随钻斯通利波测井反演地层渗透率的理论、方法及应用

针对孔隙渗透地层的随钻声波测井问题,用Biot-Rosenbaum孔隙弹性波测井理论推导了孔隙地层的随钻井孔声场表达式.据此考察了随钻条件下井中斯通利波的波形、相速度频散、衰减以及相速度对渗透率的灵敏度,并与电缆测井中的情况进行了对比.数值模拟结果表明,随钻条件下斯通利波对地层渗透率的灵敏度相对于电缆测井有明显增加,更有利于用来反演地层渗透率.为快捷有效地处理现场测井数据和反演计算,采用简化Biot-Rosenbaum理论和钻铤的等效模型,对随钻斯通利波的频移和时滞进行联合反演.结果表明,随钻斯通利波反演的渗透率与核磁渗透率和岩心覆压测试渗透率符合较好,并且与常规测井曲线所反映的储层性质具有较好的一致性,证明了利用随钻斯通利波评价地层渗透率的有效性.     

页岩气储层岩心脉冲衰减渗透率测量影响因素分析

页岩储层基质渗透率普遍较低,已超出了常规方法的测量下限,需要发展新的渗透率测量方法,脉冲衰减法可满足页岩渗透率测量的要求,因此本文为了研究页岩储层脉冲衰减渗透率测量的影响因素,采用宜宾地区龙马溪组页岩岩心,利用美国NDP-605脉冲衰减渗透率测量仪,在不同测量条件对同一块岩心进行了反复测量,分析总结了脉冲衰减渗透率的变化规律,研究了三种主要因素(长度、有效压力、压差)对渗透率测量的影响,最终形成了"三控制"测量工艺:(1)岩心长度对测量过程影响较大,长度应控制在1 cm以内;(2)有效压力对测量结果影响较大,应控制在地层条件下进行测量;(3)压差太小会产生较大误差,压差较大会产生不可忽略的流动惯性阻力,建议控制为10 psi的压差进行测量(1 psi=0.0068948 MPa).     

致密砂岩储层应力敏感性实验研究

研究的背景:在油田开采过程中,随着地层压力的下降,作用在岩石颗粒上有效应力的增加,均会使岩石颗粒发生变形,产生应力敏感,降低储层的孔隙度和渗透率,影响流体在多孔介质中的渗流特征,给油田的合理开发带来诸多困难.研究方法及目的:利用美国Core Laboratory公司的仪器进行孔隙度、渗透率的测定,结合扫描电镜、铸体薄片以及核磁共振技术分析鄂尔多斯盆地延长组长7段低孔、低渗储层的应力敏感性.研究结果:(1)在定覆压变孔压和定孔压变覆压条件下,孔隙度、渗透率均随着孔隙压力的减小、上覆压力的增大而减小,属于"先快后慢"型的应力敏感性损害模式.孔隙度相对损失率1.21%~3.28%,渗透率相对损失率44%~70%,渗透率应力敏感性较强.(2)在有效应力压差相同情况下,渗透率相对损失率小于40%时,定孔压变覆压引起的渗透率损失率较大;渗透率相对损失率大于40%时,定覆压变孔压引起的渗透率损失率较大.(3)孔隙度应力敏感性与岩石的微观孔隙结构、孔隙大小及岩石颗粒的抗压能力有关,而渗透率主要与岩石的孔喉、孔隙尺寸分布有关.研究意义:为致密油勘探开发中保持合理的生产压差,减轻储层应力敏感性损害,为提高油井产能和采收率提供一定的实验依据.     

断层岩气体渗透率及Klinkenberg效应

在围压2~40MPa变化范围内,以恒流法多次变化上游压力测量了以断层岩为主的样品的气体(N2)渗透率,将实验结果进行了Klinkenberg效应校正。对实验数据的拟合分析表明,滑脱因子b值与绝对渗透率kl存在b=λkl-d形式的幂律关系,断层岩符合b=0.004 6kl-0.476的变化关系。与沉积岩相比,断层岩的气体滑脱效应更强,采用气体测量渗透率时,其滑脱效应不能忽略。断层岩气体渗透率和绝对渗透率与测量所用的孔隙压力间的关系为kg/kl=1+(0.009 2kl-0.476)/(Pu+Pd)。结果表明样品渗透率越低,滑脱效应越强,提高孔隙压力,滑脱效应逐渐减小;对于高渗(10-15m2~10-18m2)的样品,高孔隙压力下(4MPa以上)的气体渗透率与绝对渗透率基本一致,对于超低渗(10-22m2~10-20m2)的样品,即使提高孔隙压力亦很难避免滑脱效应。在40MPa有效压力下断层泥样品的绝对渗透率为4.54×10-19m2~2.43×10-17m2,角砾岩的绝对渗透率较断层泥高出1~2个数量级,为2.25×10-17m2~7.94×10-16m2,表明汶川地震断层带具有核部低、破碎带高的渗透结构,断层带核部具备热压作用发生所要求的低渗条件。     

基于有效流动孔隙的低孔渗泥质砂岩储层渗透率确定方法

针对低孔渗储层渗透率主要受孔隙结构影响致使利用常规孔隙度和束缚水饱和度等参数预测渗透率精度低的难题,依据低孔渗岩石孔隙中流体渗流的特点,考虑岩石孔隙空间中对流体渗流贡献最大的那一部分孔隙,引入有效流动孔隙概念,以提高低孔渗岩石渗透率计算精度.考虑岩性、物性、电性变化,设计岩石物理实验,根据压汞实验数据计算岩样对应不同孔隙半径的进汞孔隙度与渗透率之间的相关系数,制作相关系数与孔隙半径交会图,将相关系数达到某一值(如0.8)对应的孔隙半径确定为有效流动孔隙半径下限,其对应的进汞孔隙度确定为有效流动孔隙度实验分析值.依据水流与电流流动相似性原理,从导电角度推导有效流动孔隙度的计算公式.对于含水低孔渗泥质岩石,将束缚水和粘土水看成不导电干骨架,采用能够描述孔喉比的等效岩石元素模型推导出只有可动水孔隙存在的低孔渗岩石地层因素的公式;根据有效流动孔隙的含义,只有可动水孔隙存在的低孔渗岩石的有效流动孔隙可以等效为具有相同岩石体积和地层因素且由骨架和弯曲毛细管组成的岩石结构中的毛管孔隙,根据弯曲毛管模型推导出地层因素与有效流动孔隙度关系式,结合两式可得到有效流动孔隙度的表达式.根据实验数据采用最优化方法确定公式中参数,从而给出有效流动孔隙度计算式.统计有效流动孔隙度实验值与岩心分析渗透率关系,回归得到低孔渗泥质岩石渗透率的计算式.对B区X1、X2井低孔渗储层进行处理,从实际应用效果方面证实该方法提高了低孔渗泥质储层渗透率计算精度.     

泥质砂岩液相渗透率计算新方法

液相渗透率描述了岩石的渗流特性,是评价储层与预测油气产能的重要参数.液相渗透率是指盐水溶液在岩石孔隙中流动且与岩石孔隙表面黏土矿物发生物理化学作用时所测得的渗透率;液相渗透率的实验测量条件更加接近实际地层泥质砂岩的条件,使得液相渗透率更能反映地层条件下泥质砂岩的渗流特性;然而,现有的液相渗透率评价模型较少,且模型未能揭示液相渗透率与溶液矿化度之间的关系.基于此,开展了液相渗透模型推导与计算方法研究;文中首先将岩石等效为毛管束模型,推导建立了液相渗透率与比表面、喉道曲折度、总孔隙度、黏土束缚水孔隙度等参数之间的关系;其次,根据岩石物理体积模型,推导建立了黏土束缚水孔隙度与阳离子交换容量、溶液矿化度等参数的关系;最终,将黏土束缚水孔隙度引入液相渗透率计算公式,建立了基于总孔隙度、阳离子交换容量、溶液矿化度、比表面、喉道曲折度等参数的液相渗透率理论计算模型.液相渗透率计算模型与两组实验数据均表明,液相渗透率随阳离子交换容量的增大而降低,随溶液矿化度的增大而增大.然而,液相渗透率理论计算模型的实际应用中喉道曲折度、比表面等参数求取困难,直接利用理论模型计算液相渗透率受到限制.在分析液相渗透率与孔隙渗透率模型的基础上,建立了液相渗透率与空气渗透率之间的转换模型,形成了利用转化模型计算液相渗透率的新方法.为进一步验证液相渗透率与空气渗透率转化模型的准确性,基于两组实验数据,利用转换模型计算了液相渗透率;液相渗透率计算结果与岩心测量液相渗透率实验结果对比显示,液相渗透率计算结果与实际岩心测量结果吻合较好,文中建立的液相渗透率与空气渗透率转化模型合理可靠.     

超低渗透率测量仪的测试标定及初步测量结果

低渗-超低渗透率测量是流体渗流力学和岩石物理学研究领域的热点问题.断层带流体输运的定量化研究对于了解断层的力学性质和预测地下流体的流动具有重要意义.文中介绍了新研制的超低渗透率测量系统和工作原理.这套设备使用稳态法和目前逐渐流行的孔隙压力振荡法进行测量,其孔隙流体为蒸馏水和氮气,最高围压可达200M Pa,孔隙压上限为...     

基于数字岩心动态应力应变模拟的非均匀孔隙介质波致流固相对运动刻画

地震波传播激发的不同尺度的流固相对运动(宏观、中观和微观)是许多沉积岩地层中地震波频散和衰减的主要原因,然而野外观测和试验测量都难以对非均匀多孔介质孔隙压力弛豫物理过程进行精细刻画.通过数字岩石物理技术,本文建立了三个典型的数字岩心分别用于表征孔隙结构、岩石骨架和斑状饱和流体引起的非均质性,利用动态应力应变模拟技术计算数字岩心的位移和孔隙流体增量图像.通过分析和比较三个数字岩心的位移和孔隙压力增量图像,细致刻画了发生于非均匀含流体多孔介质内的宏观、中观和微观尺度的流固相对运动:1)宏观尺度的波致孔隙流体流动导致波长尺度上数字岩心不同区域的孔隙压力和位移差异;2)中观尺度的流体流动发生在软层与硬层之间、气层与液层之间;3)微观尺度的流体流动发生在孔隙内部或相邻孔隙之间.数值模拟试验也证明基于数字岩心的动态应力应变模拟技术可以从微观尺度上更好的理解波致孔隙流体流动发生的物理机理,从而为建立岩石骨架、孔隙流体、孔隙结构非均质性和弹性波频散-衰减特征的映射关系奠定基础.     

流动电势和电渗压力的连续测量实验研究及低矿化度下Onsager互易性的验证

连续测量岩心的流动电势效应和电渗效应,可以获得岩心的动电渗透率,并验证Onsager互易性.通常这两个实验的岩心夹持器需要使用不同的堵头,而更换堵头会导致岩心内流体的参数和边界条件发生变化.本文设计了新的岩心夹持器和激励压力源,避免了在测量过程中更换堵头,提高了两个实验的一致性.本文测量了蒸馏水、以及0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4和0.6mol/L氯化钠溶液饱和的10块岩心的流动电势效应和电渗效应,获得了动电渗透率,并验证了低矿化度下的Onsager互易性.结果表明,Onsager互易性在低矿化度下是成立的;对于高矿化度,电渗效应能够取代流动电势效应用于反演渗透率.     

基于动电效应的岩芯渗透率实验测量

根据孔隙介质的动电耦合理论设计了一套岩芯渗透率测量系统.实验采用交流锁相放大技术,在低频12~42 Hz范围内完成了砂岩岩样流动电势和电渗实验,得到了流动电势系数K_S和电渗压力系数K_E,进而计算出岩样动电渗透率,对于中、高渗透率岩样,测量得出的动电渗透率与常规气测渗透率差异较小,两者具有很好的相关性.实验表明,动电测量可作为岩样渗透率测量的一种方法,同时揭示了利用地层动电测井信号反演地层参数的可能性,实验结果对于分析天然地震动电效应也有参考意义.     

伊拉克H油田碳酸盐岩储层的孔隙结构特征及其对电阻的影响

针对伊拉克H油田碳酸盐岩储层较强的非均质性,本文利用岩心资料研究了M2组颗粒灰岩与泥粒灰岩的孔隙结构特征,并详细分析了M2组下段油层低阻的成因.根据实验得到的孔喉半径分布曲线划分的大孔、中孔和小孔的累计比例,把储层划分为大、中、小三种孔隙结构,结果表明M2组上段颗粒灰岩以大孔和中孔为主,下段泥粒灰岩以中孔和小孔为主.压汞毛管压力曲线表明下段的非均质性强于上段.找出了以中、小孔为主孔隙结构及其复杂的润湿性是造成M2组下段油层低电阻率的原因.用毛管孔径划分的三种孔隙结构刻度了核磁T2谱,结果显示毛管孔径划分的三种孔隙结构与核磁T2谱划分的三种孔隙具有很好的一致性,岩心渗透率与核磁得到的渗透率也具有很好的一致性,找到了用核磁资料准确评价储层的孔隙结构的一种有效途径.     

动电测井实验研究Ⅰ:渗透率的评价

本文针对流体饱和孔隙介质的动电效应,在砂岩模型井中开展了动电测井实验研究.记录到渗透率不同模型中单极源动电测井的全波波形,清晰地观测到了伴随纵波、横波和斯通利波的动电转换信号,给出了本文实验条件下,动电测井全波中各分波的幅度,并通过电声比的大小说明了各分波的动电转换能力.实验结果表明:孔隙介质动电效应与渗透率密切相关,动电信号的幅度随着地层渗透率的增大而增加,在高渗透率地层中记录动电信号的幅度较大,这一特性可用于地层渗透率的井下动电评估.本文实验结果还验证了动电测井的可行性,同时指出:与声波测井相比,动电测井信号对地层渗透率更加敏感,这为渗透率等地层参数的井下动电测量奠定了实验基础.     

汶川地震断层岩气体和液体渗透率实验研究

以N2和水为孔隙流体在20-180 MPa围压范围内详细测量了汶川地震断裂带断层岩的渗透率,并同时测量了作为参照的砂岩的渗透率.实验结果表明,气体和液体渗透率均随围压增加而幂次衰减.在相同围压和孔隙压条件下,N2渗透率高于水渗透率接近1个数量级.将Klinkenberg效应校正后的气体渗透率（绝对渗透率）与水渗透率进行了比较.对比结果显示,砂岩的绝对渗透率与水渗透率基本一致;但断层岩绝对渗透率显著高于水渗透率,表明断层岩气体渗透率与水渗透率之差别不能完全由Klinkenberg效应解释.对实验数据的拟合分析表明,滑脱因子b值与绝对渗透率kl存在幂律关系（b=λkld）.断层岩符合b=0.2×10–3kl–0.557关系（R2=0.998）,显示绝对渗透率在10^–16-10^–20 m2范围内,控制断层岩渗透率的因素是一致的.另一方面,断层岩的d值明显小于砂岩的d值,暗示二者的滑脱效应存在差异.分析表明,断层岩中的粘土矿物颗粒表面吸附水及粘土矿物吸水膨胀导致有效孔隙尺寸减小是造成断层岩渗透率显著低于绝对渗透率的主要原因.研究结果显示,对于富含粘土矿物的断层岩,经Klinkenberg校正后的气体渗透率与水渗透率并不一致,因此采用相应的液体作为测量介质才能够更为准确和真实地揭示地下流体的渗流状况.     

岩石电学性质实验研究方向展望

分析了岩心电性实验的内涵,介绍了油藏条件下岩石电学性质的研究现状以及对岩心电性实验方法的冲击.结合目前对不同地层特性岩石的电学性质的认识,就复杂储层评价的岩心电性实验方法、岩心电性实验技术装备、岩心电性实验技术规范化、岩心数值实验方法等方面对岩心电性实验的研究方向做了展望,认为：①岩心电性实验方法应立足于储层岩石的岩性、物性、孔隙结构、非均质性等地层特性;②系统地模拟和控制储层的温度、压力、润湿性条件、毛管与电性平衡等油藏条件,并使各种相关技术规范化,是其发展的必然趋势;③岩心数值实验方法可能作为实验室岩心电性实验的辅助手段之一在储层含油性评价中发挥作用.     

电缆地层测试最小测试时间的确定

电缆地层测试器是重要的地层评价仪器,可以测量地层压力和渗透率、识别流体类型、确定油水界面.然而在低孔低渗地层中,由于泥饼的封闭性差而造成的地层增压现象,致使无法测量到地层真实压力.同时由于长时间的测试,容易将仪器卡在地层中而造成事故.本文提出一种确定电缆地层测试最小测试时间的方法.利用有限元方法计算泥饼和原状地层中的压力分布情况,求取泥浆柱静压力的影响半径,继而确定储层的最小测试时间,并且针对渗透性不同的储层给出了最小测试时间的范围.电缆地层测试最小测试时间的确定,可以确保电缆地层测试器在低孔低渗储层中测量到地层的真实信息,减小由于测量时间过长而引起工程事故发生率.     

部分饱和条件下砂岩的速度频散实验室测量和Gassmann流体替换

在地震频带(2～2000hz)和超声频段(1MHz)测量了四块砂岩样品分别饱和水和饱和甘油条件下的弹性模量。我们观察到,不同水饱和度的高渗透率样品和不同甘油饱和度的低渗透率样品,低频(2-2000Hz)范围内的速度频散是非常很小。然而,在高渗透率样品的不同甘油饱和度条件下和低渗透率样品不同水饱和度条件下,相同的频率范围(2～2000Hz),速度频散却非常明显。观测表明,流体的流动性很大程度上控制着孔隙内流体的运动和孔隙之间的压力。高流动性使得孔隙之间或非均匀区间的孔隙压力容易达到平衡,导致岩石处于一个低频控制状态,而满足Gassmann方程条件。相反,即使在地震频率范围,低流动性也会产生孔隙之间的压力梯度,而引起频散。随着流动性的降低,速度频散曲线显示出了一个向低频区间系统性迁移的趋势。同时,我们针对这些具有纵波速度频散背景下的砂岩样品,探讨了Gassmann理论的应用。预测纵波速度的两个边界公式,分别是Gassmann-Wood和Gassmann-Hill理论。观察表明,波致流机制影响着纵波速度在Gassmann-Wood和Gassmann-Hill理论边界之间的转变。随着流动性的降低,低频(2～2000Hz)纵波速度从Gassmann-Wood理论边界向Gassmann-Hill理论边界移动。同时我们也研究了不同频率下的岩石-流体机制。     

基于核磁共振测井的低渗透砂岩孔隙结构定量评价方法——以东营凹陷南斜坡沙四段为例

低渗透砂岩油气藏已成为油气增储生产的重要勘探开发目标,但孔隙结构复杂使得储层及其有效性难以准确识别.笔者利用物性、压汞、核磁等资料,对东营凹陷南坡沙四段(Es4)低渗透砂岩孔隙结构进行分析,划分出了3种类型.核磁T2谱与毛管压力曲线都在一定程度上反映孔喉分布,但常规方法利用T2谱重构伪毛管压力曲线所得到的孔隙半径与压汞孔喉半径有较大误差,而岩石孔隙自由流体T2与压汞孔喉分布对应关系更好,以此建立了不同孔隙结构类型二者之间不同孔喉尺度对应的关系式(大尺度:线性;小尺度:分段幂函数),可在井筒剖面上通过识别孔隙结构类型,进而利用核磁共振测井(NML)定量反演孔径分布,省去了构建伪毛管曲线环节,为低渗透砂岩储层有效性评价提供了直接依据,也是测井用于定量反演储层微观孔隙结构信息的有益探索.     

饱和储层砂岩中流体粘度引起的超声波速度频散实验研究(英文)

在实验室对5块储层砂岩进行了模拟地层压力条件下的超声波速度测试。砂岩样品采自WXS凹陷的W地层,覆盖了从低到高的孔隙度和渗透率范围。实验选用了卤水和4种不同密度油作为孔隙流体,结合温度变化,实现了对流体粘度引致的速度频散研究。对实验结果的分析表明:(1)对于高孔隙度和渗透率的样品,无论是哪种流体饱和,观察到的超声波速度测试值和零频率Gassmann预测值的差异较小(约2-3%),基本上可以用Biot模型解释;对于中等孔隙度和渗透率的样品,低粘度流体(<约3mP?S)的频散效应也可以用Biot模型得到合理解释;(2)对于低、中孔隙度和渗透率样品,当流体粘度增加时,喷射流机制起主导作用,导致严重的速度频散(可达8%)。对储层砂岩的微裂隙纵横比进行了估计并用于喷射流特征频率的计算,当高于该特征频率时,Gassmann理论的假设条件受到破坏,实验室测得的高频速度不能直接用于地震低频条件下的W地层砂岩的Gassmann流体替换研究。     

低阻油层通用有效介质电阻率模型

低电阻率油气层的识别与评价一直是测井解释领域亟待解决的难点和热点问题,而砂岩油气层的低电阻率可能是由于富含分散泥质、层状泥质、骨架含导电矿物、微孔隙发育、高矿化度地层水等因素综合引起的,因此,有必要建立一种适用于上述5种成因类型的低阻油层通用电阻率模型．基于低阻油层人造岩样的实验测量结果和有效介质对称各向异性导电理论,针对不同成因低阻油层形成机理,建立了适用5种内因成因类型的低阻油层通用有效介质电阻率模型．通过对该模型的影响因素分析,从理论上说明该模型可以描述5种内因成因弓I起的低阻油层的导电规律,同时,发现泥质分布形式对模型计算的含水饱和度有很大的影响;地层电阻增大系数随层状泥质电导率和含量、分散黏土含量以及骨架颗粒电导率的增大而减小;随骨架渗滤指数和微孔隙水渗滤速率的增大,及微孔隙水渗滤指数、骨架渗滤速率和可动水渗滤速率的减小而减小．通过不同成因低阻岩心实验数据的验证和实际资料解释,表明提出的模型适用于高矿化度地层水、富含分散泥质、微孔隙发育、层状泥质、骨架导电等5种成因的低阻油层解释,是解决低阻油层问题的通用电阻率模型．     

克拉2气田储层应力敏感性及对产能影响的实验研究

克拉2气田是目前我国探明的最大整装干气气藏, 是西气东输的主力气田, 地层压力高(74.35 MPa)、压力系数高(2.022)、产能测试和评价的难度大. 为正确评价在开采过程中储层岩石随着地层压力的下降而发生的弹塑性形变, 开展了异常高压气田储层应力敏感性实验等研究, 通过对研究区5口井共329个岩心样品的岩石力学性质及在不同的温压条件下的孔隙度、渗透率的测试, 分析了储层岩石物性随压力的变化规律, 总结出适用的检验关系式; 在此基础上结合全气田产能方程作出了考虑应力敏感性后的平均产能曲线. 所获得的认识和关系为确定该气田气井产能、制定气田开发规划奠定了基础, 也为类似气田的开发基础研究提供了有效的技术方法和手段.