驱替实验过程中的低渗透岩心分析方法论证总结.docx

驱替试验过程中低渗透岩心分析措施论证
1 岩心分析重要内容
1、矿物性质，尤其是敏感性矿物类型、产状和含量；
2、渗流多孔介质性质，如孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙及喉道大小、形态、分布和连通性；
3、矿物、渗流介质、地层流体对环境变化敏感性及也许损害趋势和后果。
2 岩心分析重要措施
2.1 X射线衍射（X-raydiffraction，XRD）
2.1.1 X射线衍射基本概念
全岩矿物和粘土矿物部分可用X射线衍射迅速而精确测定。XRD分析借助于X射线衍射仪来实现，它重要由光源、测角仪、X射线检测和记录仪构成。
2.1.2 X射线衍射物相分析原理
每一种结晶体（包括晶质矿物）均有自己独特化学构成和晶体构造。当x射线通过晶体时，每一种结晶物质均有自己独特衍射把戏，它们衍射特性可以用各个反射面网面网间距（d值）和反射相对强度（I/I0）来表达。其中面网间距d值与晶胞形状和大小有关，相对强度则与晶体质点种类及在晶胞中位置有关。根据它们在衍射图谱上体现出不一样衍射角和不一样衍射峰值高（强度），可以鉴别各类结晶物质包括岩石中多种矿物构成。

2.1.3 粘土矿物类型鉴定和相对含量计算措施
运用粘土矿物特性峰d值，鉴定粘土矿物类型，运用出现矿物对应衍射峰强度，定量分析粘土矿物相对含量。
常见粘土矿物：蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石。
相对含量计算：
对全晶质样品，运用在所有样品中普遍存在矿物-----石英作为原则，根据下列公式计算各矿物相对含量：

即

式中，
n----物相个数；
I-----石英特性峰衍射强度；
Ii-----某矿物相特性峰衍射强度；
X石英----样品中石英含量；
Xi-----样品中某矿物相含量；
Ki-----某矿物相特性峰相对于石英特性峰强度因子。
2.2 扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）
2.2.1 扫描电镜技术基本概念
扫描电镜技术即是扫描电子显微技术，它运用类似电视摄影显像方式，用细聚焦电子束在样品表表面上逐点进行扫描成像。
2.2.2 扫描电镜应用
(1) 分析孔隙内充填物类型、产状；
(2) 油气层中地层微粒观测：微粒类型、大小、含量等，分析地层微粒运移损害等；
(3) 粘土矿物观测：粘土矿物类型、产状和含量，分析地层粘土水化膨胀、分散运移等损害机理；
(4) 油气层孔喉观测：孔喉形状、大小、与连通关系；
(5) 含铁矿物检测：运用扫描电镜x-射线能谱仪，能对矿物进行半定量分析，确定铁等敏感性矿物种类与含量；
(6) 观测岩石骨架特性：矿物颗粒大小、产状和分布；
(7) 观测孔喉特性：表面松散颗粒大小和分布、光滑性；
(8) 观测孔喉构造特性孔隙几何形态、孔隙类型（粒间孔隙、微孔隙）喉道类型（缩径喉道、点状喉道、片状喉道）、孔喉直径；
(9) 观测孔隙中胶结物胶结物类型（粘土胶结、碳酸盐胶结、硫酸盐胶结、硫化物胶结）、产状(充填式、衬垫式）
2.3 薄片技术（Slice Technique of Rock）
2.3.1 薄片技术基本概念
应用光学显微镜观测薄片。铸体薄片厚度为0.03mm，面积不不不小于15*15mm，一般用储层岩心磨制而成。
2.3.2 薄片技术应用
直接观测储层孔喉大小、分布、连通状况、地层微粒、地层敏感性矿物、地层胶结状况等。
2.4 压汞法测定岩石毛管压力曲线（Mercury Injection Method for Rock Capillary Pressure Curve）
2.4.1 毛管压力曲线概述
毛细管压力曲线反应是毛细管压力与汞饱和度之间变化关系曲线，一定毛细管压力对应于一定孔喉半径。从毛细管压力曲线形态上可以定性分析岩石孔喉构造变化特性，这是由于毛细管压力曲线形态重要受孔隙喉道分选和喉道大小控制。
分选性是指喉道大小分散或集中程度。喉道大小分布越集中，其分选越好，毛细管压力曲线中间平缓段也就越长，且越靠近于平行横坐标。
孔隙喉道大小及集中程度重要影响毛细管压力曲线歪度。歪度就是指孔喉大小分布偏于粗孔喉或细孔喉，是毛管力曲线形态偏于粗喉道或细喉道量度，偏于粗孔喉称为粗歪度曲线，偏于细孔喉称为细歪度曲线。对于油气储层，歪度越粗越好。
2.4.2 压汞法特点
由于其仪器装置固定，测定迅速精确，并且压力可以较高，便于更微小孔隙测量，因而它是目前国内外测定岩石毛细管压力重要手段。
2.4.3 基本原理
原理是汞对大多数造岩矿物为非润湿，对汞施加压力后，当汞压力和孔喉毛细管压力相等时，汞就能克服阻力进入孔隙，根据进入汞孔隙体积百分数和对应压力就得到毛细管压力曲线。
压力和孔喉半径关系为：
Pc=0.735/r
式中，
Pc——毛管压力，MPa；
R——毛管半径， m。
2.4.4 重要特性参数
三大特性参数：
排驱压力Pd：最大尺寸连通孔隙所对应毛管压力。反应了孔隙和喉道集中程度和大小，是划分岩性好坏重要指标之一。
饱和度中值毛管压力Pc50：注汞量到达孔隙体积50％时对应毛细管压力。反应了孔隙中存在油水两相时，产油能力大小，Pc50越小，岩石对油渗透性越好，产能越高。
最小非饱和孔隙体积百分数Smin：注汞压力到达仪器最大压力时，未被汞饱和孔隙体积百分数。Smin越大，小孔隙占孔隙体积越多，对油气渗透不利。

孔隙构造特性参数：
排驱半径rd：排驱压力对应最大孔喉半径；
中值半径r50：饱和中值压力对应半径；
平均孔喉半径rc：汞所占据部分喉道平均半径；
主喉道半径r主：渗透率不小于5％之后孔喉平均半径。
2.5 核磁共振成象技术（Nuclear Magnetic Resonance Imaging ，NMRI）
2.5.1 技术原理
岩心样品饱和油水后置于均匀分布静磁场中，流体中氢核会被磁场极化，产生磁化矢量。此时对样品施加一定频率射频场，就会产生核磁共振。撤掉射频场就会接受到氢核在孔隙中做弛豫运动幅度随时间以指数函数衰减信号。核磁共振信号衰减快慢可以用纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2来描述。因T2测量速度快，因此核磁共振测量中多采用T2测量法。氢核做横向弛豫运动时与孔隙壁产生碰撞，导致氢核能量损失。碰撞越频繁，氢核能量损失就越快，这样就加紧了氢核横向弛豫过程。氢核与孔隙壁碰撞频率由孔隙大小决定。孔隙越小，氢核与孔隙壁碰撞几率越大，由此得出孔隙大小与氢核弛豫率反比关系，这就是核磁共振谱(T2谱)研究岩石孔隙构造理论基础。
核磁共振T2分布与孔隙构造直接有关，因此可以运用T2分布来构建毛管压力曲线。试验室中，岩心核磁共振试验具有现场迅速测量、不损坏岩心及可反复性等长处作为一种非常重要储层分析、评价手段。
2.5.2 测量措施
从全直径岩心上钻取直径为2.5cm原则岩心，原则岩心洗油后烘干，气测原则岩心渗透率，岩心抽真空后饱和模拟地层水，计算岩心孔隙度使用核磁共振仪对饱和模拟地层水状态下岩心进行核磁共振界测试。
2.5.3 毛管压力曲线换算措施
核磁共振岩心试验研究储层孔隙构造
2.5.3.1 基于线性措施转换
由核磁共振弛豫机制可知，在均匀磁场中测量横向弛豫时间T2为：
（1）
式中，T2B为流体体积(自由)弛豫时间，单位为ms;S为孔隙表面积;V为孔隙体积;ρ2为岩石横向表面弛豫率，单位为μm/ms;S/V是孔隙比表面。
T2B数值一般在3000ms以上，要比T2值大得多，即T2B>>T2。因此，式(1)中右边第一项可忽视，即
(2)
假如假设孔隙是由理想球体构成，则S/V=3/rc;假如假设喉道是由理想圆柱体构成，则S/V=2/rc，其中：rc为毛管半径，单位为μm。假如我们再假设孔隙半径与喉道半径成正比，则式(2)可改写为：
(3)
式中Fs姑且称之为孔隙形状因子，对球形孔隙，Fs=3;对柱状喉道，Fs=2。由式(3)可看出，孔隙半径与T2值成正比。
由物理学可知，毛管压力与毛管孔径之间关系为：
（4）
式中：pc为毛管压力，单位为MPa;σ为流体界面张力;θ为润湿接触角。
对汞来说，σ=49。44N/cm2，θ=-140°，代入式(4)，略去负号，则有
(5)
由式(3)和式(5)，得
（6）
于是，
（7）
式中：C为转换系数。
2.5.3.2 基于非线性措施转换
鉴于线性方式转换效果不理想，何雨丹等人提出了构造毛管压力曲线新措施。该措施理论基础与线性转换法不一样之处重要在于比表面与孔隙构造关系上。
由式（2）可以看出，观测弛豫时间T2和孔隙空间大小及形状有关。比表面与孔隙构造有关，对可以简化成球状孔隙和柱状管道孔隙构造，其比表面与孔径成线性关系，如式（3）所示。而实际地层中孔隙构造很复杂，比表面与孔径成非线性关系，可以表达为
（8）
由式（8）和式（4）得到
（9）
于是，T2分布与毛管压力之间关系可用如下函数来表达：
（10）
式中：g为一种函数。通过大量试验成果分析研究，何雨丹等提出T2分布与孔径之间不是线性关系，而是幂函数关系。故考虑用幂函数对T2分布构造毛管压力曲线：
（11）
式中：m，n为转换参数。
试验成果分析表明，基于该措施构造毛管压力曲线更可靠，精度明显提高。
3 岩心筛选及制备
钻切-包封-清洗-烘干-描述
3.1 清洗措施
(1) 压力驱替法：通过在室温下加压将一种或几种溶剂注入岩样来清洗岩样中油和盐。
(2) 离心驱替法：运用带有特殊转头离心机向岩样喷射清洁热溶剂（从蒸馏容器），离心力使溶剂流过岩样，驱替并洗去油、水。
(3) 气驱溶剂抽提法：在一定压力下，使具有溶解气溶剂包围岩心，再次降压，反复进行，用溶解气驱除掉岩样中油。
(4) 蒸馏抽提法：用索氏抽提器及合适溶剂来溶解和抽提油和盐水。
(5) 液化气抽提法：是一种用加压溶剂在低温状况来清洗岩心蒸馏抽提过程，该措施合用于热敏感岩心，如含石膏岩心。
4 流体饱和度测定
5 孔隙度测定
根据行业原则SY/T5336-《岩心分析措施》内容，概括孔隙度测量措施原理及优缺陷如下表所示。
总体积测量措施（行标）
措施
原理
长处
缺陷问题
汞浸没法
根据阿基米德定律原理，将岩样浸入汞中，测量岩样排开那部分汞质量，即可得到岩心总体积。
1.假如无水银渗透，岩样还可用于后来测试；
2.该措施具有很高精度。
1.岩样外表圈闭空气会引起误差，得出总体积偏高；
2.表面有溶洞或有开放裂缝岩样，不用汞浸没法测定总体积。但假如必须用该措施分析这种岩样，岩样表面必须用涂料密封或堵上表面溶洞，以免水银渗透。
汞驱替法
设备：高压汞体积驱替泵，样品室内体25cm3。
测试过程：样品浸入汞如下50mm，规定对样品顶端施加1psi（6.9kPa）压力，操作环节和校准体积泵详细操作不详细，未阐明校准根据。
1.测试速度快；
2.该措施可以作为流体求和法测定孔隙度构成部分；
3.假如不发生汞渗透或吸附，该样品还可以在后来分析测试中使用。
1.岩样表面圈闭空气将会使总体积变大；
2.带有溶洞或具有极高渗透率岩样，由于水银渗透而导致总体积变小，因此这种样品不再适合进行下一步测试；
3.多数水银驱替泵，岩样浸没到水银如下大概50mm。这个水银高度导致了到柱塞顶部约有6.9kPa(lpsi)压力。由于汞对粗糙微观表面波及，或汞侵入到大孔隙，这有也许导致总体积系统地减少；
4.由于铅一水银汞齐作用，该措施不适合于包封在铅筒中疏松岩样。在包封材料与岩样之间也也许捕集水银。因此，提议装在包封材料中岩样不用这种措施。
液体饱和法
饱和液：盐水，轻质精制油，高沸点溶剂。
测试程序：抽空约8小时，在抽空期间注入CO2，为了置换出吸附在样品上空气，低渗样品抽空时间需加长到12～18h，或一昼夜。饱和后继续抽空30min-1h，加压13.8-20.7MPa至少4h。
密度测试：比重计，有数字显示密度计，不一样测量范围专用天平，原则硅。
1.假如使用措施得当，能获得精确数值；
2.完全饱和了液体岩样还可以用于其他测试；
3.测景总体积前，假如岩样用种液体100%饱和，就可以由读出质景计算孔隙体积、颗粒体积和颗粒密度。
1.岩样中液体也许不适合后来试验，因此必须除去；
2.用这种措施不适合测量具有溶洞岩样；
3.不能用有也许引起岩样中可溶物溶解或岩石胶结物膨胀液体；
4.渗透率极高样品具有溶洞或大孔隙，浸没在液体中时，液体会填满这些孔洞，成果减小了总体积。测定总体积前先填满孔洞，就可用浸入法直接测量总体积；
5.对于装入包封材料内疏松岩样，由于在岩样柱塞表面与包封材料之间也许捕集多出流体，最佳不用这种措施。
卡尺测量法
测试环节：测量直径时，沿长度方向将样品平均地提成五段，在每一段较均匀部位测量，求出平均值；测量长度时，沿圆周方向五个位置测量，求出平均值。
有数字卡尺，测试速度快，排除了人为读数误差，测试更精确。

孔隙体积测量措施（行标）
措施
原理
缺陷问题
粉碎法（总孔隙体积）
孔隙体积等于岩样总体积减去颗粒体积，而颗粒休积=粉碎样体积×样品总重量/粉碎样

氦气注入法(有效孔隙休积）
设备：氦孔隙仪和单室法装罝，有1个基准室，1个岩夹持器。
测试措施：测试压力690〜1380kPa
样品准备：矿化度超过100000m/l时要用甲醇洗盐。

液体饱和法(有效孔隙体积）
饱和液：盐水，精制试验室油，癸烷，甲苯
测试程序：饱和液与没入液可以不一样，其他同运用其他流体(除了汞）阿基米德法。
测试过程时间长
低渗岩心样品很难饱和进液体，如采用高压饱和法，对样品会导致一定伤害，不利于专题分析
流休孔隙度求和法(有效孔隙体积）
孔隙休积由常压干馏法测出岩样中油、气和水体积和加求得。

通过度析筛选，试验岩心孔隙度选用卡尺丈量法和氦气注入法测量。
6 渗透率测定
6.1 重要概念及分类
单相渗透率测定重要类型分为：气体在稳态条件下测定、气体在非稳态（瞬态）条件下测定、液体在稳态条件下测定、液体在非稳态（瞬态）条件下测定。
稳态渗透率测定：当入口和出口压力以及流速随时间不发生变化时即到达了稳态。稳态时，通过岩样质量流速为常数，并且不会随时间变化，此时即测定气体或液体稳态渗透率。
非稳态渗透率测定：在很短时间内、或者说是在流动状态不稳定条件下测定气体或液体渗透率。详细就是在岩样两端（或某一端）加装固定体积流体室，在一定条件下使流体流过岩心，流体室流体体积变化并导致压力变化，瞬间流速大小可以通过体积与压力变化计算而得，从而得到岩样渗透率数值。
6.2 渗透率测量措施综述
根据行业原则SY/T5336-《岩心分析措施》内容，概括渗透率测量措施原理及优缺陷如下表所示。
渗透率测量措施（行标）
措施
原理
长处/缺陷
低压测试流程装置
低压测试流程装置与我们目前所用皂膜法渗透率测试基本相似，但围压为固定值2.76MPa。
长处：
试验措施简朴，有诸多历史数据便于直接比较；气体与岩石不会发生反应，保持样品洁净；适应设备范围广，投资较低；流量计和压力传感器轻易更换，扩大了渗透率测定范围。
注意问题：
测定低渗透率岩石到达稳定状态所需时间长，且流量测定不精确；低压测定非滑脱校准过高估算了原油藏渗透率，致密岩样尤甚；岩心柱塞端面必须钻切地非常规则，否则会因受压不均衡而压碎岩样。
点式渗透率探测仪

长处：
无破坏性，不必钻样，速度快，成本低，可以处理比较致密岩心测试；可以很好地处理岩心渗透率空间非均质强，包括层状（迭层）和小范围；直接得到某处渗透率与周围岩石渗透率不一样；适合测1~10000mD范围内岩石渗透率。
液测渗透率装置
液测渗透率设备液体流动动力是依托是能产生恒速流动可调整恒压源。
长处：
液测渗透率对油层渗透率更具有代表性。
液柱测高渗岩心
入口高度可调整水箱和固定出口水箱均装有溢流排出管。液体由水箱出口流入装在电子天平上称量容器中。由于毛细管力作用，出口容器溢流孔可使水压差变化最小
长处：
合用于高渗透率岩心。
缺陷：
不合用于低渗透岩心
气体横向稳态流
在全直径岩心上测量；可进行正交测量来确定侧向渗透率。由于岩样体积较大，因此所测渗透率相对平均，这就减少了小尺寸岩样非均质影响。
注意问题：
全直径岩样很难精确地切割成正规形状；由于岩样较大，要花费相
当长时间来清洗、干燥和到达稳定状态
脉冲衰减法
是通过运用岩样前后端一种或两个体积比较小流体室来实现。流体室和岩样内部都充斥着压力比较高气体6.894MPa~13.788MPa，这样可以减少气体滑脱效应和可压缩性所带来影响。压力系统到达平衡后，增长前端流体室压力，一般为初始压力2~3%。从而产生一压力脉冲通过岩心。压力变化范围小以及样品低渗透性大大消除了流体惯性阻力。
长处：
可用于测量超低渗样品（0.1mD~0.01mD），也可扩展测试范围；更合用于油层压力条件下测量，提供更具代表性渗透率。
注意问题：
仪器必需严格密封，同步严格控制周围环境温度变化；所测渗透率也是未经气体滑脱校准，测量值也许偏高。
压力降落法
该措施只有前端容器，样品后端与空气相通，前端流体室压力较小，在0.069MPa~1.72MPa之间（随样品渗透率不一样而变化），通过瞬时压力变化可得到不一样体积流量和平均孔隙压力，从而计算出岩样渗透率值。
长处：
实测渗透率范围广（0.001mD~30000mD）；测定期间范围为2s~35s之间变化；由一次压力下降试验可获得滑脱校准（k∞）和非滑脱校准（kg）渗透率；对于微小压差变化和低渗透率岩样引起较大惯性阻力影响也可在渗透率计算时消除影响；通过变化探针顶端密封垫尺寸可以适应不一样体积岩样试验。
注意问题：
低渗透率岩样测定期间长；需要高质量压力传感器，迅速数据采集和高运算速度设备；低渗透率岩样规定系统严格密封，并且在岩心夹持器中无窜流现象。

6.3 测量渗透率措施筛选
本试验研究对所用渗透率测量措施规定如下：
(1) 测量范围包括0.01~10mD；
(2) 测量过程对岩心伤害降到最低；
(3) 可模拟地层高温高压条件；
(4) 合用于粘土矿物高岩心；
(5) 测量过程以便快捷轻易。
通过筛选，可用测量措施为：脉冲衰减法。

书是我们时代生命——别林斯基

　　书籍是巨大力量——列宁

　　书是人类进步阶梯———高尔基

　　书籍是人类知识总统——莎士比亚

　　书籍是人类思想宝库——乌申斯基

　　书籍——举世之宝——梭罗

　　好书籍是最宝贵珍宝——别林斯基

　　书是唯一不死东西——丘特

　　书籍使人们成为宇宙主人——巴甫连柯

　　书中横卧着整个过去灵魂——卡莱尔

　　人影响短暂而微弱，书影响则广泛而深远——普希金

　　人离开了书，如同离开空气同样不能生活——科洛廖夫

　　书不仅是生活，并且是目前、过去和未来文化生活源泉 ——库法耶夫

　　书籍把我们引入最美好社会，使我们认识各个时代伟大智者———史美尔斯

　　书籍便是这种改造灵魂工具。人类所需要，是富有启发性养料。而阅读，则正是这种养料———雨果