壓汞法研究巖心孔隙結(jié)構(gòu)特征

馬文國(guó)，王 影，海明月，夏惠芬，馮海潮，吳 迪

（1.東北石油大學(xué) 教育部提高油氣采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2.大慶煉化公司 潤(rùn)滑油分廠，黑龍江 大慶 163411）

近年來(lái)人們對(duì)巖石系的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量研究，蒲秀剛等［1］，通過(guò)掃描電鏡和常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)，研究了巖石孔滲參數(shù)和儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的定量關(guān)系。劉媛等［2］通過(guò)常規(guī)壓汞技術(shù)和恒速壓汞技術(shù)，對(duì)三肇凹陷扶余油層中低滲透儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究，說(shuō)明孔喉連通性較差，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜。王瑞飛等［3］通過(guò)通過(guò)掃描電鏡、常規(guī)壓汞技術(shù)等多種手段，得出儲(chǔ)層滲透性差的主要原因是孔隙喉道類型多樣。黃毅等［4］利用一定數(shù)量巖心毛管壓力資料和核磁共振測(cè)井資料對(duì)比建立了T2分布與巖石孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。馬新仿等［5］應(yīng)用分形幾何原理，對(duì)儲(chǔ)層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。

對(duì)于天然巖心的孔隙結(jié)構(gòu)已經(jīng)有不少的論述，但是很少有針對(duì)天然巖心與人造巖心孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究的。人造巖心因性能穩(wěn)定、重復(fù)性能好，被廣泛應(yīng)用于各類室內(nèi)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)人造巖心與天然巖心孔隙結(jié)構(gòu)是否相近，本文選取滲透率在200×10－3、400×10－3、800×10－3μm2左右的人造均質(zhì)巖心，并選取30塊不同滲透率的天然巖心進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)，通過(guò)壓汞法得到的毛管壓力曲線形態(tài)來(lái)描述人造巖心與天然巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征；從不同孔隙半徑區(qū)間的孔隙體積分布，分析人造巖心和天然巖心的孔隙體積及孔喉比的分布特點(diǎn)，對(duì)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)提高油氣采收率及儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)效果具有一定指導(dǎo)意義。

1 壓汞法原理

汞不潤(rùn)濕巖石表面，是非潤(rùn)濕相。汞進(jìn)入巖石孔隙的過(guò)程可以看作非潤(rùn)濕相驅(qū)替潤(rùn)濕相的過(guò)程［6－7］。注入壓力不斷升高，當(dāng)壓力超過(guò)孔隙喉道處的毛細(xì)管壓力時(shí)，汞進(jìn)入孔隙中，這時(shí)的注入壓力就相當(dāng)于毛細(xì)管壓力，所對(duì)應(yīng)的毛細(xì)管半徑即孔隙喉道半徑，進(jìn)入孔隙中的汞體積即該喉道所連通的孔隙體積。不斷改變注入壓力，就可以得到孔隙大小分布曲線和毛細(xì)管壓力曲線。毛細(xì)管壓力與毛細(xì)管孔徑之間的關(guān)系為

其中：Pc為毛細(xì)管壓力（MPa）；σ為流體界面張力（N／m）；θ為潤(rùn)濕接觸角，r為毛細(xì)管半徑。

2 實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)步驟

壓汞實(shí)驗(yàn)選用的滲透率在200×10－3、400×10－3、800×10－3μm2左右的人造均質(zhì)巖心由東北石油大學(xué)人造巖心室提供，人造巖心對(duì)應(yīng)編號(hào)分別為R－1、R－2、R－3。把30塊天然巖心按滲透率分為3個(gè)等級(jí)，天然巖心對(duì)應(yīng)編號(hào)為2－1～4－9。人造巖心及天然巖心孔滲參數(shù)如表1所示。

表1 人造巖心及天然巖心孔滲參數(shù)

表1 （續(xù)）

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）鉆取直徑為2.5cm的巖樣，洗油后烘干；

（2）測(cè)定初始狀態(tài)下巖心各項(xiàng)參數(shù)，即氣測(cè)滲透率、質(zhì)量、體積、密度；

（3）把巖樣放入巖心室中，提高注入壓力，壓力穩(wěn)定后記錄壓力值及注入汞的體積；

（4）注入壓力就相當(dāng)于毛管壓力，所對(duì)應(yīng)的毛細(xì)管半徑即孔隙喉道半徑，進(jìn)入孔隙中的汞體積即該喉道所連通的孔隙體積。不斷改變注入壓力，就可以得到孔隙大小分布曲線和毛細(xì)管壓力曲線。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 巖心毛管壓力曲線特征分析

巖樣的毛細(xì)管壓力曲線的形態(tài)主要受孔隙結(jié)構(gòu)的影響?？紫洞笮》植荚郊?，分選性越好，毛細(xì)管壓力曲線的中間平緩段越長(zhǎng)并且越接近橫軸［8－10］?？紫栋霃皆酱?，則中間平緩段越接近橫軸。因此巖石中孔隙半徑越大、大孔道越多，則毛細(xì)管壓力曲線越靠近左下方。毛細(xì)管壓力曲線與滲透率密切相關(guān)，隨著滲透率的由大變小，毛細(xì)管壓力曲線從左下方向右上方逐次排列，滲透率越大，毛細(xì)管壓力曲線越凸向左下方［11－12］。

選取3塊滲透率在200×10－3、400×10－3、800×10－3μm2左右的天然巖心2－3、3－3、4－3做實(shí)驗(yàn)。圖1給出了在不同滲透率下的人造巖心與天然巖心的毛管壓力曲線。

圖1 人造巖心與天然巖心的毛管壓力曲線

由圖1可以看出，人造巖心的毛細(xì)管壓力曲線都有較長(zhǎng)的平緩段，且靠近坐標(biāo)橫軸；而天然巖心只有滲透率較高的巖心才具有較長(zhǎng)的平緩段，且曲線靠近左下方，低滲層的毛細(xì)管壓力曲線遠(yuǎn)離坐標(biāo)橫軸，且沒(méi)有平緩段?？梢钥闯?，只有高滲透率的人造巖心與天然巖心毛管壓力曲線較接近，低透滲的人造巖心與天然巖心的毛管壓力曲線有很大差異。

3.2 不同半徑區(qū)間的孔隙體積和孔喉比

隨著毛細(xì)管壓力的逐漸增加，孔隙半徑逐漸減小，把孔隙半徑大小分為5個(gè)區(qū)間，并且用最大孔隙半徑除以每段孔隙半徑區(qū)間的最小值稱為此段區(qū)間的孔喉比。把對(duì)滲透率貢獻(xiàn)幾乎為零的孔隙半徑區(qū)間稱為無(wú)效孔道。表2給出了每個(gè)滲透率等級(jí)在不同孔隙半徑區(qū)間的孔隙體積和對(duì)應(yīng)的孔喉比。把占據(jù)較大孔隙體積且為有效孔道的孔隙半徑區(qū)間定義為流體滲流主要的通道。由表2可以看出，人造巖心孔隙體積分布較集中，且隨著滲透率的增加，孔隙體積分布的半徑區(qū)間變大，而低滲透率的天然巖心孔隙體積分布范圍較大，高滲透率的巖心孔隙體積分布較集中，主要分布在大孔道處。

表2 不同孔隙半徑區(qū)間的孔隙體積及孔喉比

圖2和圖3給出了不同滲透率等級(jí)的人造巖心及天然巖心的孔隙體積分布圖。由圖2可以看出，滲透率為200×10－3μm2的人造巖心50%以上的孔隙體積集中分布半徑區(qū)間為（1μm，10μm］，對(duì)應(yīng)的孔喉比為1.4～7.1。而相同滲透率等級(jí)的天然巖心有60%以上的孔隙體積分布在半徑區(qū)間為（0.1μm，10μm］，分布不集中，對(duì)應(yīng)的孔喉比為1.7～90.1。由圖3可知，高滲透率的人造巖心和天然巖心，絕大多數(shù)的孔隙體積分布在半徑區(qū)間在（5μm，20μm］，孔喉比在1.3～3.3。

根據(jù)結(jié)果分析，低滲透率的天然巖心的孔隙體積分布不集中，且多分布在孔隙半徑較小的區(qū)間，而人造巖心的孔隙體積分布較集中，與天然巖心相比孔喉比較小。高滲透率的人造巖心和天然巖心孔隙體積集中分布在孔隙半徑較大的區(qū)間，且孔喉比較小。

圖2 滲透率為200×10－3μm2的人造巖心及天然巖心孔隙體積分布

圖3 滲透率為800×10－3μm2的人造巖心及天然巖心孔隙體積分布

3.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)

描述孔隙結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)主要分為3類：

（1）孔隙半徑特征參數(shù)有最大孔隙半徑、孔隙半徑中值、平均孔隙半徑；

（2）孔喉分布特征參數(shù)有均質(zhì)系數(shù)、均值半徑、相對(duì)分選系數(shù)、歪度、分選系數(shù)；

（3）孔喉連通性特征參數(shù)有排驅(qū)壓力、最大進(jìn)汞飽和度、飽和度中值壓力、特征結(jié)構(gòu)參數(shù)。選取具有代表性的參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)人造巖心和天然巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征，如表3所示。

表3 人造巖心和天然巖心的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

由表3可以看出，無(wú)論是人造巖心還是天然巖心，平均孔隙半徑、均質(zhì)系數(shù)、歪度、排驅(qū)壓力與滲透率之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。隨著滲透率的增加，儲(chǔ)層平均孔隙半徑增大，均質(zhì)系數(shù)增加，歪度增加，排驅(qū)壓力減小。對(duì)比人造巖心和天然巖心孔隙結(jié)構(gòu)差異，由表3可以看出，對(duì)于中低滲透率的巖樣，人造巖心的平均孔隙半徑、均質(zhì)系數(shù)和歪度都大于天然巖心的相應(yīng)參數(shù)，并且差異較大；而對(duì)于高滲透率的巖樣，人造巖心的平均孔隙半徑、均質(zhì)系數(shù)、歪度和排驅(qū)壓力與天然巖心的相應(yīng)參數(shù)相近。

4 結(jié)論

（1）高滲透率的人造巖心與天然巖心毛細(xì)管壓力曲線較接近，有較長(zhǎng)的平緩段，而低滲透率的人造巖心與實(shí)際的天然巖心的毛細(xì)管壓力曲線有很大差異。

（2）低滲透率的人造巖心孔隙體積分布集中，而天然巖心分布范圍較廣，與天然巖心相比低滲透率的人造巖心的孔喉比較小；高滲透率的人造巖心和天然巖心的孔隙體積集中分布在孔隙半徑較大的區(qū)間，且孔喉比較小。

（3）低滲透率的人造巖心的平均孔隙半徑、均質(zhì)系數(shù)和歪度都大于天然巖心的，并且差異較大；高滲透率的人造巖心與天然巖心的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)相近。

（References）

［1］蒲秀剛，黃志龍，周建生，等.孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)碎屑儲(chǔ)集巖物性控制作用的定量描述［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，21（2）：15－18.

［2］劉媛，朱筱敏，張思?jí)?，?三肇凹陷扶余油層中—低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其分類［J］.天然氣地球科學(xué)，2010，21（2）：270－275.

［3］王瑞飛，陳明強(qiáng)，孫衛(wèi).鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組超低滲透砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究［J］.地質(zhì)論評(píng)，2008，54（2）：270－276.

［4］黃毅，趙軍，程鵬飛，等.利用核磁共振資料改善低孔低滲油藏飽和度模型的精度［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2007，28（3）：390－394.

［5］馬新仿，張世誠(chéng)，朗兆新.儲(chǔ)層巖石孔隙結(jié)構(gòu)的分形研究［J］.中國(guó)礦業(yè)，2003（9）：47－49.

［6］何更生.油層物理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1994：200－207.

［7］王維喜，曹天軍，朱海濤.壓汞曲線在特低滲油藏儲(chǔ)層分類中的應(yīng)用［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，12（3）：18－20.

［8］解國(guó)軍，金之鈞.原生透鏡狀砂巖油藏成藏過(guò)程一維數(shù)值模擬［J］.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)，2008，33（1）：97－106.

［9］陳華，陳小強(qiáng)，孫雷，等.毛管壓力曲線在低阻儲(chǔ)層中的應(yīng)用［J］.復(fù)雜油氣藏，2009，2（1）：38－42.

［10］程建，鄧明，李智杰，等.毛管壓力曲線在測(cè)井評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.石油儀器，2010，24（5）：72－74.

［11］周涌沂，李陽(yáng)，孫煥泉.用毛管壓力曲線確定流體界面［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2002，9（5）：37－39.

［12］彭彩珍，李治平.低滲透油藏毛管壓力曲線特征分析及應(yīng)用［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，24（2）：21－24.