張貴斌，劉海涅，申小虎

(中海油田服務(wù)股份有限公司 北京 101149)

·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

現(xiàn)場(chǎng)快速巖心分析技術(shù)及其在北部灣油田的應(yīng)用

張貴斌，劉海涅，申小虎

(中海油田服務(wù)股份有限公司 北京 101149)

孔隙度、滲透率參數(shù)是理解一個(gè)油藏如何產(chǎn)油的重要依據(jù)，是最重要的儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)參數(shù)。常規(guī)巖心分析測(cè)試耗資高，且有一兩個(gè)月的較長(zhǎng)測(cè)試周期，不能滿足儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及時(shí)性要求。針對(duì)這些問題，建立了現(xiàn)場(chǎng)快速巖心分析技術(shù)，該技術(shù)所用設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便運(yùn)輸、測(cè)定速度快，設(shè)備重復(fù)性與穩(wěn)定性符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與實(shí)驗(yàn)室對(duì)比準(zhǔn)確度較高。通過巖石物理現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)量分析，快速獲取巖心的孔滲參數(shù)，對(duì)于復(fù)雜儲(chǔ)層、復(fù)雜巖性、高溫高壓等疑難層的認(rèn)識(shí)有極大幫助，并為現(xiàn)場(chǎng)決策、后續(xù)測(cè)試作業(yè)提供可靠的依據(jù)。

巖心分析；孔隙度；滲透率；北部灣油田

0 引 言

在油氣田勘探開發(fā)中，最直接獲取地層物性信息的來源包括取心和取樣兩項(xiàng)技術(shù)。針對(duì)地層流體樣品，通過多年的發(fā)展，已經(jīng)建立了原油高壓物性分析和水分析兩項(xiàng)特色技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中發(fā)揮了重要作用[1-3]。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)采集的巖心樣品，常規(guī)巖心分析技術(shù)需要較長(zhǎng)測(cè)試周期，無法為現(xiàn)場(chǎng)快速?zèng)Q策提供及時(shí)性的指導(dǎo)作用[3-5]。針對(duì)這些問題，建立了現(xiàn)場(chǎng)快速巖心分析技術(shù)，該技術(shù)通過巖石物理現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)量分析，快速獲取巖心的孔滲參數(shù)，對(duì)于復(fù)雜儲(chǔ)層、復(fù)雜巖性、高溫高壓等疑難層的認(rèn)識(shí)有極大幫助，并為現(xiàn)場(chǎng)決策、后續(xù)測(cè)試作業(yè)提供可靠的依據(jù)。

1 儀器原理

1.1 孔隙度分析原理

孔隙度定義為物質(zhì)的孔隙空間體積與其總體積之比，是油層巖石的固有性質(zhì)，是評(píng)價(jià)油藏儲(chǔ)存能力的重要參數(shù)[6]。巖心總體積使用游標(biāo)卡尺測(cè)量法，測(cè)量巖樣長(zhǎng)度和直徑，卡尺最小分度值0.02 mm，測(cè)量不同的5處，求取平均值。巖心的空隙體積根據(jù)波義爾定律單室法，直接測(cè)量空隙體積，在一定的壓力P1下，使一定體積V標(biāo)的氣體向巖心夾持器膨脹，測(cè)定平衡后的壓力P2，該壓力值取決于巖心空隙體積V空隙、標(biāo)準(zhǔn)室體積V標(biāo)和巖心夾持器空白體積V空白，由最終平衡壓力按波義爾定律可以測(cè)得巖石樣品的孔隙體積。根據(jù)巖樣總體積求出巖心孔隙度。

即：P1×V標(biāo)=P2×(V空白+V標(biāo)+V孔隙)

V孔隙=P1×V標(biāo)/P2-V空白-V標(biāo)

1.2 滲透率分析原理

滲透率是多孔介質(zhì)的一種性質(zhì)，是允許流體通過能力的度量，測(cè)量巖石流體傳輸能力的關(guān)鍵參數(shù)[6]。多孔巖石或地層的滲透率測(cè)定就是測(cè)定流體通過該特定材料的能力。當(dāng)液體測(cè)定滲透率時(shí)，可認(rèn)為液體是不可壓縮的，液體體積流量Q在巖心任意橫截面積是定值。但是氣體的體積隨壓力和溫度的變化是非常明顯的，是可以壓縮的。氣體測(cè)定的滲透率時(shí)，使用的是達(dá)西定律的微分方程。

式中，K為氣體滲透率，10-3μm2；A為巖樣橫截面積，cm2；L為巖樣長(zhǎng)度，cm；P1、P2為巖樣入口及出口壓力，MPa；P0為大氣壓力，0.1MPa；μ為氣體的粘度，MPa·s；Q0為大氣壓力下的流量。

2 儀器設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)快速巖心分析儀器由巖心孔滲分析儀、超聲波洗油儀和端面切磨機(jī)組成，該儀器根據(jù)GB/T 23804—2009《巖心常規(guī)分析儀器通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便運(yùn)輸、測(cè)定速度快，滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

2.1 巖心孔滲分析儀

巖心孔滲分析儀主要由滲透率測(cè)試系統(tǒng)、孔隙度測(cè)試系統(tǒng)、相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及控制機(jī)箱面板等部分組成。滲透率測(cè)試系統(tǒng)：滲透率測(cè)試系統(tǒng)主要由氣瓶減壓閥、定值器、巖心夾持器、壓力傳感器、電磁閥、流量調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)以及管件等部件組成；孔隙度測(cè)試系統(tǒng)：孔隙度測(cè)試系統(tǒng)主要由標(biāo)準(zhǔn)室、壓力傳感器、夾持器以及管閥件等組成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：滲透率測(cè)試及孔隙度測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可用于采集壓力、流量差壓等數(shù)值，由計(jì)算機(jī)處理與滲透率、孔隙度相關(guān)的數(shù)據(jù)并生成相應(yīng)報(bào)表，如圖1所示。

圖1 巖心孔滲聯(lián)測(cè)示意圖

2.2 超聲波洗油儀

超聲波巖心自動(dòng)洗油儀由溶劑罐、巖心罐、冷凝器、液位顯示裝置、超聲波控制系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、支架及控制部分組成，如圖2所示。將樣品放入巖心室中，將溶解原油能力較強(qiáng)的有機(jī)溶劑加入溶劑室，并加熱到其沸點(diǎn)蒸發(fā)，蒸氣上升進(jìn)入冷凝室，蒸氣遇冷凝結(jié)，滴入集液室中，這時(shí)進(jìn)液電磁閥為常開，出液電磁閥為常閉。所以集液室中的液體直接流入巖心室，浸泡巖心，當(dāng)巖心室的液體浸滿巖心室，這時(shí)超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波對(duì)巖心進(jìn)行振動(dòng)洗油，使油溶出以達(dá)到除油目的。使溶有原油的溶劑回流到溶劑室中，繼續(xù)加熱蒸發(fā)，這樣循環(huán)洗，直到把巖心中的原油清洗干凈為止。

圖2 超聲波洗油儀流程圖

2.3 巖心端面切磨機(jī)

巖心端面切磨機(jī)主要由電機(jī)、刀片、砂輪、底板及切磨夾具組成。是巖心前處理設(shè)備，主要用于切割25 mm、38 mm不同規(guī)格的圓狀巖心，操作簡(jiǎn)單、方便快捷?？捎糜趯?shí)驗(yàn)室內(nèi)切割冷凍的松散巖樣端面和普通非松散巖樣端面的切割，為相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供巖心準(zhǔn)備。

3 儀器的重復(fù)性和穩(wěn)定性

相同實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)同一樣品進(jìn)行三次以上測(cè)試，利用測(cè)得的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證儀器的穩(wěn)定性和重復(fù)性，結(jié)果見表1和表2?？紫抖戎貜?fù)測(cè)定三次，空隙體積誤差小于0.1 cm3，絕對(duì)誤差一般小于0.2 pu，符合SY/T 5336—2006《巖心分析方法》對(duì)波義爾定律單室法孔隙度精度的要求。滲透率重復(fù)測(cè)定三次，三次滲透率相對(duì)誤差低于2%，符合SY/T 5336—2006《巖心分析方法》對(duì)氣體穩(wěn)態(tài)流法滲透率精度的要求[7]。

表1 孔隙度的重復(fù)性和穩(wěn)定性

表2 滲透率的重復(fù)性和穩(wěn)定性

4 儀器準(zhǔn)確性對(duì)比

對(duì)比分析樣品的選擇原則：選取高中低孔滲，使樣品覆蓋面較大。本次共分析北部灣潿洲油田三口井51個(gè)樣品，孔隙度范圍為8.02～24.7 pu，滲透率范圍為0.019 6～1 240 mD。

本儀器分析結(jié)果與經(jīng)認(rèn)可的某實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果對(duì)比表明，該設(shè)備準(zhǔn)確性高，大部分巖心樣品分析誤差較小，少部分存在一定誤差?？紫抖冉^對(duì)誤差集中在±1個(gè)孔隙度單位，孔隙度相對(duì)誤差集中在±5%，如圖3所示。滲透率絕對(duì)誤差集中于±5 mD，滲透率相對(duì)誤差集中于±10%，如圖4所示。經(jīng)過大量測(cè)量經(jīng)驗(yàn)分析認(rèn)為，孔隙度誤差原因包括巖樣不規(guī)整、巖樣存放時(shí)間過久；滲透率誤差原因包括滲透率絕對(duì)值太小、巖心非標(biāo)準(zhǔn)圓柱形。

圖3 孔隙度對(duì)比情況

圖4 滲透率對(duì)比情況

5 應(yīng)用實(shí)例

南海西部公司北部灣地區(qū)某井在3 135～3 145 m井段，巖屑錄井有較好的油氣顯示，氣測(cè)錄井烴組分全，常規(guī)測(cè)井曲線顯示該層孔滲較高，綜合解釋為油層，如圖5所示。該油層測(cè)壓作業(yè)9個(gè)點(diǎn)，壓力恢復(fù)曲線異常，均為干點(diǎn)，在3 141.70 m進(jìn)行取樣作業(yè)，泵抽150 min，取得樣品150 mL。利用現(xiàn)場(chǎng)快速水分析技術(shù)[1-3]對(duì)樣品進(jìn)行分析，結(jié)果顯示樣品為泥漿濾液，泵抽流度為0.08 mD，與常規(guī)測(cè)井解釋矛盾，為落實(shí)該層物性特征，對(duì)取心樣品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速巖心孔滲分析。經(jīng)分析3 138.2 m巖心孔隙度12.62 pu、滲透率為0.08 mD、視密度為2.293 1 g/cm3、骨架密度為2.624 21 g/cm3；3 141.9 m巖心孔隙度14.24 pu，滲透率為0.10 mD、視密度為2.293 1 g/cm3、骨架密度為2.624 73 g/cm3。巖心分析結(jié)果確認(rèn)該層為中孔超低滲地層，為干層?，F(xiàn)場(chǎng)快速巖心孔滲分析為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及后續(xù)決策提供了依據(jù)，節(jié)約了測(cè)試費(fèi)用。

圖5 北部灣某井測(cè)井曲線綜合圖

6 結(jié) 論

1)現(xiàn)場(chǎng)巖心快速分析儀器根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便運(yùn)輸、測(cè)定速度快，滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

2)儀器的穩(wěn)定性與重復(fù)性符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。通過與某實(shí)驗(yàn)室常規(guī)巖心分析方法對(duì)比，孔隙度相對(duì)誤差約±5%，滲透率相對(duì)誤差約±10%，準(zhǔn)確性較高。

3)現(xiàn)場(chǎng)巖心快速分析可以快速提供儲(chǔ)層物性信息，為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和后續(xù)測(cè)試作業(yè)提供可靠依據(jù)。

[1] 劉海涅，楊玉卿，郭書生，等．現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)及其在東方氣田高溫高壓氣井中的應(yīng)用[J]．中國(guó)海上油氣,2014,26(1):69-73．

[2] 劉樹鞏，劉海波，劉海涅，等．海上油田油藏流體高壓物性參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J]．中國(guó)海上油氣，2011,23(2)：104-106．

[3] 劉海涅，楊玉卿，劉海波，等. 一種定量判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)的新方法[J]．長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2015, 12 (26):26-30．

[4] 鄭新衛(wèi)，劉新華，馬天游，等．全直徑巖心孔滲分析技術(shù)[J]．錄井工程，2013，24(2)：27-30．

[5] 陳永生．油田非均質(zhì)對(duì)策論[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1993．

[6] 張厚福．石油地質(zhì)學(xué)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1999．

[7] 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)．巖心分析方法：SY/T 5336-2006[s]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006．

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《石油管材與儀器》編輯部

On-site Quick Analysis of Core and Its Application in Beibu Gulf Oilfield

ZHANG Guibin， LIU Hainie， SHEN Xiaohu

(ChinaOilfieldServicesLimited,Beijing101149，China)

The porosity and permeability are important basis for understanding how to produce in an oil reservoir, and also are the most important reservoir evaluation parameters. The cost of the conventional core analysis is high, and the test cycle lasts two months. So the conventional core analysis can’t meet the timeliness requirement of reservoir evaluation. The on-site quick analysis of core technology can solve these problems. The equipments required by this technology are simple, easy to transport, fast to measure, which can meet repeatability and stability industry standards with high accuracy compared with the laboratory tests. The on-site quick analysis of core technology can measure petrophysical parameters quickly including porosity and permeability, which can provide a reliable basis for on-site decision-making and follow-up testing operations for the complex reservoirs, the complex rock, the layer with high temperature and pressure, and other difficult layer.

core analysis; porosity; permeability; Beibu culf oilfield

張貴斌，男，1978年生，工程師，2005年畢業(yè)于石油大學(xué)(北京)石油地質(zhì)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，主要從事測(cè)井資料綜合解釋評(píng)價(jià)工作。E-mail：zhanggb4@cosl.com.cn

TE51

A

2096-0077(2017)03-0074-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.016

2017-02-15 編輯：屈憶欣)