 表明更长的晾晒时间会减小所制作岩芯的渗透率。

O 1为一级孔隙, O 2为二级孔隙, 依此类推; V t 为喉道体积图1 恒速压汞毛细管压力曲线示意图(据文献[4]修改) Fig. 1 Schematic diagram of capillary pressure curve inrate-controlled porosimetry (after Ref. [4])表1 岩芯物理性质参数测试结果Table 1 Physical parameters of the cores岩芯编号 孔隙度/%渗透率/(10−3μm 2)天然岩芯(TR)25.9 213.2RZ-1-1 27.9 277.2 RZ-1-2 27.7 273.9 RZ-2-1 29.0272.7 RZ-2-2 28.6 267.1 RZ-2-3 31.6 231.3 RZ-3-1 27.6 207.9 RZ-3-2 29.2 206.6 人造 岩 芯RZ-3-3 30.6194.2北京大学学报(自然科学版) 第48卷7723 孔隙特征分析将实验所得的3组人造岩芯孔隙半径分布与天然岩芯进行对比[1,9–10](图2), 可见各组孔隙半径分布情况同天然岩芯具有相同的形态与峰值, 孔隙半径大致分布在110~330 μm 的区间内, 最大频率值重合于195 μm, 平均孔隙半径在208 μm 左右。

对比不同工艺的岩芯孔隙尺度分布情况, 可见制作方法的不同对孔隙分布的影响并不明显, 并未呈现与制作方法相关的可识别规律性变化。

因而, 使用各组岩芯均可以达到对天然岩芯孔隙大小分布情况较好的模拟效果, 相同的孔隙尺寸分布保证了人造岩芯与天然岩芯有相同的油气赋存条件。

4 喉道特征分析将实验所得的3组人造岩芯及天然岩芯喉道尺寸分布进行对比[1,11](图3)。

天然岩芯主流喉道半径分布在6.5 μm 左右, 平均喉道半径为6.4 μm 。

与天然岩芯相比, RZ-1组直接用胶结剂胶结压制的岩芯喉道尺寸分布相对分散, 主流喉道半径约6 μm, 平均喉道半径为6.1 μm; RZ-2组中盐水处理过原矿物的岩芯主流喉道半径为5~5.5 μm, 平均喉道半径为5.7 μm; RZ-3组中部分原矿物经过晾晒的一组岩芯, 主流喉道半径最小, 在4.5~5.5 μm 之间, 喉道尺寸分布最为集中, 平均喉道半径为5.3 μm 。