恒速壓汞與常規(guī)壓汞的異同

何順利 焦春艷 王建國 羅富平 鄒 林

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國中化集團(tuán)石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100031；3.中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400021）

恒速壓汞與常規(guī)壓汞的異同

何順利1焦春艷1王建國1羅富平2鄒 林3

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國中化集團(tuán)石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100031；3.中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400021）

文中深刻剖析恒速壓汞與常規(guī)壓汞的區(qū)別，便于對微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時選擇較合適的實(shí)驗(yàn)手段，更加準(zhǔn)確地對微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述與表征。從理論模型、實(shí)驗(yàn)過程、測量結(jié)果的可靠性等方面，分析對比常規(guī)壓汞與恒速壓汞的不同，揭示了它們的本質(zhì)區(qū)別。研究發(fā)現(xiàn)：恒速壓汞由于其實(shí)驗(yàn)過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程，可以將孔隙與喉道區(qū)別開來，測量值更接近靜態(tài)毛細(xì)管壓力，得到的喉道半徑結(jié)果比較接近真實(shí)情況。因此，恒速壓汞是研究孔隙結(jié)構(gòu)的比較好的方法。

恒速壓汞；常規(guī)壓汞；毛細(xì)管壓力動態(tài)效應(yīng)；靜態(tài)毛細(xì)管壓力

低滲特低滲砂巖油藏與常規(guī)油藏不同，其孔隙結(jié)構(gòu)為小孔細(xì)喉或細(xì)孔微喉。常規(guī)壓汞和恒速壓汞是研究孔隙結(jié)構(gòu)的2種主要研究手段。筆者對比研究了恒速壓汞和常規(guī)壓汞在研究孔隙結(jié)構(gòu)方面的差異，揭示了常規(guī)壓汞與恒速壓汞的本質(zhì)區(qū)別，對孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的認(rèn)識、辨別具有一定的指導(dǎo)意義。

1 模型的區(qū)別

壓汞的基本原理為：汞對于大多數(shù)固體界面為非潤濕相，當(dāng)汞進(jìn)入毛細(xì)管時需要克服毛細(xì)管壓力,其中毛細(xì)管壓力pc與孔隙半徑R、界面張力σ、靜態(tài)接觸角θ滿足如下關(guān)系［1］：

根據(jù)壓汞實(shí)驗(yàn)得到的進(jìn)汞量和相應(yīng)的壓力，作出毛細(xì)管壓力曲線，然后根據(jù)式（1）計算出孔隙或孔隙和喉道半徑分布曲線。

恒速壓汞與常規(guī)壓汞遵循的原理相同。常規(guī)壓汞法以毛細(xì)管束模型為基礎(chǔ)，假設(shè)多孔介質(zhì)由直徑大小不同的毛細(xì)管束組成（見圖1a）；恒速壓汞假設(shè)多孔介質(zhì)由直徑大小不同的喉道和孔隙構(gòu)成（見圖1b）。恒速壓汞模型假設(shè)的孔隙結(jié)構(gòu)特征更加符合低滲、特低滲油藏小孔細(xì)喉或細(xì)孔微喉的結(jié)構(gòu)特征，比常規(guī)壓汞模型更接近真實(shí)的孔隙結(jié)構(gòu)。因此，恒速壓汞實(shí)驗(yàn)在模型方面具有一定的優(yōu)勢。

圖1 常規(guī)壓汞與恒速壓汞毛細(xì)管模型

2 實(shí)驗(yàn)過程的區(qū)別

2種壓汞法的實(shí)驗(yàn)過程大體相同，都是將汞壓入巖心，通過進(jìn)汞壓力的變化來反映孔隙結(jié)構(gòu)的信息。其主要區(qū)別是進(jìn)汞速度和最大進(jìn)汞壓力。

恒速壓汞實(shí)驗(yàn)以非常低的恒定速度（5×10-5mL· min-1）進(jìn)汞，在此過程中，界面張力與接觸角保持不變。汞進(jìn)入巖心的每一個喉道處，都會憋壓，此時整個毛細(xì)管系統(tǒng)的壓力升高，當(dāng)汞進(jìn)入孔隙時，壓力得到釋放，此時整個系統(tǒng)的壓力降低。記錄此過程的進(jìn)汞壓力-進(jìn)汞體積變化曲線，就可以獲得孔隙喉道的信息（見圖2）。圖2a為進(jìn)汞過程，圖2b為該過程中所記錄的壓力漲落對應(yīng)進(jìn)汞體積的曲線，O為壓降次序。

圖2 恒速壓汞原理示意

常規(guī)壓汞也是以汞作為驅(qū)替流體的一種測量毛細(xì)管壓力曲線的常規(guī)方法［2-4］，測試時間快。其主要的工作介質(zhì)汞是一種化學(xué)穩(wěn)定性好、界面張力很大、壓縮性微弱的流體，因而計量準(zhǔn)確，適合于進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)。通過加壓，使汞進(jìn)入巖心，每達(dá)一個壓力點(diǎn)，待壓力穩(wěn)定后，記下壓力值及相應(yīng)的進(jìn)汞量，壓力最高可以達(dá)到200 MPa。其測定原理為：汞不潤濕巖石，汞則為非潤濕相，在高壓下把汞壓入巖樣中，求出與之平衡的毛細(xì)管壓力pc和壓入汞的體積，從而得到毛細(xì)管壓力與巖樣含汞飽和度的關(guān)系。

3 測量值的可靠性

壓汞實(shí)驗(yàn)的主要測量值是進(jìn)汞壓力（對應(yīng)喉道半徑）與進(jìn)汞飽和度（對應(yīng)喉道或孔隙體積）。

常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)的進(jìn)汞速度較快，整個進(jìn)汞過程在1～2 h就可以完成，而恒速壓汞實(shí)驗(yàn)由于要保持準(zhǔn)靜態(tài)的進(jìn)汞過程，進(jìn)汞速度5×10-5mL·min-1，需要2～3 d才能完成。

式（1）中依據(jù)孔隙半徑、接觸角、界面張力計算的毛細(xì)管壓力是平衡狀態(tài)下的毛細(xì)管壓力，即靜態(tài)毛細(xì)管壓力。恒速壓汞過程逼近于準(zhǔn)靜態(tài)過程，測試得到的喉道半徑與真實(shí)的喉道半徑比較接近。而常規(guī)壓汞則不同，它的進(jìn)汞速度較快，彎液面也會發(fā)生相應(yīng)變化［5］，這時的毛細(xì)管壓力就會變大（見圖3），即pc2＞pc1。

圖3 靜、動態(tài)毛細(xì)管壓力示意

此現(xiàn)象還可以通過F Kalaydjian等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來說明（見圖4）［6-9］，驅(qū)替速度越大，毛細(xì)管壓力越大。

圖4 砂巖樣品在不同驅(qū)替速度下的毛細(xì)管壓力曲線

在相同的進(jìn)汞飽和度下，由于常規(guī)壓汞測得的壓力值大于恒速壓汞測得的壓力值，所以常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)計算得到的半徑要比恒速壓汞的半徑小，如圖5所示。因此，常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)計算孔隙半徑需要進(jìn)行接觸角校正，才能使得測量值更接近真實(shí)值。

圖5 平行樣常規(guī)壓汞與恒速壓汞毛細(xì)管壓力曲線

4 結(jié)論

1）常規(guī)壓汞法以毛細(xì)管束模型為基礎(chǔ)，假設(shè)多孔介質(zhì)由直徑大小不同的毛細(xì)管束組成；恒速壓汞假設(shè)多孔介質(zhì)由直徑大小不同的喉道和孔隙構(gòu)成。恒速壓汞模型假設(shè)的孔隙結(jié)構(gòu)特征更符合低滲特低滲油藏小孔細(xì)喉或細(xì)孔微喉的結(jié)構(gòu)特征。

2）恒速壓汞逼近于準(zhǔn)靜態(tài)過程，可以將孔隙與喉道區(qū)別開來；常規(guī)壓汞過程較快，不能很好地區(qū)分巖心孔隙與喉道。

3）恒速壓汞逼近于準(zhǔn)靜態(tài)的進(jìn)汞過程，接觸角θ更接近于靜態(tài)接觸角，測試得到的喉道半徑與真實(shí)的喉道半徑比較接近；而常規(guī)壓汞速度快，測試得到的喉道半徑與真實(shí)的喉道半徑存在一定的差異，常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行接觸角θ的校正。

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Discussion on the differences between constant-speed mercury injection and conventional mercury injection techniques

He Shunli1Jiao Chunyan1Wang Jianguo1Luo Fuping2Zou Lin3
（1.MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.Oil and Gas Exploration and Development Co.Ltd.of Sinochem Group,Beijing 100031,China;3.Chongqing Natural Gas Division,Southwest Oil&Gas Field Company,PetrolChina,Chongqing 400021,China）

In this paper,the difference between constant-speed mercury injection and conventional mercury injection techniques was studied in order to choose the correct method to describe the microscopic pore structure accurately.The differences between the conventional mercury injection and constant-speed mercury injection were discussed from the reliability of theoretical model, experimental process and measurements in this paper.So the essential differences between them were revealed.Study result shows that the pore and throat can be distinguished because the experimental process of constant-speed mercury injection is a quasi-static process.The measured values are closer to static capillary pressure and the obtained throat radius is closer to the real situation. Therefore,the constant-speed mercury injection is a good method to study the pore structure.

constant-speed mercury injection;conventional mercury injection;dynamic effect of capillary pressure;static capillary pressure

國家科技重大專項(xiàng)“油田開采后期提高采收率新技術(shù)”（2009ZX05009-004）

TE311

：A

1005-8907（2011）02-235-03

2010-05-28；改回日期：2011-01-10。

何順利，男，1952年生，1990年獲法國I M G學(xué)院博士學(xué)位，現(xiàn)為中國石油大學(xué)（北京）石油天然氣工程學(xué)院教授，主要從事油藏工程與油藏描述專業(yè)研究。E-mail：heshunli1952@163.com。

（編輯趙衛(wèi)紅）

何順利，焦春艷，王建國，等.恒速壓汞與常規(guī)壓汞的異同［J］.斷塊油氣田，2011，18（2）：235-237. He Shunli，Jiao Chunyan，Wang Jianguo，et al.Discussion on the differences between constant-speed mercury injection and conventional mercury injection techniques［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2011，18（2）：235-237.