恒速压汞、核磁、启动压力讲解

1、微观孔隙结构特征对比
利用恒速压汞仪，分别测试了东16扶杨油层的一块岩样和树322区块的一块岩样。

（1）恒速压汞试验原理
恒速压汞的实验原理简述如下：恒速压汞以非常低的速度进汞，其进汞速度为0.000001mL/s，如此低的进汞速度保证了准静态进汞过程的发生。

在此过程中，界面张力与接触角保持不变；进汞前缘所经历的每一个孔隙形状的变化，都会引起弯月面形状的改变，从而引起系统毛管压力的改变。

其过程如下图所示，左图为孔隙群落以及汞前缘突破每个结构的示意图，右图为相应的压力变化。

当进汞前缘进入到主孔喉1时，压力逐渐上升，突破后，压力突然下降，如右图第一个压力降落O(1)，之后汞将逐渐将这第一个孔室填满并进入下一个次级孔喉，产生第二个次级压力降落O(2)，以下渐次将主孔喉所控制的所有次级孔室填满。

直至压力上升到主孔喉处的压力值，为一个完整的孔隙单元。

主孔喉半径由突破点的压力确定，孔隙的大小由进汞体积确定。

这样孔喉的大小以及数量在进汞压力曲线上得到明确的反映。

图1-4 恒速压汞测试原理图
实验采用美国Coretest公司制造的ASPE730恒速压汞仪。

进汞压力0-1000psi （约7MPa）。

进汞速度0.000001ml/s。

接触角140º，界面张力485达因/厘米。

样品外观体积约1.5cm3。

（2）恒速压汞测试与分析
表1-3、图1-5～图1-12给出了榆树林两个特低渗透岩样的数据测试结果。

图1-5 样品孔道半径分布情况图
图1-6 样品喉道半径分布情况图
图1-7 样品喉道半径累积分布图
图1-8 样品单一喉道对渗透率的贡献率图
02004006008001000
120050
200
350
500
650
800950
1100
1250
孔喉半径比
频率（个数）
图1-9 树322区块一样品孔喉半径比分布
2004006008001000120014001600
35
140
245
350
455
560
665
770
孔喉半径比
频率（个数）
图1-10 东16区块一样品孔喉半径比分布
110
100
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sw (%PV)
毛管压力 (p s i a )
图1-11 树322区块一样品毛管压力曲线
0.1
1
10
100
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sw (%PV)
毛管压力 (p s i a )
图1-12 东16区块一样品毛管压力曲线
表1-3 所测试特低渗透岩样数据
从图表中数据分析可知，东16和树322两区块的孔道半径分布比较接近，东16区块略大，而喉道分布相差很大。

树322区块岩心喉道半径分布集中在0.2～2.4m μ，平均1.42m μ，没有大级别喉道（大于3m μ）；而东16区块岩心喉道半径分布集中在1～11m μ，平均4.28m μ，大级别喉道（大于3m μ）占66.45%。

孔喉半径比是岩石孔喉特征分析中的一项重要参数，当孔隙半径与喉道半径的比值较小时，孔隙被较大喉道控制，此时有利于孔隙内的油气采出，反之，当
孔隙半径与喉道半径的比值较大时，表明大孔隙被小喉道控制，此时不利于孔隙内的油气采出。

东16区块岩样的孔喉半径比明显小于树322区块岩样的孔喉半径比。

因此，东16区块岩样与树322区块岩样相比有利于孔隙内的油气采出。

从毛管压力曲线可以看出：树322区块岩样的喉道进汞饱和度为17%，孔道进汞饱和度为37%，总的进汞饱和度为54%，进汞压力为50psia；东16区块岩样喉道的进汞饱和度为35%，孔道进汞饱和度为43%，总的进汞饱和度为80%，进汞压力为0.8psia。

因此，可以得到：东16区块的孔道发育程度和喉道发育程度均高于树322区块。

从油层物理角度来说，如果渗透率主要是由较大的喉道所贡献的，那么流体的渗流通道大，渗流阻力小，渗流能力强，储层开发潜力大。

反之，如果渗透率主要由小的喉道所贡献的，那么流体的渗流阻力就大，渗流能力弱，储层开发难
μ附近，而对树322区块度大。

对东16区块渗透率作主要贡献的喉道集中在5m
μ附近。

因此，东16区块的开发潜力和开发渗透率作主要贡献的喉道集中在2m
效果都明显好于树322区块。

2、可动流体百分数测试分析
（1）核磁共振测试可动流体百分数的原理
顾名思义，核磁共振是原子核和磁场之间的相互作用。

由于油、水中富含氢核1H，因此，石油勘探与开发研究中最常用的原子核是氢核1H。

岩样饱和油或水后，由于油或水中的氢核具有核磁矩，核磁矩在外加静磁场中会产生能级分裂，此时当有选定频率的外加射频场时，核磁矩就会发生吸收跃迁，产生核磁共振。

通过适当的探测、接收线圈就可以观察到核磁共振现象，探测到核磁共振信号(磁化矢量)，核磁共振信号强度与被测样品内所含氢核的数目成正比。

核磁共振中极其重要的一个物理量是弛豫，弛豫是磁化矢量在受到射频场的激发下发生核磁共振时偏离平衡态后又恢复到平衡态的过程。

核磁共振中有两种作用机制不同的弛豫，分别叫做T1弛豫和T2弛豫。

弛豫速度的快慢由岩石物性和流体特征决定，对于同一种流体，弛豫速度只取决于岩石物性。

标识弛豫速度快慢的常数称为弛豫时间，对于T 1弛豫叫T 1弛豫时间，对于T 2弛豫叫T 2弛豫时间。

虽然T 1弛豫时间和T 2弛豫时间均反映岩石物性和流体特征，但T 1弛豫时间测量费时，现代核磁共振通常测量T 2弛豫时间。

对纯净物质样品(如纯水)，每个氢核的周围环境及原子核相互作用均相同，因此可用一个弛豫时间T 2描述样品的物性。

而对于油气藏的岩石多孔介质样品而言，情况要复杂得多，储层岩石中矿物组成和孔隙结构非常复杂，流体存在于多孔介质中，被许多界面分割包围，孔道形状、大小不一，原子核与固体表面上顺磁杂质接触的机会不一致等，使得各个原子核弛豫得到加强的几率不等，所以岩石流体系统中原子核弛豫不能以单个弛豫时间来描述，而应当是一个分布。

不同岩石流体系统的物性决定了它们具有不同的T 2分布，因此反过来获得了它们的T 2分布就可以确定它们的物理性质。

根据核磁共振快扩散表面弛豫模型，单个孔道内的原子核弛豫可用一个弛豫时间来描述，此时，T 2可表示为：
3/D G V
S
T 1T 12222B 22τγ+ρ+= （1-1） 其中：右边第一项称作体弛豫项，T 2B 的大小取决于饱和流体性质，因此该项容易去掉；右边第三项称作扩散弛豫项，通过采用所建立的核磁共振去扩散测量实验技术，该项也可以被去掉。

去掉右边第一项和第三项后，公式(1-1)变为：
122T S
V =ρ
其中：ρ2为表面弛豫强度，取决于孔隙表面性质和矿物组成；S/V 为单个孔隙的比表面，与孔隙半径成反比。

对于由不同大小孔隙组成的岩石多孔介质，总的弛豫为单个孔隙弛豫的叠加(单个孔隙的弛豫用式（1-1）表示，即：
S(t)=∑A i exp(-t/T 2i ) （1-2）
其中，S(t)为总核磁信号强度，A i 为弛豫时间T 2i 组份所占的比例，即为与T 2i 对应的一定孔径的孔隙体积占总孔隙体积的百分率。

核磁共振T 2测量采集到的基本数据是回波串即T 2弛豫过程中总核磁信号强度S(t)随时间t 的衰减曲线，对回波串进行多指数拟合，即求解(2)式，求得每一T 2i 对应的A i ，将T 2i 作横坐标，A i 作纵坐标，可得到T 2弛豫时间的分布即T 2谱。

岩石流体中T 2 弛豫要复杂的多。

除受表面顺磁离子的加强（加强方式同T 1 弛豫），还由于岩粒与流体的磁导率不同导致系统内部磁场不均匀性及分子扩散造成T 2 弛豫的进一步加强，这时T 2 可表示为：
132
2222T S V
G D =+ργτ/ （1-3）
式中D 为扩散系数，G 为内磁场不均匀性，与外加磁场成正比，τ为回波间隔。

从式中可看出，当外场不很强（对应于G 不很大），且τ足够短时,后一项的贡献可忽略不计，此时：
122T S
V
=ρ （1-4）
因此弛豫时间分布反映了岩石介质内比表面的分布及其对展布在内表面上流体作用力的强弱。

图1-13为一块典型的低渗透储层岩样的T 2弛豫时间谱，形状为双峰结构。

其中左峰下的面积代表束缚流体含量，右峰下的面积代表可动流体含量。

T 2弛豫时间(ms)
幅 度
图1-13 典型低渗透储层岩样的T 2弛豫时间谱
（2）可动流体测试结果分析
利用低磁场核磁共振仪，对20块岩样进行了可动流体核磁共振检测。

测试结果见表1-4、图1-14～图1-18。

表1-4 两个区块不同岩样可动流体百分数测试结果
图1-14 树322-14井岩样（0.079mD）的T2弛豫时间谱
图1-15 树322-20井岩样（0.958mD）的T2弛豫时间谱
图1-16 升371－5井岩样（2.133mD）的T2弛豫时间谱
图1-17 升371－6井岩样（12.995mD）的T2弛豫时间谱
图1-18 两个区块可动流体百分数对比结果
从上面的图中可以看出：T2弛豫时间谱随着渗透率的增大而向右峰偏移，即向孔径半径大的方向偏移；对同一油田的某个区块，可动流体百分数与渗透率呈很好的半对数关系；东16区块岩心的可动流体百分数要比树322区块岩心的可动流体百分数高。

树322区块岩心的可动流体百分数为48.77；东16区块岩心的可动流体百分数为53.94。

因此，东16区块的整体开发效果好于树322区块。

3、启动压力梯度测试分析
（1）启动压力梯度测试方法
启动压力梯度的测试在理论上需要测试流体从静止到渗流发生的瞬间岩心两端的压力差值，但在目前技术条件下，渗流瞬间启动的控制和测量难以达到，因此，在我们的实验中启动压力梯度的测试方法是逐次降低实验流量，测定不同流量下岩心两端的压力差值，绘制流量—压力梯度实验曲线，拟合曲线在压力梯度坐标上的截距，以此拟合值为岩心的启动压力梯度值。

因此实验过程中能达到的最小流量越小，拟合出的启动压力梯度值越精确。

我们的实验采用进口QUIZIX 四缸柱塞泵，最小校正流量可达到0.0008ml/min，保证了实验的精度。

图1-19是典型的特低渗透岩心低速渗流曲线。

从图中可以看出：在低速流动阶段，流量和压力关系曲线属于非线性渗流曲线，曲线弯曲，不再符合达西渗流规律。

在速度较高的阶段属于线性渗流，但其延长线不通过原点，因此将其称为拟线性流。

速度较高时的拟线性渗流延长线交于横轴的交点，称为拟启动压力梯度。

图1-19 特低渗透岩心典型渗流曲线
（2）启动压力梯度测试
利用低渗透物理模拟实验，对8块岩样进行了启动压力梯度测试。

测试结果见表1-5、图1-20～图1-25。

表1-5 两个区块不同岩样渗透率测试结果
图1-20 树322-14岩心流量曲线
图1-21 树322-21岩心流量曲线
图1-22 树322-18岩心流量曲线
图1-23 树14-检40-12岩心流量曲线
图1-24 树14-检40-13岩心流量曲线
图1-25 启动压力梯度与渗透率关系曲线
从图中可以看出，流体的渗流规律偏离达西定律，呈现非线性渗流特征；渗透率越大，真实启动压力梯度和拟启动压力梯度越小，真实启动压力梯度和拟启动压力梯度与渗透率有很好的半对数关系；树322区块的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度分别为0.0146MPa/m和0.0604MPa/m，东16区块的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度分别为0.0052MPa/m和0.0370MPa/m，东16区块的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度要比树322区块的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度小。

因此，东16区块比树322区块更易开发。