基于核磁共振技术的致密岩心高温高压自发渗吸实验.pdf

大庆石油地质与开发 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing2023 年 6 月 第 42 卷第 3 期June，2023Vol.42 No.3DOI：10.19597/J.ISSN.1000-3754.202204061基于核磁共振技术的致密岩心高温高压自发渗吸实验杨雪1 廖锐全2 袁旭2（1.荆州学院能源学院，湖北 荆州434023；2.长江大学石油工程学院，湖北 武汉430100）摘要：为了明确致密储层渗吸作用规律，在开发过程中充分发挥渗吸驱油效果，从而达到提高原油采收率的目的。利用核磁共振技术与高压压汞测试，研究了岩心的微观孔隙结构；设计了模拟储层条件的自发渗吸实验，分析了岩心孔隙度、渗透率、储层温度、压力、人造裂缝等因素对渗吸采收率的影响。结果表明：致密岩心具有3种孔隙结构，其中亚微孔为原油主要赋存空间，其孔隙体积占比接近80%；亚微孔的孔径小、毛细管力大，渗吸初期的渗吸效率最高，且对渗吸原油采收率的贡献程度最大；致密岩心孔隙度、渗透率越低，渗吸采收率越低；渗吸过程中信号相对振幅峰值向小孔隙尺寸偏移，孔径范围减小，岩心越致密，偏移越明显；温度与压力对渗吸采收率的影响较大，模拟储层条件的高温高压渗吸相比常规条件下渗吸采收率提高了120%，模拟压裂的岩心人工造缝后的岩心整体渗吸采收率提高了24.7%。研究成果对利用自发渗吸作用提高采收率具有理论指导意义。关键词：自发渗吸；高温高压；核磁共振；孔隙结构；渗吸采收率中图分类号：TE341 文献标识码：A 文章编号：1000-3754（2023）03-0058-08Spontaneous imbibition experiment in hightemperature and highpressure for tight cores based on NMR technologyYANG Xue1，LIAO Ruiquan2，YUAN Xu2（1.Energy College of Jingzhou University，Jingzhou 434023，China；2.School of Petroleum Engineering，Yangtze University，Wuhan 430100，China）Abstract：In order to understand imbibition laws in tight reservoirs to make imbibition displacement get effect in development process and thus enhance oil recovery,micropore structure of cores is investigated by using nuclear magnetic resonance(NMR)and highpressure mercury injection tests.Spontaneous imbibition experiment is designed under simulated reservoir condition,in which core porosity and permeability are analyzed,and influences of factors including reservoir temperature and pressure conditions and artificial fractures on imbibition recovery are simulated.The results show that tight cores have 3 kinds of pore structures,among which submicro pores are the main occurrence spaces for oil,with pore volume ratio of nearly 80%.Submicro pores have small pore size and high capillary pressure,with the highest imbibition efficiency in early stage of imbibition,and gives the most contribution to imbibition recovery.The lower the porosity and permeability of tight cores are,the lower the imbibition recovery is.During imbibition process,relative amplitude peak of signal appears as offset toward small pores,with poresize range getting smaller.The tighter the cores are,the more obvious the offset is.Temperature and pressure have much influence on imbibition recovery.Compared with imbibition recovery in conventional reservoir conditions,hightemperature and highpressure imbibition recovery by simulating reservoir conditions is increased by nearly 120%,and core 收稿日期：2022-04-22 改回日期：2022-09-28基金项目：国家自然科学基金项目“基于Hybrid数据的复杂系统辨识与优化设计及在低渗透油井中的应用”（61572084）。第一作者：杨雪，女，1985年生，硕士，讲师，从事油气田开发工程研究。E-mail：第 42 卷 第 3 期杨雪 等：基于核磁共振技术的致密岩心高温高压自发渗吸实验imbibition recovery by simulating artificial fractures is increased by 24.7%.The research has theoretical guiding significance for use of spontaneous imbibition to enhance oil recovery.Key words：spontaneous imbibition；high-temperature and high-pressure；NMR；pore structure；imbibition recovery0引言水力压裂技术作为提高致密储层采收率的有效方法12，通过大规模注入压裂液沟通地层中微裂缝，形成裂缝网络，提高基质与裂缝的接触面积，裂缝内压裂液在渗吸作用下置换基质孔隙内的原油，从而提高原油采收率3。致密储层具有低孔、低渗的特征，富含纳米-微米级孔隙，毛细管力作用更强，渗吸效率更好，因此自发渗吸作用在提高基质原油采收率中起主导作用45。近年来，一些学者通过数值模拟与室内实验研究了渗吸作用影响因素与增产规律。李斌会等6、杨正明等7、谷潇雨等8研究了基质形状、润湿性、裂缝、渗透率、孔喉结构等因素对渗吸采收率的影响规律；党海龙等9研究发现润湿性是控制渗吸采收率的主导因素；刘继梓等10研究了高温高压条件下人工造缝后的岩心渗吸规律，认为水力压裂增大改造体积是提高采收率的关键。常规实验侧重于定性研究不同条件下的渗吸规律，而对渗吸过程中微观孔隙内原油流动、分布规律研究较少。作为对岩心孔隙结构非破坏性技术，核磁共振被广泛应用于研究多孔介质的孔隙结构以及孔隙内的流体特征。F.P.Lai 等11研究了渗吸过程中岩心孔隙内流体的流动特征，发现不同孔隙内，渗吸对原油采收率影响差异较大；Y.Q.Hu 等12从渗吸机理、实验以及数值模拟等多方面总结了渗吸作用规律，并着重分析了水与岩石的相互作用及其对核磁共振渗吸实验中孔隙类型判断与采收率计算的影响；L.L.Yao 等13考虑压力的影响设计加压渗吸实验，发现高压条件下极大提高了渗吸效率，且孔隙尺寸越大效果越显著；为更精确划分微观孔隙结构，Z.L.Cheng等14结合高压压汞与核磁共振技术，确定了亚微孔是致密岩心最主要孔隙类型，且具有最大的渗吸贡献率；周德胜等15利用核磁共振技术划分岩心孔隙尺寸，研究了不同孔隙的渗吸规律，并将渗吸划分为不同阶段；F.P.Lai 等16解释了孔隙结构特征对自发渗吸的影响，发现渗透率、平均孔径和平均孔喉比与渗吸采收率呈正相关，且平均孔径是影响渗吸的最主要参数；X.X.Ren等1718对比了不同模式下的渗吸规律，认为小孔隙相对采出程度较高，而整体采收率主要受大孔隙影响。岩心渗吸规律的研究已从宏观转变到微观，但大多数实验仍在常温常压条件下进行。高温高压条件下，储层流体性质会发生改变，且较高外部压力下的渗吸作用与常规压力下的渗吸作用相比，差异较大。而压裂后裂缝对渗吸作用的影响研究较少。本文选取典型致密砂岩岩心，研究了高温高压条件下的自发渗吸规律，分析了温度、压力、渗透率以及裂缝对渗吸的影响，结合高压压汞与核磁共振技术，划分岩心孔隙结构，核磁共振监测孔隙原油含量变化，通过计算定量表征特定孔隙的渗吸速度与渗吸采收率。本次研究成果加深了对微观渗吸机理的认识，实验设计模拟了储层条件，可为油田现场合理利用渗吸作用、增加产量提供可靠依据。1微观孔隙结构表征原理核磁共振是通过测量弛豫时间 T2研究岩心中的孔隙结构和流体运移规律。饱和流体的岩心放置于磁场中，孔隙流体内氢核发生横向弛豫，通过测试得到T2谱，单孔中T2弛豫包括流体本身弛豫T2B、岩石表面弛豫 T2S以及分子扩散弛豫 T2D，通常可以表示为1T2=1T2B+1T2S+1T2D（1）一般流体本身的弛豫 T2B可忽略不计；另外，通过调节磁场可将扩散弛豫 T2D最小化。因此弛豫时间T2可改写为1T2=1T2S=Sv=FSr（2）式中：弛豫率，mm/s；SV岩心比表面积，m2/g；FS孔隙形状因子；r孔隙半径，m。由于 FS与均为常数，因此引用常数 C 表示，式（2）简化为T2=Cr（3）592023 年大庆石油地质与开发公式（3）表征了 T2弛豫与孔隙半径 r 的对应关系，结合压汞实验孔径分布数据与 T2谱数据，确定转换系数C，即可根据T2谱数据得到孔隙半径分布。2自发渗吸实验2.1实验样品2.1.1实验岩心选取准噶尔盆地二叠系风城组的致密砂岩储层岩心，对岩心样品进行切割打磨，尺寸为直径25 mm、长度 50 mm。使用苯与甲醇溶液彻底清洗后，在 105 下干燥 48 h，测量岩心尺寸，并进行氦气孔隙度、氮气渗透率、Amott 法亲水指数测试。结果表明，岩心均表现出亲水性，岩心 M2 的孔隙度、渗透率较小，岩心M1、M3的孔隙度、渗透率较大且比较接近（表 1），岩心 M3表面存在微小的天然裂缝。2.1.2实验流体为了在核磁共振测试中屏蔽氢信号，实验采用重水（D2O）配制模拟地层水，水型为 CaCl2型，矿化度为 46 g/L。实验模拟油为地层脱气原油与航空煤油以体积比 41 配制，常温（20）条件下测试模拟油密度为0.85 g/cm3、黏度为2.53 mPas。2.2实验方法2.2.1压汞实验实验采用岩心切割下的短岩心，岩心清洁后在105 条件下干燥处理，然后往样品中注入汞，最大注入压力为 228 MPa，测试得到进汞与退汞压力曲线，根据 Washburn 方程毛细管力和孔隙半径关系式，得到岩心孔径分布。2.2.2核磁共振测试采用纽迈 MesoMR23060HI 核磁共振仪（共振频率 21.242 MHz），对初始饱