低渗储层有效喉道半径下垂的影响因素研究

低渗储层有效喉道半径下垂的影响因素研究

采用传统压力法获得的毛管压力曲线数据，确定储层有效喉咙半径的下限，是储层孔结构研究的重要内容。前人的研究多集中于利用毛管压力曲线计算渗透率贡献值和确定有效喉道半径下限的方法等,而对储层有效喉道半径下限的影响因素研究较少,对其在低渗储层中所具有的特殊性则研究更少。为深入研究此问题,采用常规压汞和恒速压汞实验对高邮凹陷沙埝南地区4个断块(沙14块、沙53块、花17块和花10块)低渗储层的样品进行了分析测试,旨在探讨低渗储层有效喉道半径下限的影响因素。研究区位于苏北盆地东台坳陷高邮凹陷北斜坡中部,目的层为古近系阜宁组阜三段。研究区阜三段孔隙度为4.5%~24.9%,平均为17.68%,渗透率为0.03×10-3~120.00×10-3μm2,平均为5.37×10-3μm2,为典型的中、低孔低渗储层。1喉道半径对储层渗透率的影响获取储集层有效喉道半径下限的主要方法为:首先获得渗透率贡献值与进汞饱和度的关系,求出累积渗透率贡献值达到某一值(99%)时所对应的饱和度,然后根据毛管压力曲线上喉道半径与进汞饱和度的关系,由已求得的饱和度值求取对应喉道半径下限值。具体算法如下:ΔKFi=(1/p¯i2+1/p¯i+12)ΔS(Hg)ΔΚFi=(1/p¯i2+1/p¯i+12)ΔS(Ηg)ΔKi=ΔKFi/∑i=1nΔKiΔΚi=ΔΚFi/∑i=1nΔΚi式中:p¯p¯为平均毛管压力(MPa);ΔS(Hg)为区间进汞量(%);ΔKFi为不同喉道半径区间的渗流能力(MPa-2);ΔKi为不同喉道半径区间的渗流能力占总渗透能力的百分数(%)。然后,计算不同喉道半径区间储层的累计渗透能力∑i=1nΔKi∑i=1nΔΚi,截取累计渗透能力为99%时所对应的喉道半径即为储层有效喉道半径下限值(Rmin)。选取3个不同级别渗透率的样品进行计算,结果见图1和表1。从单个样品看,不论其渗透率大小,进汞量与渗透率贡献值都不匹配。进汞量均分布在较宽的喉道范围内,但对渗透率起主要贡献的喉道却较为集中。而且,进汞量递增的幅度及峰值总是滞后于渗透率的递增幅度和峰值,渗透率贡献总是偏向粗喉道一端,也就是说,较为粗大的喉道对渗透率贡献较大,而较为细小的喉道对多孔介质的渗透率贡献较小,甚至没有贡献。对比3个样品的累积渗透率贡献曲线可以看出,随着样品渗透率增大,曲线左移,即允许流体流动的储层有效喉道半径下限值明显变大。为了验证这一现象在低渗储层中是否具有普遍性,对研究区24块样品的有效喉道半径下限进行了统计(图2-A)。在双对数坐标图中,有效喉道半径下限与渗透率呈现出良好的线性关系(R2=0.8588),即有效喉道半径下限并非一个定值,而是随着渗透率增大不断提高。在低渗储层中,为什么随着渗透率增大,有效喉道半径下限随之变大?是什么因素控制着它的变化?为了进一步探讨有效喉道半径下限的控制因素,对其与其他孔隙结构特征参数的关系进行了分析(图2-B~F)。2有效喉半径限的影响因素2.1喉道半径的影响在双对数坐标中,有效喉道半径下限与最大连通喉道半径(Rmax)、平均喉道半径(Rave)均呈现出良好的线性关系(图2-B,C),即在孔隙系统中,随着允许流体连续流动的最大喉道半径的增大,能够参与流动的最小喉道却减小;同时,随着全部喉道分布平均位置偏向粗喉道一端,有效喉道半径下限也偏向粗喉道一端。这是因为与最大连通喉道半径相应的初始进汞量左移或与平均喉道半径相应的平均进汞位置左移,都会引起渗透率贡献曲线左移,进而引起有效喉道半径相应的累计渗透率贡献99%处的位置左移。图2-B,C中的数据在喉道半径较大的一端有一定程度的发散。这是因为,决定渗透率贡献分布和有效喉道半径下限的是各个半径级别喉道的渗流截面,喉道的渗流截面又取决于喉道半径和数量,它与喉道半径的平方呈正比关系,而与喉道数量的一次方呈正比关系。最大连通喉道半径代表的是汞开始进入孔隙系统时所对应的喉道半径,并不包含喉道数量的概念。当喉道半径较小时,喉道半径的平方与喉道数量的乘积也较小,因此相对来说喉道数量对其渗透率贡献的影响较小,数据点较为集中;当喉道半径较大时,喉道半径的平方较大,同时也放大了喉道数量对渗透率贡献的影响,因此数据点变得分散。这同时也解释了有效喉道半径下限与平均喉道半径的相关性(R2=0.9659)高于其与最大连通喉道半径的相关性(R2=0.8796)。平均喉道半径是喉道半径对相应进汞饱和度增量的加权平均值,其中也包含了喉道数量的概念。2.2有效喉半径限和喉咙选择之间的关系2.2.1孔喉间的非均质性分选系数(Sp)与有效喉道半径下限呈正相关关系(图2-D),即样品喉道分选越差,有效喉道半径下限越高。由于所有岩样均含有一定数量的细小喉道,所以是否含有粗大喉道及所含有的粗大喉道的大小和多少就成为决定样品分选系数的决定因素。对于低渗储层来说,岩样所含有粗大喉道的半径越大、数量越多,分选就越差,同时其渗透率贡献曲线就越偏向粗大喉道一端,有效喉道半径下限值也相应提高;而当样品分选越好(只含有细小喉道),其渗透率贡献曲线就越偏向细小喉道一端,有效喉道半径下限就越小。这也引出了低渗透油田开发中普遍存在的一个特殊现象,即储层渗透率越大,驱油效率反而越低,对此有诸多文献进行了报道[17,18,19,20,21,22]。由上述分析可知,造成这一现象的原因是,低渗储层的渗透率越大,就意味着其喉道分选越差,可参与流动的有效喉道半径也越大。测试得出的渗透率只是对数量较少的粗大喉道的表征,而数量较多的小于有效喉道半径的细小喉道及其所控制的孔隙体积虽然具有一定的储集能力,但却没有渗流能力。从一定意义上来说,孔喉间的非均质性对低渗储层驱油效率的影响甚至比物性更为重要。这就要求,在评价低渗储层的驱油效率时,不能只考虑储层的物性,而忽视对孔间非均质的考虑,必须将二者相结合。2.2.2各因素的比较变异系数是标准差(分选系数)与喉道半径平均值(Ф值)之比,用以描述喉道半径平均值和分选程度的比较。若喉道半径的平均值越大(细孔越多)、分选越好(都是细孔),则变异系数c越小。而喉道半径平均值Ф越小(粗孔越多),因岩样中总是存在着一定数量的细小喉道,其分选只能是较好或中等的。由图2-E可见,变异系数越大(粗孔越多、分选越差),有效喉道半径下限越大。2.2.3有机溶剂浓度对有效喉道半径的影响均质系数(a)是每个喉道半径相对最大连通喉道半径的偏离程度对对应的进汞饱和度增量的加权平均值,它代表了岩样中所有喉道对最大连通喉道半径总的偏离程度。当有效喉道半径下限较小(Rmin<1.5μm)时,随a的增大,有效喉道半径有减小趋势;当有效喉道半径下限较大(Rmin>1.5μm)时,有效喉道半径与a无明显关系(图2-F)。当有效喉道半径下限较小时,最大连通喉道半径、平均喉道半径也较小,孔隙系统中所有喉道均分布在细小喉道一端。此时,a越大,总的喉道分布对最大连通喉道半径的偏离越小,即喉道的整体分布更为集中也更偏向细的一端,其渗透率贡献曲线呈现偏向细端的窄幅尖峰状,因此其有效喉道半径下限越小(图1-A)。a越小,总的喉道分布对最大连通喉道半径的偏离越大,这时,岩样中部分较大孔隙提供了绝大多数的渗透率贡献,进汞量偏向细端的长尾对渗透率没有贡献(图1-B),因此有效喉道半径下限相对变大。当有效喉道半径下限较大时,孔隙系统中会存在一部分较大喉道,这些较大喉道决定了渗透率贡献曲线的位置和形态(图1-C),同时也决定了有效喉道半径的下限。孔隙系统中所固有的细小喉道的百分比只影响全部喉道对最大连通喉道半径的偏离程度,即a,而不影响有效喉道半径的下限,因此,有效喉道半径与a无关。3喉道及渗储层结构常规压汞实验采用的是恒压法,把通过喉道进入孔隙的体积均作为此喉道所占有的体积。而恒速压汞技术可以对多孔介质的孔隙和喉道的大小和数量进行直接测量,可以同时给出孔隙中孔道和喉道的信息,这对于孔、喉性质差别很大的低渗储层尤其重要。研究区3块样品的喉道分布和孔隙分布曲线(图3-A,B)表明,对于沉积条件和成岩作用相近的低渗储层,不同渗透率的样品其孔隙分布非常接近,造成其物性和孔隙结构差异,进而造成有效喉道半径下限差异,其主要原因是其喉道分布的差异,而与孔隙分布无关。从喉道个数来看,渗透率低的1号样品喉道个数反而比渗透率高的2号、3号样品多(表2),这也印证了前述喉道半径较喉道个数对渗透率和有效喉道半径下限值影响更大的结论。从上述对有效喉道半径下限与渗透率和孔隙结构参数之间关系的分析可见,对于低渗储层而言,随着储层岩石孔隙系统中较为粗大喉道数量增多、半径增大(Rmax和Rave增大),喉道分选变差(Sp、c增大),喉道间的非均质性增强,有效喉道半径下限也随之提高。4喉道半径下限(1)有效喉道半径下限并非一个定值,而是随着渗透率增大,有效喉道半径下限也不断提