低滲透率氣藏巖石電性參數(shù)特征及影響因素

王憲剛,任曉娟,張寧生,繆飛飛

(1.西安石油大學(xué),陜西西安710065;2.中海油天津分公司,天津300450)

0 引 言

自1942年Archie[1]研究出了地層因素與孔隙度之間、電阻增大系數(shù)與含水飽和度之間的簡單經(jīng)驗關(guān)系后,國內(nèi)外對Archie公式的研究就一直沒有間斷過。實踐表明阿爾奇公式中的參數(shù) a、m和n都是變化的,對于純砂巖儲層,a的變化范圍為0.6～1.5;m的變化范圍為1.5～3;b接近于1,n接近于2[2]。達(dá)哈諾夫也指出不同的巖性要用不同的 a和m值,H C沃爾瑟則系統(tǒng)統(tǒng)計參數(shù) n的變化,認(rèn)為參數(shù) n的變化范圍不大,但也是1個變量[3]。王黎等[4-5]認(rèn)為傳統(tǒng)的阿爾奇公式各項參數(shù)對于不同儲層條件有所改變,并總結(jié)出不同壓力和礦化度條件對低孔隙度滲透率儲層參數(shù)的影響關(guān)系。趙杰等[6]通過模擬地層條件進(jìn)行巖電實驗研究,得到不同地區(qū)、不同層位巖電參數(shù)變化范圍較大;對同一油層而言,利用理論值和實驗值進(jìn)行飽和度計算,實驗參數(shù)更為合理些。張明祿等[7]認(rèn)為孔隙度12%是對應(yīng)儲層巖電特征的重要分界點。劉之的等[8]指出了實驗設(shè)備、實驗條件以及實驗人員等諸多因素對測量結(jié)果的影響。不過這些研究大多針對油藏,對氣藏的研究較少。因此,本文對低滲透率氣藏的電性特征和測定過程中的影響因素進(jìn)行了探討,得出了適用于低滲透率氣層的巖電參數(shù)范圍。

1 低滲透率巖石電性參數(shù)特征

1.1 實驗方法

實驗巖心來源于某氣藏盒8和山1儲層。其中,盒8儲層的巖心共 41塊,滲透率的范圍為(0.030～0.789)×10-3μm2,孔隙度的范圍為4.0%～12.0%;山1儲層的巖心共38塊,滲透率的范圍為(0.006 4～2.241)×10-3μm2,孔隙度的范圍為2.33%～11.89%。

實驗用水為模擬地層水,密度為1.022 g/cm3;黏度為0.872 2 mPa·s;地層水電阻率為0.275 Ω·m;礦化度為42 000 mg/L。

實驗參考石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T5385-91[9]。

1.2 實驗結(jié)果

盒8儲層屬于低滲透率氣藏,其總體巖石電性參數(shù)為 a=5.063 6;m=1.219 9;b=1.244 3;n= 2.268 7。單塊巖心的 m值分布在1.09～1.34之間,b值分布在0.75～1.25之間,n值分布在1.45～2.27之間。

山1儲層亦屬于低滲透率氣藏,其總體巖石電性參數(shù)為a=5.375 9;m=1.206 8;b=1.276 9;n= 2.151 6。單塊巖心的 m值分布在1.07～1.32之間,b值分布在0.73～1.34之間,n值分布在1.41～3.00之間。

與純砂巖儲層相比,低滲透率氣藏膠結(jié)指數(shù) m值變小,系數(shù)a變大,n、b與理論值大體一致。

2 測定過程中的影響因素

2.1 巖石本身性質(zhì)對巖電參數(shù)的影響

2.1.1 滲透率對巖電參數(shù)的影響

實驗結(jié)果表明,地層因素分布在 60.45～253.55之間,滲透率分布在(0.030～0.789)×10-3μm2之間,地層因素與滲透率的關(guān)系曲線為 y= -160.63x+175.04。這說明地層因素整體上是隨著滲透率的增加而降低的(見圖1),而地層因素又是巖心電阻率與地層水電阻率的比值。對于同一層位的巖心,可以認(rèn)為地層水電阻率為定值。對低滲透率儲層的巖心滲透率和電阻率為巖心滲透率越高,巖心的電阻率越低;巖心滲透率越低,巖心電阻率越高。飽和度指數(shù) n分布在2.0左右(見圖2),系數(shù)b分布在1.0左右(見圖3),這說明n、b值對滲透率依賴性很小。

圖1 某氣藏盒8儲層地層因素與滲透率關(guān)系曲線

圖2 某氣藏盒8儲層飽和度指數(shù)n與滲透率關(guān)系曲線

圖3 某氣藏盒8儲層系數(shù)b與滲透率關(guān)系曲線

2.1.2 含水飽和度對巖電參數(shù)的影響

實驗結(jié)果表明,含水飽和度越高,巖石電阻率指數(shù)越小;含水飽和度越低,巖石電阻率指數(shù)越大。當(dāng)含水飽和度大于60%時,隨著含水飽和度的降低,電阻率指數(shù)增加比較慢;含水飽和度在20%～60%之間時,隨著含水飽和度的降低,巖石電阻率指數(shù)增加比較快。表1為某氣藏盒8儲層某一巖心電性實驗數(shù)據(jù),其滲透率為0.312×10-3μm2,孔隙度為9.31%。當(dāng)含水飽和度從98.00%下降到61.23%的過程中,電阻率從58.653Ω·m上升到183.081 Ω·m,電阻率指數(shù)從1.03增加到3.22,大約增加了2.19。而當(dāng)含水飽和度從 61.23%下降到17.37%,電阻率從 183.081Ω ·m 上升到2 453.123Ω·m,電阻率指數(shù)從 3.22增加到43.08,大約增加了39.86。

表1 某氣藏盒8儲層巖電實驗數(shù)據(jù)

2.1.3 氣水分布對巖電參數(shù)測定的影響

由于驅(qū)替的過程是動態(tài)的過程,在孔隙中的流體分布時刻發(fā)生著變化,從實驗過程中可以觀察得出某一時刻電阻率出現(xiàn)異常(見圖4)。這些因素都會影響巖心電阻率的測量。

圖4 驅(qū)替過程中同一巖心不同時刻電阻率值

2.1.4 地層水礦化度的影響

花色苷溶液的L*、a*和b*值用手持色差儀測定。其中L*值表示亮度，值越大則亮度越大；a*值表示紅色（+a*）和綠色（-a*）的程度；b*值表示黃色（+b*）和藍(lán)色（-b*）的程度。

測定了不同礦化度下的飽和巖心電阻率(見圖5),結(jié)果表明,飽和巖心電阻率隨著地層礦化度呈指數(shù)遞減關(guān)系,并且實驗所用地層水礦化度分布在10 000～42 000 mg/L之間,而張寧生等[10]在直流電場作用下巖心電阻率試驗研究中所用地層水礦化度都在10 000 mg/L以下。

2.2 測定過程中的影響因素

2.2.1 巖心端面不平整

如果巖心端面不平整,會對孔隙度的測量精度造成影響,并且會造成電極系數(shù)有誤差和電力線分布不均勻,導(dǎo)致電阻率的測量誤差。本文使用以下方法對其進(jìn)行處理:①把樣品兩端面磨平,保證游標(biāo)卡尺或電極與兩端面的良好接觸;②在測量巖樣直徑和長度時,采用3次測量的平均值;③在電極和端面間加金屬薄膜,保證電極與兩端面的良好接觸。

圖5 某氣藏盒8儲層巖心礦化度與電阻率關(guān)系

2.2.2 電阻率儀的穩(wěn)定

電阻率儀的穩(wěn)定時間一般為30 min,時間太短會使電阻率儀沒有充分預(yù)熱,從而導(dǎo)致測量值不準(zhǔn);在測量過程中不能將測量表筆一直連接在巖心兩端的電極上,因為這樣會使巖心內(nèi)的地層水發(fā)生電解,引起誤差。

2.2.3 巖心飽和不完全

式中,V修為修正后的孔隙體積,cm3;m束為束縛水條件下的巖心質(zhì)量,g;m干為巖心干重,g;V計為修正后的孔隙體積,cm3;Vw為驅(qū)出水的體積,cm3; V固為巖心夾持器的固定體積,cm3。

通過實驗得到校正后孔隙度,并根據(jù)其作出新的地層因素和孔隙度的關(guān)系曲線(見圖6)。結(jié)果表明,校正前后系數(shù)a發(fā)生了明顯變化,從4.913增加到5.613 4,大約增加了14.62%,膠結(jié)指數(shù) m從1.241 5減小到1.217 6,大約減小了2.41%。

圖6 校正前后地層因素和孔隙度的關(guān)系曲線

3 結(jié) 論

(1)與純砂巖儲層相比,低滲透率氣藏膠結(jié)指數(shù)m值變小,系數(shù)a變大,但是n、b與理論值一致。

(2)滲透率是影響飽和巖石電阻率的因素,其表現(xiàn)為飽和巖石電阻率隨滲透率增加而降低;在含水飽和度降低到60%以前,電阻率指數(shù)增加較慢;當(dāng)含水飽和度降低到60%后,電阻率指數(shù)增加的速度上升;飽和巖心電阻率隨地層水礦化度的增加呈指數(shù)遞減關(guān)系。

(3)巖樣制備過程不規(guī)范和電阻率儀使用不合理,以及巖心飽和不完全都會對實驗結(jié)果造成一定程度的影響。

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