新鮮疏松砂巖核磁法油水相滲實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究及標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

康楠，何偉，洪鑫，唐磊，張露，鄭祖號(hào)，段凡，張芃，郭磊

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司（天津 300452）

0 引言

油-水相對(duì)滲透率曲線（以下簡(jiǎn)稱(chēng)相滲曲線）是研究水驅(qū)油藏油水兩相滲流規(guī)律的基礎(chǔ)，同時(shí)也是油田開(kāi)發(fā)方案編制、開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)及油藏?cái)?shù)值模擬研究中不可或缺的一項(xiàng)參數(shù)，因此，油水相滲實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確測(cè)定關(guān)系到所獲得的相滲曲線是否合理[1-3]。為了進(jìn)一步貼近儲(chǔ)層真實(shí)滲流情況，室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)會(huì)使用儲(chǔ)層新鮮巖心樣品進(jìn)行油-水相滲實(shí)驗(yàn)。

然而，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)同一個(gè)油田、相同層位且物性相近的不同儲(chǔ)層樣品間相滲曲線差異較大，甚至對(duì)于同一油田區(qū)域相同沉積類(lèi)型、物性相近的油田，其樣品相滲曲線也會(huì)呈現(xiàn)出明顯異常特征，給油田開(kāi)發(fā)技術(shù)人員帶來(lái)了極大困擾。相滲曲線異常的原因較多，何建民等對(duì)此進(jìn)行了深入研究[4-5]，認(rèn)為儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、油水黏度比較低等多種因素，都會(huì)導(dǎo)致相滲曲線異常。目前，業(yè)界對(duì)相滲曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的處理方法有一定研究[6-10]，但從實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)入手，尋找其影響因素、規(guī)范實(shí)驗(yàn)方法、提高實(shí)驗(yàn)精度的研究基本沒(méi)有。

針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)對(duì)新鮮疏松砂巖樣品油水相對(duì)滲透率測(cè)定的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究和結(jié)果分析，以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)，建立一套基于低場(chǎng)核磁共振技術(shù)測(cè)定新鮮疏松砂巖巖心油-水相對(duì)滲透率的實(shí)驗(yàn)方法，以此確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果刻度測(cè)井，指導(dǎo)油田開(kāi)發(fā)的可靠性。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

1.1 國(guó)標(biāo)實(shí)驗(yàn)方法

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28912—2012《巖石中兩相流體相對(duì)滲透率測(cè)定方法》規(guī)范了新鮮巖樣束縛水狀態(tài)下的油相滲透率的測(cè)試要求，并規(guī)定應(yīng)用Dean Stark 抽提法確定實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的含水量，用物質(zhì)平衡法計(jì)算束縛水飽和度和相應(yīng)的含水飽和度。

對(duì)于疏松砂巖樣品來(lái)說(shuō)，其膠結(jié)程度低、巖心顆粒易掉落、水驅(qū)過(guò)程中微粒運(yùn)移且不同水淹階段儲(chǔ)層物性發(fā)生變化，即孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)存在不同程度的變化（圖1）。

圖1 同一巖心不同水淹階段物性變化

大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試結(jié)果表明：目前，GB/T 28912—2012 標(biāo)準(zhǔn)中非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定油-水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)多、周期長(zhǎng)（圖2），且水驅(qū)結(jié)束后蒸餾抽提結(jié)合物質(zhì)平衡法獲得的疏松砂巖孔隙體積及含油飽和度精度不足，水驅(qū)前后孔隙體積計(jì)算的原始油飽和度相對(duì)誤差達(dá)到了8%～22%（圖3），一定程度上影響油-水相滲曲線的測(cè)試精度及應(yīng)用合理、有效性。

圖2 油-水相對(duì)滲透率測(cè)定實(shí)驗(yàn)流程

圖3 利用水驅(qū)前/后孔隙體積計(jì)算油飽和度

1.2 傳統(tǒng)法與核磁法油-水相滲實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比

傳統(tǒng)法和核磁法油-水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)均是基于非穩(wěn)態(tài)法，以Buckley-Leverett 一維兩項(xiàng)水驅(qū)油前緣推進(jìn)理論為基礎(chǔ)。而核磁法相對(duì)傳統(tǒng)法更具優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)法、核磁法油-水相滲實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)法、核磁法油-水相滲實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比

1.3 油-水相對(duì)滲透率測(cè)定（核磁法）

核磁法油-水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)以較低流速進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，借助低場(chǎng)核磁共振技術(shù)監(jiān)測(cè)巖心內(nèi)部滲流變化，快速、無(wú)損且準(zhǔn)確獲得殘余油、束縛水飽和度，以此獲得疏松砂巖樣品油-水相滲曲線。

1.3.1 樣品無(wú)磁化包封處理

將處于冷凍狀態(tài)的疏松樣品兩端各覆蓋一個(gè)尼龍網(wǎng)及無(wú)磁圓形膠板，并貼合樣品柱面纏繞生料帶，將寫(xiě)有樣品井號(hào)和編號(hào)的標(biāo)簽一并生料帶裝入無(wú)核磁信號(hào)的聚四氟乙烯熱縮套中，用熱風(fēng)機(jī)對(duì)其迅速加熱，致其緊密包裹樣品。

1.3.2 油、水飽和度測(cè)定

1）連續(xù)測(cè)量不同孔隙度的核磁標(biāo)準(zhǔn)水樣和標(biāo)準(zhǔn)油樣的核磁信號(hào)量，核磁信號(hào)測(cè)定過(guò)程按SY/T 6490—2014的6.5.1條規(guī)定執(zhí)行。

其中，標(biāo)準(zhǔn)水樣為設(shè)備配套體積10 mL 的硫酸銅溶液標(biāo)樣。為求精確度更高，實(shí)際測(cè)試中，如有條件，最好配置與待測(cè)樣品同礦化度的模擬地層水溶液及氣油比接近地層的模擬油，水溶液和模擬油分別配置不同體積含量（每種至少5 個(gè)體積含量），裝入無(wú)磁化定量瓶中，作為標(biāo)準(zhǔn)水樣及標(biāo)準(zhǔn)油樣，分別建立核磁信號(hào)量和標(biāo)準(zhǔn)水樣的含水量及標(biāo)準(zhǔn)油樣的含油量間的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

式中：T2標(biāo)為標(biāo)樣的核磁信號(hào)量，無(wú)量綱；V為標(biāo)樣中流體的體積，mL；a為斜率；b為截距。

2）將建立束縛水狀態(tài)下的樣品進(jìn)行核磁共振測(cè)試，測(cè)得樣品初始狀態(tài)下流體核磁信號(hào)量值T2始。

3）在核磁共振成像巖心驅(qū)替系統(tǒng)中，用模擬地層水礦化度的含鹽氘水溶液低速驅(qū)替樣品，驅(qū)替過(guò)程中監(jiān)測(cè)樣品中流體核磁信號(hào)值，待核磁信號(hào)值穩(wěn)定不變時(shí)，停止驅(qū)替，測(cè)得樣品殘余油狀態(tài)下的核磁信號(hào)值T2終。以此準(zhǔn)確、快速地確定束縛水飽和度Swi和殘余油飽和度Sor。

式中：V水為含水體積，mL；（T2始－T2終）信號(hào)量差值利用式（1）中核磁信號(hào)量-模擬地層水含量標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到水驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)樣品中的含水體積；V1為水驅(qū)結(jié)束時(shí)樣品中驅(qū)出油的體積，mL；Vp為樣品孔隙體積，cm3；水驅(qū)結(jié)束時(shí)由核磁共振測(cè)試所得樣品含油量V油與含水量V水之和。

2 標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

2.1 標(biāo)準(zhǔn)制定

針對(duì)傳統(tǒng)油-水相滲測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，孔隙體積、束縛水飽和度和殘余油飽和度精度不足、關(guān)鍵參數(shù)實(shí)驗(yàn)確定步驟多等問(wèn)題，為進(jìn)一步提高新鮮疏松砂巖樣品油-水相滲實(shí)驗(yàn)的測(cè)定精度，縮短實(shí)驗(yàn)周期，中海油組織編寫(xiě)且于2021 年發(fā)布實(shí)施了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HSHF ZC109—2021《新鮮疏松砂巖巖心油水相對(duì)滲透率測(cè)定方法（非穩(wěn)態(tài)法）》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了空氣滲透率大于50×10-3μm2的新鮮疏松砂巖樣品油水相對(duì)滲透率的非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定。通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)的制定，從實(shí)驗(yàn)源頭上把控?cái)?shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確度，避免實(shí)驗(yàn)方法的局限性，以及對(duì)新鮮疏松砂巖樣品油-水相對(duì)滲透率測(cè)定的影響，為油田現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)及動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)應(yīng)用提供有力保障。

2.2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

依據(jù)中海油發(fā)布實(shí)施的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HSHF ZC109—2021《新鮮疏松砂巖巖心油水相對(duì)滲透率測(cè)定方法（非穩(wěn)態(tài)法）》測(cè)定的油-水相滲曲線已在渤海多個(gè)油田疏松砂巖儲(chǔ)層水淹層評(píng)價(jià)及滲流規(guī)律分析中成功應(yīng)用。由于殘余油飽和度和束縛水飽和度是油-水相滲曲線中兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，直接關(guān)系到測(cè)得的相滲曲線的合理性，為進(jìn)一步驗(yàn)證新標(biāo)準(zhǔn)的合理性和準(zhǔn)確性，抽取現(xiàn)場(chǎng)5 個(gè)油田的室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與對(duì)應(yīng)試油層組含油飽和度進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)GB/T 28912—2012《巖石中兩相流體相對(duì)滲透率測(cè)定方法》測(cè)定的含油飽和度，較基于核磁法的新企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HSHF ZC109—2021誤差大。

對(duì)于新鮮疏松砂巖來(lái)說(shuō)，依據(jù)GB/T 28912—2012測(cè)定的含油飽和度相對(duì)誤差最大可達(dá)到23.0%左右（表2），其產(chǎn)生誤差的主要原因是GB/T 28912—2012 標(biāo)準(zhǔn)中的傳統(tǒng)方法存在如疏松砂巖顆粒掉落、新鮮樣原始含油、含水量需間接計(jì)算等自身的局限性所致。其含油飽和度的誤差造成了Q/HSHF ZC109—2021 新標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法下油-水相滲曲線與GB/T 28912—2012 原國(guó)標(biāo)方法測(cè)定的油-水相滲曲線存在差異（圖4、圖5）。

表2 GB/T 28912—2012國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、Q/HSHF ZC109—2021企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與試油結(jié)果對(duì)比

圖4 渤海L油田1-012C 新標(biāo)準(zhǔn)與原標(biāo)準(zhǔn)油-水相滲曲線

由于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)樣品從地層中取出時(shí)，溫度、壓力的釋放，致使巖心降壓脫氣導(dǎo)致油中的輕質(zhì)組分及水存在部分損失，所以依據(jù)Q/HSHF ZC109—2021新企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)核磁法測(cè)定的含油飽和度與現(xiàn)場(chǎng)試油結(jié)果仍然存在偏差，其相對(duì)誤差在12%以?xún)?nèi)。但在一定程度上，較國(guó)標(biāo)傳統(tǒng)方法提高了現(xiàn)場(chǎng)水淹層及剩余油分布評(píng)價(jià)精度。

3 結(jié)論

1）建立的新鮮疏松砂巖樣品油-水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)方法，能夠精準(zhǔn)確定束縛水飽和度和殘余油飽和度等關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)一步提高疏松砂巖樣品油-水相對(duì)滲透率測(cè)定精度，且可減少實(shí)驗(yàn)步驟，有效縮短實(shí)驗(yàn)周期。

2）新的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HSHF ZC109—2021 中提出的基于低場(chǎng)核磁共振技術(shù)測(cè)定油-水相對(duì)滲透率，能夠完善新鮮樣油-水相滲測(cè)定方法，內(nèi)容全面且方法高效。

3）Q/HSHF ZC109—2021企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，將會(huì)顯著提升疏松砂巖儲(chǔ)層水淹層及剩余油分布評(píng)價(jià)的合理性，為下一步新鮮疏松砂巖油-水相對(duì)滲透率測(cè)定（非穩(wěn)態(tài)法）的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制奠定基礎(chǔ)。