储层条件下砂岩岩心驱替实验方法研究
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(1) 北京大学地球与空间科学学院 ,北京 ,100871 ; 2) 中国石油勘探开发研究院 ,北京 ,100083)
摘 要 岩石电性数据是油田含油饱和度和储量评估的关键参数 ,实验方法对岩石电性数据测定的准确性具有很 大影响 。在储层条件 (储层温度 、压力) 下 ,采用常规法和隔板法两种驱替方式 ,对玉门油田某区 8 块砂岩样品进行 岩心驱替实验 。实验结果表明 ,相对于常规法 ,隔板法能够使岩心达到更低的束缚水饱和度 ;常规驱替方法会产生 末端效应 ,岩心内饱和度分布不均匀 ,隔板法可以避免末端效应 ;在同一饱和度状态下 ,隔板法测得的岩心电阻率 、 电阻率系数和饱和度指数 n 低于常规驱替方法测得的数据 ,不同驱替方式造成的流体分布形式的差别是导致实验 结果不一致的原因 。虽然隔板法能够得到较好的岩石电性数据 ,但是实验周期比较长 。 关键词 岩心电阻率 ; 隔板法 ; 常规法 ; 饱和度 ; 饱和度指数 中图分类号 TE 622. 5
表 2 岩心电性数据 Table 2 Electrical data of samples
<Π%
ρwΠ(Ω·m)
ρoΠ(Ω·m)
F
m
1119
0142
2115
5114
1185
1417
0142
1511
3611
1187
1216
0142
2010
4718
1187
ຫໍສະໝຸດ Baidu1216
0142
2317
5617
1195
1311
据从岩心样品中排出水的体积和孔隙体积可以求得
岩心样品的含水饱和度 Sw 。利用 Archie 公式[1] F = ρoΠρw = 1Π<m ,可以求得地层因素 F 和胶结指数 m ,
根据
I
= ρtΠρo
=
1ΠS
n w
,可以计算得出电阻率系数
I
和饱和度指数 n 。(表 2)
岩心序号
1 2 3 4 5 6 7 8
收稿日期 : 2006203207 ; 修回日期 : 2006204228
大系数 I ,在双对数坐标系中 I 与岩心含水饱和度 Sw 呈线性关系 。岩石电性参数通常指饱和度指数 n 、胶结指数 m 以及岩性常数 a 、b ,它们主要通过实 验室岩心驱替实验获得 ,影响岩石导电能力的因素 有很多 ,如温度 、压力 、润湿性和驱替方式 ,国内外学 者对此进行了大量研究[2 —14] 。由于实验室测量数据 所要反映的是油藏条件下的储层物理性质 ,因此 ,实 验室测量应尽可能在接近储层条件下进行 。目前 , 主要有常规法 、隔板法 、离心法和持续注入法等几种 岩心驱替方式 。Walls 等人分析过“离心法”的驱替 效果[15] ,由于其饱和度分布不均匀[16] ,所以国内并 没有广泛采用 。另外 ,Waal 等[17] 提出过“持续注入
岩心 序号
1 2 3 4 5 6 7 8
表 1 实验岩心样品物性参数
Table 1 Sample petrophysical parameters
d取样Πm 1 62814
<Π% 1314
κΠ (10 - 3·μm2)
310
孔隙体
积Πcm3 313
岩性 中砂岩
1 56313 1518
1810
319
本实验所使用的样品为某油田砂岩岩心 ,岩性 特征为泥质含量较低 、胶结较好 ,孔隙度分布范围为 1115 %～1518 % ,渗透率分布范围为 110～1810 mD , 其物性参数见表 1 。岩样经过钻取 、切割等过程 ,被 加工 成 直 径 2514 mm、长 度 5018 mm 的 标 准 岩 心 柱塞 。
1. 3 实验步骤
(1) 岩样预处理 (洗油 、洗盐 、烘干) 。
730
第 42 卷
图 1 实验装置示意图 Fig. 1 Schematic map of the apparatus
(2) 测量物性参数 。用精度为01001 g的天平测 量样品干重 ,用美国岩心公司的氦孔隙计测量样品 孔隙度 ,使用高低渗透率仪测量样品渗透率 。
北京大学学报 (自然科学版) ,第 42 卷 ,第 6 期 ,2006 年 11 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis , Vol. 42 , No. 6 (Nov. 2006)
储层条件下砂岩岩心驱替实验方法研究
杨默函1) 史 1) 张祖波2)
729
北 京 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
法”,这种方法比较省时间 ,但 Gray 等[18] 却认为这种 方法只适用于水湿岩石 ,而不适用于油湿岩石 。隔 板法是指驱替时在岩心末端放置一个油水半渗透隔 板 ,使岩心末端只出水不出油 ,Mahmood[6] 还曾尝试 在岩心两端各放置一个亲油和亲水隔板 ,但未获成 功 。研究表明 ,不同的驱替方式得到的岩心电阻率 和饱和度指数 n 的数值有较大差别[10 ,19] ,但是并没 有一致的结论 。Lyle[19] 发现岩心内流体的不均匀分 布会导致由 Archie 公式计算的 n 值升高 ,而欧阳健 等[20] 通过实验发现 ,常规驱替实验得到的 n 值低于 隔板法驱替得到的 n 值 。
本实验采用两种测量步骤 ,即岩心末端加半渗 透隔板和不加半渗透隔板 ,采用“注 —测 —注”方案 。 首先 ,通过高温烘箱和围压泵 ,将装入岩心夹持器中 的岩心样品升温至70 ℃、升压至30 MPa , 稳定 24 h 后 ,先进行常规驱替 ,再进行隔板法驱替 。常规驱替 时 ,通过平流泵以一定速度注入驱替相白油 ,每注入 一定量的驱替溶液后停下来 ,待 RCL 电阻率仪上岩 心电阻读数稳定后 ,也就是达到平衡状态后 ,再测量 电阻率 ,然后再进行驱替 ,直至岩心只出油不出水 , 达到束缚水饱和度为止 。采用隔板法时 ,分别以 4 、 8 、15 、30 、40 和60 Psi (1 Psi = 6189 ×10 - 3 MPa) 的压力 注入中性白油 ,每个压力平衡时间大约为 48～72 h 。
2 数据整理
通过实验得到岩心样品的物性参数 (孔隙度 <、 渗透率 κ、孔隙体积等) 和电性参数 (地层水电阻率
第 6 期
杨默函等 : 储层条件下砂岩岩心驱替实验方法研究
ρw 、岩心完全饱和地层水时的电阻率 ρo 、部分饱和 地层水时的电阻率 ρt ) 。由于在高温度压力条件 下 ,岩心孔隙度相对常温压条件下有所改变 ,利用岩 心在两种条件下所饱和地层水量的差值 ,可以计算 得出岩心样品在高温度压力条件下的孔隙度 <。根
对于同一块样品 ,采用常规法和隔板法驱替得到 的岩样束缚水饱和度 、电阻率 、电阻率系数 、饱和度指 数有所不同 。通过对比两种方法的不同实验结果 ,对 岩石电性实验方法进行讨论 。
3. 1 束缚水饱和度对比
通过常规法和隔板法 2 种驱替实验 ,发现对于同 一块样品 ,隔板法驱替得到的岩心束缚水饱和度均低 于常规方法得到的束缚水饱和度 (表 3) ,也就是说隔 板法驱替的岩心更接近于实际的束缚水状态 。根据 毛管理论 ,岩心可以被看成是由各种直径的毛细管组 成 ,所以驱替过程也可以被看成是油气克服毛管压力 进入岩心孔隙 、从而取代水的过程 。当岩心末端存在 隔板时 ,由于驱替的白油无法通过末端流出来释放压 力 ,所以只能进入喉道更小的孔隙中 ,从而排出岩心 中更多的水 。由于经过隔板法驱替的岩心更接近束 缚水状态 ,因此 ,也可以把它看成是一个更完整的驱 替过程 。
(3) 对岩样进行盐水饱和 。根据该油田 72 个 地层水分析资料 ,确定盐水总矿化度值和离子组成 , 配制模拟地层水和注入液 。将样品抽真空8 h ,饱和 8 ×10 - 3 模拟地层水 。测量样品湿重 、浮重 、电阻 ,并 计算岩心的孔隙体积 、总体积 、孔隙度及 m 、a 值 。
(4) 确定储层条件 。根据岩心样品所处地层深 度 ,结合该油田的地温梯度和压力梯度资料 ,确定驱 替实验中使用的模拟地层温度为70 ℃,模拟地层压 力为30 MPa ,此温度压力相当于岩心所处地层温度 压力 。
Abstract Electrical measurements on core samples enable the evaluation of the water saturation of hydrocarbon reservoirs. The
accuracy of such measurements depends on the chosen laboratory technique. Comparison of electrical data of 8 sandstone cores by the‘normal injection’and the‘porous plate’techniques shows that the‘porous plate’can yield valid results , and the electrical resistivity and saturation exponent are lower than those from the‘normal injection’. The reason of the difference between the two techniques is the saturation distributions. Measurement for each sample performed by the‘porous plate’technique takes much more time than by the‘normal injection’technique. Key words electrical resistivity ; porous plate ; normal injection ; saturation ; saturation exponent
鉴于上述实验结果不尽一致 ,本文通过玉门油 田某区砂岩样品 ,针对国内目前较常用的常规法与 隔板法对岩心电阻率 、电阻率系数及饱和度指数的 影响进行对比研究 ,着重讨论岩石电性实验的测量 方法 ,这对岩石电性实验方法的理论研究和油田的 实际应用具有较大意义 。
1 岩心驱替实验
1. 1 岩心采集及选取
0142
1913
4611
1188
1315
0142
1919
4715
1193
1119
0142
2615
6315
1195
1017
0142
2515
6110
1184
n
常规
213 215 214 215 211 212 211 119
隔板
117 117 116 115 115 114 115 114
3 实验结果对比
中砂岩
1 65414 1314
317
313
中砂岩
1 60119 1314
316
313
中砂岩
1 59811 1316
313
1 68715 1219
212
1 70414 1216
210
314
中砂岩
312
中砂岩
311
中砂岩
1 74317 1115
110
218
中砂岩
1. 2 实验仪器
本实验采用美国岩心实验公司的 RCS2760 岩心 电阻率测量系统 ,其测量压力范围为 0～70 MPa 、温 度范围为 0～150 ℃;使用 Fluke PM6306 RCL 电阻率 仪进行岩石电阻率测量 ,测量精度为 ±011 %。实验 装置如图 1 。
Technique of Laboratory Measurements of Electrical Resistivity in Sand Stone at Reservoir Conditions
YANG Mohan1) S HI Ge1) ZHANG Zubo2)
(1) School of Earth and Space Sciences , Peking University , Beijng , 100871 ; 2) Exploration & Production Research Institute. CN PC , Beijing , 100083)
0 引 言
油藏原始含油饱和度是石油 、天然气勘探开发 中储层评价和储量计算的重要参数 ,岩石电性数据 是评价油气藏油气储量的基本资料 。含油饱和度数 值主要是利用实验室得到的岩石电性参数和饱和度 模型计算得到的 ,因此 ,能否得到准确的岩石电性参 数是油田储量评估的关键 。1942 年阿尔奇 (Archie) 经过大量的岩心实验研究 ,得到了反映岩心电阻率 与其 孔 隙 度 、流 体 饱 和 度 之 间 关 系 的 方 程 式 , 即 Archie 公式[1] ,他定义岩心含油 、水两相流体时的电 阻率与岩心完全饱和水时电阻率的比值为电阻率增
摘 要 岩石电性数据是油田含油饱和度和储量评估的关键参数 ,实验方法对岩石电性数据测定的准确性具有很 大影响 。在储层条件 (储层温度 、压力) 下 ,采用常规法和隔板法两种驱替方式 ,对玉门油田某区 8 块砂岩样品进行 岩心驱替实验 。实验结果表明 ,相对于常规法 ,隔板法能够使岩心达到更低的束缚水饱和度 ;常规驱替方法会产生 末端效应 ,岩心内饱和度分布不均匀 ,隔板法可以避免末端效应 ;在同一饱和度状态下 ,隔板法测得的岩心电阻率 、 电阻率系数和饱和度指数 n 低于常规驱替方法测得的数据 ,不同驱替方式造成的流体分布形式的差别是导致实验 结果不一致的原因 。虽然隔板法能够得到较好的岩石电性数据 ,但是实验周期比较长 。 关键词 岩心电阻率 ; 隔板法 ; 常规法 ; 饱和度 ; 饱和度指数 中图分类号 TE 622. 5
表 2 岩心电性数据 Table 2 Electrical data of samples
<Π%
ρwΠ(Ω·m)
ρoΠ(Ω·m)
F
m
1119
0142
2115
5114
1185
1417
0142
1511
3611
1187
1216
0142
2010
4718
1187
ຫໍສະໝຸດ Baidu1216
0142
2317
5617
1195
1311
据从岩心样品中排出水的体积和孔隙体积可以求得
岩心样品的含水饱和度 Sw 。利用 Archie 公式[1] F = ρoΠρw = 1Π<m ,可以求得地层因素 F 和胶结指数 m ,
根据
I
= ρtΠρo
=
1ΠS
n w
,可以计算得出电阻率系数
I
和饱和度指数 n 。(表 2)
岩心序号
1 2 3 4 5 6 7 8
收稿日期 : 2006203207 ; 修回日期 : 2006204228
大系数 I ,在双对数坐标系中 I 与岩心含水饱和度 Sw 呈线性关系 。岩石电性参数通常指饱和度指数 n 、胶结指数 m 以及岩性常数 a 、b ,它们主要通过实 验室岩心驱替实验获得 ,影响岩石导电能力的因素 有很多 ,如温度 、压力 、润湿性和驱替方式 ,国内外学 者对此进行了大量研究[2 —14] 。由于实验室测量数据 所要反映的是油藏条件下的储层物理性质 ,因此 ,实 验室测量应尽可能在接近储层条件下进行 。目前 , 主要有常规法 、隔板法 、离心法和持续注入法等几种 岩心驱替方式 。Walls 等人分析过“离心法”的驱替 效果[15] ,由于其饱和度分布不均匀[16] ,所以国内并 没有广泛采用 。另外 ,Waal 等[17] 提出过“持续注入
岩心 序号
1 2 3 4 5 6 7 8
表 1 实验岩心样品物性参数
Table 1 Sample petrophysical parameters
d取样Πm 1 62814
<Π% 1314
κΠ (10 - 3·μm2)
310
孔隙体
积Πcm3 313
岩性 中砂岩
1 56313 1518
1810
319
本实验所使用的样品为某油田砂岩岩心 ,岩性 特征为泥质含量较低 、胶结较好 ,孔隙度分布范围为 1115 %～1518 % ,渗透率分布范围为 110～1810 mD , 其物性参数见表 1 。岩样经过钻取 、切割等过程 ,被 加工 成 直 径 2514 mm、长 度 5018 mm 的 标 准 岩 心 柱塞 。
1. 3 实验步骤
(1) 岩样预处理 (洗油 、洗盐 、烘干) 。
730
第 42 卷
图 1 实验装置示意图 Fig. 1 Schematic map of the apparatus
(2) 测量物性参数 。用精度为01001 g的天平测 量样品干重 ,用美国岩心公司的氦孔隙计测量样品 孔隙度 ,使用高低渗透率仪测量样品渗透率 。
北京大学学报 (自然科学版) ,第 42 卷 ,第 6 期 ,2006 年 11 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis , Vol. 42 , No. 6 (Nov. 2006)
储层条件下砂岩岩心驱替实验方法研究
杨默函1) 史 1) 张祖波2)
729
北 京 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
法”,这种方法比较省时间 ,但 Gray 等[18] 却认为这种 方法只适用于水湿岩石 ,而不适用于油湿岩石 。隔 板法是指驱替时在岩心末端放置一个油水半渗透隔 板 ,使岩心末端只出水不出油 ,Mahmood[6] 还曾尝试 在岩心两端各放置一个亲油和亲水隔板 ,但未获成 功 。研究表明 ,不同的驱替方式得到的岩心电阻率 和饱和度指数 n 的数值有较大差别[10 ,19] ,但是并没 有一致的结论 。Lyle[19] 发现岩心内流体的不均匀分 布会导致由 Archie 公式计算的 n 值升高 ,而欧阳健 等[20] 通过实验发现 ,常规驱替实验得到的 n 值低于 隔板法驱替得到的 n 值 。
本实验采用两种测量步骤 ,即岩心末端加半渗 透隔板和不加半渗透隔板 ,采用“注 —测 —注”方案 。 首先 ,通过高温烘箱和围压泵 ,将装入岩心夹持器中 的岩心样品升温至70 ℃、升压至30 MPa , 稳定 24 h 后 ,先进行常规驱替 ,再进行隔板法驱替 。常规驱替 时 ,通过平流泵以一定速度注入驱替相白油 ,每注入 一定量的驱替溶液后停下来 ,待 RCL 电阻率仪上岩 心电阻读数稳定后 ,也就是达到平衡状态后 ,再测量 电阻率 ,然后再进行驱替 ,直至岩心只出油不出水 , 达到束缚水饱和度为止 。采用隔板法时 ,分别以 4 、 8 、15 、30 、40 和60 Psi (1 Psi = 6189 ×10 - 3 MPa) 的压力 注入中性白油 ,每个压力平衡时间大约为 48～72 h 。
2 数据整理
通过实验得到岩心样品的物性参数 (孔隙度 <、 渗透率 κ、孔隙体积等) 和电性参数 (地层水电阻率
第 6 期
杨默函等 : 储层条件下砂岩岩心驱替实验方法研究
ρw 、岩心完全饱和地层水时的电阻率 ρo 、部分饱和 地层水时的电阻率 ρt ) 。由于在高温度压力条件 下 ,岩心孔隙度相对常温压条件下有所改变 ,利用岩 心在两种条件下所饱和地层水量的差值 ,可以计算 得出岩心样品在高温度压力条件下的孔隙度 <。根
对于同一块样品 ,采用常规法和隔板法驱替得到 的岩样束缚水饱和度 、电阻率 、电阻率系数 、饱和度指 数有所不同 。通过对比两种方法的不同实验结果 ,对 岩石电性实验方法进行讨论 。
3. 1 束缚水饱和度对比
通过常规法和隔板法 2 种驱替实验 ,发现对于同 一块样品 ,隔板法驱替得到的岩心束缚水饱和度均低 于常规方法得到的束缚水饱和度 (表 3) ,也就是说隔 板法驱替的岩心更接近于实际的束缚水状态 。根据 毛管理论 ,岩心可以被看成是由各种直径的毛细管组 成 ,所以驱替过程也可以被看成是油气克服毛管压力 进入岩心孔隙 、从而取代水的过程 。当岩心末端存在 隔板时 ,由于驱替的白油无法通过末端流出来释放压 力 ,所以只能进入喉道更小的孔隙中 ,从而排出岩心 中更多的水 。由于经过隔板法驱替的岩心更接近束 缚水状态 ,因此 ,也可以把它看成是一个更完整的驱 替过程 。
(3) 对岩样进行盐水饱和 。根据该油田 72 个 地层水分析资料 ,确定盐水总矿化度值和离子组成 , 配制模拟地层水和注入液 。将样品抽真空8 h ,饱和 8 ×10 - 3 模拟地层水 。测量样品湿重 、浮重 、电阻 ,并 计算岩心的孔隙体积 、总体积 、孔隙度及 m 、a 值 。
(4) 确定储层条件 。根据岩心样品所处地层深 度 ,结合该油田的地温梯度和压力梯度资料 ,确定驱 替实验中使用的模拟地层温度为70 ℃,模拟地层压 力为30 MPa ,此温度压力相当于岩心所处地层温度 压力 。
Abstract Electrical measurements on core samples enable the evaluation of the water saturation of hydrocarbon reservoirs. The
accuracy of such measurements depends on the chosen laboratory technique. Comparison of electrical data of 8 sandstone cores by the‘normal injection’and the‘porous plate’techniques shows that the‘porous plate’can yield valid results , and the electrical resistivity and saturation exponent are lower than those from the‘normal injection’. The reason of the difference between the two techniques is the saturation distributions. Measurement for each sample performed by the‘porous plate’technique takes much more time than by the‘normal injection’technique. Key words electrical resistivity ; porous plate ; normal injection ; saturation ; saturation exponent
鉴于上述实验结果不尽一致 ,本文通过玉门油 田某区砂岩样品 ,针对国内目前较常用的常规法与 隔板法对岩心电阻率 、电阻率系数及饱和度指数的 影响进行对比研究 ,着重讨论岩石电性实验的测量 方法 ,这对岩石电性实验方法的理论研究和油田的 实际应用具有较大意义 。
1 岩心驱替实验
1. 1 岩心采集及选取
0142
1913
4611
1188
1315
0142
1919
4715
1193
1119
0142
2615
6315
1195
1017
0142
2515
6110
1184
n
常规
213 215 214 215 211 212 211 119
隔板
117 117 116 115 115 114 115 114
3 实验结果对比
中砂岩
1 65414 1314
317
313
中砂岩
1 60119 1314
316
313
中砂岩
1 59811 1316
313
1 68715 1219
212
1 70414 1216
210
314
中砂岩
312
中砂岩
311
中砂岩
1 74317 1115
110
218
中砂岩
1. 2 实验仪器
本实验采用美国岩心实验公司的 RCS2760 岩心 电阻率测量系统 ,其测量压力范围为 0～70 MPa 、温 度范围为 0～150 ℃;使用 Fluke PM6306 RCL 电阻率 仪进行岩石电阻率测量 ,测量精度为 ±011 %。实验 装置如图 1 。
Technique of Laboratory Measurements of Electrical Resistivity in Sand Stone at Reservoir Conditions
YANG Mohan1) S HI Ge1) ZHANG Zubo2)
(1) School of Earth and Space Sciences , Peking University , Beijng , 100871 ; 2) Exploration & Production Research Institute. CN PC , Beijing , 100083)
0 引 言
油藏原始含油饱和度是石油 、天然气勘探开发 中储层评价和储量计算的重要参数 ,岩石电性数据 是评价油气藏油气储量的基本资料 。含油饱和度数 值主要是利用实验室得到的岩石电性参数和饱和度 模型计算得到的 ,因此 ,能否得到准确的岩石电性参 数是油田储量评估的关键 。1942 年阿尔奇 (Archie) 经过大量的岩心实验研究 ,得到了反映岩心电阻率 与其 孔 隙 度 、流 体 饱 和 度 之 间 关 系 的 方 程 式 , 即 Archie 公式[1] ,他定义岩心含油 、水两相流体时的电 阻率与岩心完全饱和水时电阻率的比值为电阻率增