一种CO2与页岩油藏油气置换规律评价方法与流程

一种co2与页岩油藏油气置换规律评价方法
技术领域
1.本发明属于油藏开发技术领域，特别涉及一种co2与页岩油藏油气置换规律评价方法。


背景技术：

2.注水是目前常规油藏通用的提高采收率的方法，但是，在注水开发之后，地层孔隙中 仍然存在一部分原油无法被采出，我们通常称之为剩余油。针对这部分剩余油，气驱是常 用的三次采油方法，其机理是通过向地层中注入气体来驱替水驱剩余在储层中的原油，co2是气驱的常用气体之一，其在提高采收率方面取得的效果受到广泛认可。
3.我国也在大庆等几个大油田先后开展了co2驱项目。但是，由于co2气源缺乏的问题， 使得我国在co2驱油方面发展受到严重限制，直到后期发现了一些规模较小的co2气田， 才使得该项技术得到发展，co2气驱项目在国内各大油田逐步开展，理论研究上也有了突 破。室内实验及现场实验表明，和水驱相比，co2驱油可以显著提高低渗油藏和小断块油 藏的开发效果。co2非混相驱油容易造成早期co2突破，而在混相条件下，co2和原油可 以任意比例混合，消除界面张力从而获得高效的co2驱油效率。此外，co2在原油中充分 溶解，降低原油粘度，降低表面张力等co2驱的优势在混相驱阶段充分显现，进而更多的 co2进入小孔喉驱油。页岩油藏孔喉细小，微纳米级孔喉发育，co2混相驱对于页岩油藏具 有适应性。
4.中国各盆地页岩油资源潜力巨大，随着开采技术愈发成熟完善，页岩油必将成为现实 性战略接替资源。co2驱油技术应用于国内页岩油藏的开发，具有不耗费水资源、对储层 无伤害、返排迅速及造缝能力强的极大优势。cn201810886910.2公布了一种针对致密油藏 的co2压裂驱油一体化采油方法，cn201921121815.x公布了一种致密油岩心的co2驱替 装置，cn202010456667.8公布了致密油藏co2驱储层动用特征评价方法， cn202010456442.2公布了致密油藏不同矿物组分岩心co2驱提高采收率评价方法。上述专 利对co2驱油的研究对象多集中于致密砂岩，对于co2驱油与页岩的作用规律研究较少， 尤其是没有从微观孔隙尺度揭示co2与页岩油的置换机理。目前的co2驱油技术效果的评 价主要通过储层地质建模和油藏数值模拟实现，但是一些矿场实际区块不具备数值模拟和 地质建模的条件，例如，一些刚开发的区块，井的数量少，区块油藏资料不全，对区块的 认识程度低，不适合直接采用数值模拟和地质建模对区块的co2驱油技术效果进行分析和 评价。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种co2与页岩油藏油气置换规律评价方法，通 过室内模拟实验，利用核磁共振在线监测技术，分析在co2混相与非混相状态下置换油气 效果的影响因素，揭示co2与页岩油藏油气的置换规律，从而优化现场的注入、工艺参数， 提高页岩油藏的采收率。
6.本发明的技术方案在于：一种co2与页岩油藏油气置换规律评价方法，包括以下步
骤：
7.s1：准备岩心样品，并编号；
8.s2：选取s1中编号的岩心样品依次进行洗油、干燥、称重，并测量岩心样品的空气渗 透率；
9.s3：将s2中处理后的岩心样品充分饱和模拟地层水；
10.s4：用锰水以恒定流量驱替s3中充分饱和模拟地层水的岩心样品，驱替结束时进行核 磁共振t2谱测试；
11.s5：将s4中岩心样品以恒定流量进行饱和模拟原油驱替，直到岩心样品出口产液不含 水为止，建立地层原始油水分布，驱替结束时对岩心样品进行核磁共振t2谱测试；
12.s6：用二氧化碳以恒定流量驱替s5中饱和模拟原油的岩心样品，直到岩心样品出口产 液不含原油为止，驱替结束时对岩心样品进行核磁共振t2谱测试；
13.s7：重新选取s1中不同编号的岩心样品，重复步骤s2～s6，至少进行5组二氧化碳驱 替实验，根据二氧化碳在不同恒定流量驱替岩心样品的核磁共振t2谱，定量计算二氧化碳 驱油效率，对co2与页岩油藏油气置换规律进行评价，从而优化页岩油藏二氧化碳驱油的 注入参数，所述二氧化碳驱油效率b计算公式为：
[0014][0015]
式中：si为初始饱和模拟原油与二氧化碳置换后的t2谱频率面积差，so为二氧化碳置 换后的t2谱频率面积。
[0016]
所述s1中岩心样品的直径为25mm，岩心样品的数量≥5块。
[0017]
所述s2中岩心样品洗油的具体过程为：将岩心样品放置于苯与酒精体积比为1:3的萃 取容器中进行洗油。
[0018]
所述s2中岩心样品干燥的具体过程为：待洗油结束后，将岩心样品放置恒温箱中加热 至100～105℃，并保持温度不变24～48小时，取出测量岩心干重。
[0019]
所述s2中采用稳态法测量岩心样品的空气渗透率。
[0020]
所述s4中锰水的mn
2+
的浓度大于地层水矿化度，驱替s3中充分饱和模拟地层水的岩 心样品的恒定流量为0.1～0.2ml/min，注入量为3～4pv，pv为孔隙体积。
[0021]
所述s5中模拟原油驱替s4中饱和模拟原油岩心样品的恒定流量为0.1～0.2ml/min。
[0022]
所述s5中模拟原油为原油与精制煤油按照体积比1:1配置，所述s5中模拟原油在常 温20℃条件下粘度为6.5～8mpa
·
s。
[0023]
所述步骤s7中，至少进行的5组二氧化碳驱替实验，二氧化碳为混相状态的实验组数 至少为2组。
[0024]
本发明的技术效果在于：1、本发明通过驱替实验与核磁共振测试技术相结合，通过不 同恒定流量驱替岩心样品核磁共振t2谱，定量计算二氧化碳驱油效率，相比储层地质建模 和油藏数值模拟，本发明计算结果准确、可靠；2、本发明通过分析co2与页岩油藏油气置 换前后的核磁共振t2谱，揭示了co2在置换过程中不同孔径孔喉的油气置换微观机理与关键 控制因素，评价结果更加直观、准确；3、本发明通过驱替实验与核磁共振测试技术相结合， 相比传统的驱替实验，使用核磁共振t2谱定量计算二氧化碳驱油效率，不需要对驱
替后的 产出物进行收集、计量，减少实验人员与化学物品的接触，更加安全；4、本发明通过对 co2与页岩油藏油气置换规律进行评价，可以优化页岩油藏二氧化碳驱油的注入参数，使 co2注入储层驱替原油达到最好的效果。
[0025]
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
[0026]
图1为本发明实施例孔径分布为101ms-102ms区间内驱油效率计算示意图。
[0027]
图2为本发明实施例n1号岩心核磁共振t2谱曲线。
[0028]
图3为本发明实施例n2号岩心核磁共振t2谱曲线。
[0029]
图4为本发明实施例n3号岩心核磁共振t2谱曲线。
[0030]
图5为本发明实施例n4号岩心核磁共振t2谱曲线。
[0031]
图6为本发明实施例n5号岩心核磁共振t2谱曲线。
具体实施方式
[0032]
实施例1
[0033]
一种co2与页岩油藏油气置换规律评价方法，包括以下步骤：
[0034]
s1：准备岩心样品，并编号；
[0035]
s2：选取s1中编号的岩心样品依次进行洗油、干燥、称重，并测量岩心样品的空气渗 透率；
[0036]
s3：将s2中处理后的岩心样品充分饱和模拟地层水；
[0037]
s4：用锰水以恒定流量驱替s3中充分饱和模拟地层水的岩心样品，驱替结束时进行核 磁共振t2谱测试；
[0038]
s5：将s4中岩心样品以恒定流量进行饱和模拟原油驱替，直到岩心样品出口产液不含 水为止，建立地层原始油水分布，驱替结束时对岩心样品进行核磁共振t2谱测试；
[0039]
s6：用二氧化碳以恒定流量驱替s5中饱和模拟原油的岩心样品，直到岩心样品出口产 液不含原油为止，驱替结束时对岩心样品进行核磁共振t2谱测试；
[0040]
s7：重新选取s1中不同编号的岩心样品，重复步骤s2～s6，至少进行5组二氧化碳驱 替实验，根据二氧化碳在不同恒定流量驱替岩心样品的核磁共振t2谱，定量计算二氧化碳 驱油效率，对co2与页岩油藏油气置换规律进行评价，从而优化页岩油藏二氧化碳驱油的 注入参数，所述二氧化碳驱油效率b计算公式为：
[0041][0042]
式中：si为初始饱和模拟原油与二氧化碳置换后的t2谱频率面积差，so为二氧化碳置 换后的t2谱频率面积。
[0043]
本发明中核磁共振技术的原理是岩样饱和油或水后，油、水中的氢核所具有的核磁矩 在均匀分布的外加静磁场中产生能级分裂，此时外加一个特定频率的射频场，核磁矩就会 发生吸收跃迁，产生核磁共振，核磁共振信号强度与被测样品内所含氢核的数目成正比。 磁化矢量在射频场激发下发生核磁共振时偏离平衡态后又恢复到平衡态的过程称为弛豫， 其弛豫运动幅度随时间衰减的信号能够被接收到。能够用t1纵向弛豫时间以及t2横
向弛 豫时间来描述信号衰减的快慢。尽管两者均能反映储层岩石物性和流体特性，但由于t1测 量速度相比于t2测量速度来说较慢，所以核磁共振测量中一般使用后者测量。弛豫时间由 岩石物性和流体特征决定，对于同一种流体，弛豫速度只取决于岩石物性。纯净物质样品 如纯水中每个氢核所处的环境及原子核之间的作用均相同，可用一个弛豫时间t2描述样品 的物性。
[0044]
岩石流体系统物性不同，所具有t2分布也不同，反过来也可通过核磁共振仪获得的t2分布确定岩石流体的物理性质。由于模拟油不含氢核1h，油驱水至岩心不产水后测得的束 缚水状态下的t2分布曲线，表征的即为束缚流体的分布，与饱和水状态下的t2分布曲线 相比，该曲线纵坐标降低的部分即为可动流体部分。
[0045]
由渗流力学理论可知，当储层孔隙半径小到一定程度后，孔隙中的流体将被毛管力或 黏滞力所束缚而无法流动。根据前人的研究可知，页岩储层束缚流体主要分布在半径较小 的孔隙内，只有很少一部分存在较大孔喉的壁面处，而可动流体主要分布在半径较大的孔 喉内。多孔介质内存在一个确切的孔喉半径截止值，将赋存在其中的流体划分为两部分， 小于该值的所有孔隙中的流体均为束缚状态，现有的条件下难以流动；而大于该值的孔隙 中的流体则是可动的。
[0046]
根据核磁共振原理，不同渗透率岩心饱和水状态的核磁共振测t2谱与岩石中孔隙半径 存在一一对应关系，即较长的t2弛豫时间对应岩样中较大的孔隙，而较短的t2弛豫时间对 应较小的孔隙。那么在t2谱上就也存在一个分界点，当孔隙流体的t2弛豫时间大于某一值 时，流体为可动流体，反之则为束缚流体。
[0047]
本发明通过驱替实验与核磁共振测试技术相结合，通过测量出液端含水率100％时岩心 油信号t2谱，计算不同实验条件下的驱油效率，从而明确co2与页岩油的置换规律，实验 执行标准sy/t 5336-2006，sy/t 6490-2016。
[0048]
所述s1中岩心样品的直径为25mm，岩心样品的数量≥5块。
[0049]
所述s2中岩心样品洗油的具体过程为：将岩心样品放置于苯与酒精体积比为1:3的萃 取容器中进行洗油。通过苯与酒精体积比为1:3的萃取，可以将岩心样品中的残余油洗出， 防止对后续实验结果造成干扰，更准确的测量孔隙体积。
[0050]
所述s2中岩心样品干燥的具体过程为：待洗油结束后，将岩心样品放置恒温箱中加热 至100～105℃，并保持温度不变24～48小时，取出测量岩心干重。
[0051]
所述s2中采用稳态法测量岩心样品的空气渗透率，具体执行gb/t 29172-2012标准。
[0052]
所述s4中锰水的mn
2+
的浓度大于地层水矿化度，驱替s3中充分饱和模拟地层水的岩 心样品的恒定流量为0.1～0.2ml/min，注入量为3～4pv，pv为孔隙体积，所述s4中锰水的 作用是充分抑制地层水中的氢离子信号，使t2谱只表征模拟原油的氢离子信号，从而评价 驱油效率。
[0053]
所述s5中模拟原油驱替s4中饱和模拟原油岩心样品的恒定流量为0.1～0.2ml/min。
[0054]
所述s5中模拟原油为原油与精制煤油按照体积比1:1配置，所述s5中模拟原油在常 温20℃条件下粘度为6.5～8mpa
·
s。
[0055]
所述步骤s7中，至少进行的5组二氧化碳驱替实验，二氧化碳为混相状态的实验组
数 至少为2组。
[0056]
实施例2
[0057]
采用本发明评价方法对某油田页岩油藏的岩心样品进行co2与页岩油的置换规律评 价。具体过程为：
[0058]
s1：准备岩心样品，并编号；
[0059]
在标准岩心上钻取直径25mm的岩心，岩心编号n1、n2、n3、n4、n5，分别测量岩 心的直径、长度；
[0060]
s2：对s1中获取的岩心样品依次进行洗油、干燥、称重，并测量岩心样品的空气渗透 率；岩心样品洗油的具体过程为：将岩心样品放置于苯与酒精体积比为1:3的萃取容器中进 行洗油，岩心样品干燥的具体过程为：待洗油结束后，将岩心样品放置恒温箱中加热至 105℃，并保持温度不变48小时，取出测量岩心干重，采用稳态法测量岩心样品的空气渗 透率，岩心物性参数见表1；
[0061]
表1核磁共振驱替实验岩心物性表
[0062][0063]
s3：将s2处理后的岩心样品充分饱和模拟地层水，实验设备：牛津geospec2/53核磁 共振仪；ldy-150高温高压动态驱替系统；
[0064]
s4：用锰水以恒定流量驱替s3中充分饱和模拟地层水的岩心样品，驱替结束时进行核 磁共振t2谱测试，锰水为mn
2+
的浓度为30000mg/l，驱替s3中充分饱和模拟地层水的岩 心样品的恒定流量为0.1ml/min，注入量为3～4pv。
[0065]
s5：将s4中岩心样品以恒定流量进行饱和模拟原油驱替，直到岩心样品出口产液不含 水为止，建立地层原始油水分布；驱替结束时对岩心样品进行核磁共振t2谱测试，模拟原 油驱替s4中饱和模拟原油岩心样品的恒定流量为0.1ml/min，所述s5中模拟原油在常温 20℃条件下粘度为6.5～8mpa
·
s；
[0066]
s6：用二氧化碳以恒定流量驱替s5中饱和模拟原油的岩心样品，直到岩心样品出口产 液不含原油为止，驱替结束时对岩心样品进行核磁共振t2谱测试；
[0067]
s7：重复步骤s2～s6，在co2混相与非混相状态下对岩心样品进行驱替实验，其中co2 混相状态的核磁共振驱替实验2组，co2非混相状态的核磁共振驱替实验3组，实验中的 核磁共振驱替实验参数设置如表2所示，每组实验结束时进行核磁共振t2谱测试，核磁共 振t2谱如图2～5所示；
[0068]
表2核磁共振驱替实验参数设置
[0069][0070][0071]
对比s7中co2混相与非混相状态下的岩心样品核磁共振t2谱，定量计算co2混相与 非混相状态下的驱油效率，如图1是确定孔径为101ms-102ms的孔喉驱油效率计算方法示 意图。假设半径为101ms-102ms的孔喉中初始饱和原油量由(si)表示，该区域在经过水 驱以后的原油量由so表示，通过对比实验前后饱和原油t2谱的频率面积差值，可计算二 氧化碳驱油效率b计算公式为：
[0072][0073]
式中：si为初始饱和模拟原油与二氧化碳置换后的t2谱频率面积差，so为二氧化碳置 换后的t2谱频率面积。
[0074]
co2混相与非混相状态下与原油置换的驱油效率如表3所示。
[0075]
n1号岩心样品初始状态核磁共振结果如图2所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 32504.54，孔喉动用范围介于0.01～505.26ms。初始油水分布状态下核磁共振t2谱大致呈双 峰态，左峰略高于右峰，被检测到的大部分信号在弛豫时间不超过100ms的范围内，在核 磁共振弛豫时间超过100ms后，曲线出现一个较低的峰值。因此，n1号样品在初始油水关 系状态下，具有三种类型的孔喉，分别为介于0.01～1.20ms的较小孔喉、介于1.20～191.16ms 的中等孔喉和介于191.16～505.26ms的较大孔喉，计算3类孔喉的相对含量为46.96％、 52.12％、0.92％。
[0076]
n1号岩心样品co2驱替后的实验结果如图2所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 13880.82，孔喉动用范围介于0.01～622.26ms，驱油效率为57.30％。co2驱后岩心样品t2谱近似呈单峰态，其中初始状态的右峰明显下降，左峰下降幅度较小，被检测到的大部分 信号在弛豫时间不超过30ms的范围内。根据初始状态划分的3类孔喉范围，在介于 0.01～1.20ms、1.20～191.16ms、191.16～505.26ms的范围内co2驱的驱油效率分别为16.50％、 40.29％、0.51％，co2驱出的油主要来自较大孔喉，仍有一定量的剩余油赋存在较小孔喉中。
[0077]
n2号岩心样品核磁共振驱替实验结果如图3所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 50946.28，孔喉动用范围介于0.01～880.49ms。初始油水分布状态下核磁共振t2谱呈双峰态， 右峰高于左峰，被检测到的大部分信号在弛豫时间不超过1000ms的范围内。因此，n2号 样品在初始油水关系状态下，较小孔喉介于0.01～1.20ms，相对含量为33.87％，较大孔喉 介于1.20～880.49ms，相对含量为66.13％。
[0078]
n2号岩心样品co2驱替后的实验结果如图3所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 20960.78，孔喉动用范围介于0.01～622.26ms，驱油效率为58.86％。co2驱后岩心样品t2谱呈双峰态，其中右峰明显下降，左峰下降幅度较小，曲线整体左移，被检测到的大部分 信号
在弛豫时间不超过144.81ms的范围内。根据初始状态划分的2类孔喉范围，在介于0.01～1.20ms、1.20～880.49ms的范围内co2驱的驱油效率分别为17.75％、41.11％，co2驱 出的油主要来自较大孔喉，仍有一定量的剩余油赋存在较小孔喉中。
[0079]
根据前期实验测定的长7页岩油藏最小混相压力mmp为23.3mpa，n2号样品与n1 号样品的注入压力为25mpa，二者均为混相驱条件下的驱替，驱油效率较高。不同的是， n1号样品的恒定流量为0.2ml/min，驱油效率为53.03％，n2号样品的恒定流量为 0.4ml/min，驱油效率为58.86％，说明恒定流量的提高能够在一定程度上提高岩心样品的 驱油效率。
[0080]
n3号岩心样品核磁共振驱替实验结果如图4所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 49421.66，孔喉动用范围介于0.01～439.76ms。初始油水分布状态下核磁共振t2谱呈双峰态， 右峰高于左峰，被检测到的大部分信号在弛豫时间不超过1000ms的范围内。因此，n3号 样品在初始油水关系状态下，较小孔喉介于0.01～1.38ms，相对含量为31.97％，较大孔喉 介于1.38～439.76ms，相对含量为68.03％。
[0081]
n3号岩心样品co2驱替后的实验结果如图4所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 20938.63，孔喉动用范围介于0.01～580.52ms，驱油效率为57.63％。co2驱后岩心样品t2谱呈双峰态，其中右峰明显下降，左峰下降幅度较小，曲线整体左移，被检测到的大部分 信号在弛豫时间不超过580.52ms的范围内。根据初始状态划分的2类孔喉范围，在介于 0.01～1.48ms、1.48～580.52ms的范围内co2驱的驱油效率分别为9.39％、48.24％，co2驱 出的油主要来自较大孔喉，仍有一定量的剩余油赋存在较小孔喉中。
[0082]
n4号岩心样品核磁共振驱替实验结果如图5所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 34004.59，孔喉动用范围介于0.01～1431.46ms。初始油水分布状态下核磁共振t2谱呈双峰 态，右峰高于左峰，被检测到的大部分信号在弛豫时间不超过1000ms的范围内。因此， n4号样品在初始油水关系状态下，较小孔喉介于0.01～1.59ms，相对含量为35.92％，较大 孔喉介于1.59～1431.46ms，相对含量为64.08％。
[0083]
n4号岩心样品co2驱替后的实验结果如图5所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 15942.98，孔喉动用范围介于0.01～580.52ms，驱油效率为53.12％。co2驱后岩心样品t2谱呈双峰态，左峰略高于右峰，其中右峰明显下降，左峰下降幅度较小，曲线整体左移， 被检测到的大部分信号在弛豫时间不超过580.52ms的范围内。根据初始状态划分的2类孔 喉范围，在介于0.01～1.70ms、1.70～580.52ms的范围内co2驱的驱油效率分别为5.50％、 47.62％，co2驱出的油主要来自较大孔喉，仍有一定量的剩余油赋存在较小孔喉中。
[0084]
n5号岩心样品核磁共振驱替实验结果如图6所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 43992.00，孔喉动用范围介于0.01～1245.88ms。初始油水分布状态下核磁共振t2谱呈双峰 态，左峰高于右峰，被检测到的大部分信号在弛豫时间不超过1000ms的范围内。因此， n5号样品在初始油水关系状态下，较小孔喉介于0.01～1.70ms，相对含量为47.56％，较大 孔喉介于1.70～1245.88ms，相对含量为52.44％。
[0085]
n5号岩心样品co2驱替后的实验结果如图6所示，核磁共振t2谱与横轴包络面积为 23456.70，孔喉动用范围介于0.01～622.26ms，驱油效率为53.32％。co2驱后岩心样品t2谱呈双峰态，左峰略高于右峰，其中右峰明显下降，左峰下降幅度小，曲线整体左移，被 检测到的大部分信号在弛豫时间不超过622.26ms的范围内。根据初始状态划分的2类孔喉 范围，在介于0.01～1.48ms、1.48～622.26ms的范围内co2驱的驱油效率分别为17.76、
35.56％， 与以上4块样品不同的是，n5号样品co2驱出的油主要来自较小孔喉，仍有一定量的剩余 油赋存在较大孔喉中。
[0086]
参见表3，长7页岩油藏最小混相压力mmp为23.3mpa，n3号、n4号、n5号样品 的注入压力为17mpa，均为非混相驱条件下的驱替，驱油效率介于53.12％～57.63％，平均 为54.69％，低于混相驱条件下的驱油效率。不同的是，n3号样品渗透率较高，驱油效率 高于相同实验条件下的n4号样品；n5号样品渗透率较高，且驱替温度较高，虽然驱油效 率不及n3号、n4号样品，但对较小孔喉的动用程度较高。
[0087]
表3 co2驱替不同孔喉的驱油特征
[0088][0089]
本发明通过室内模拟实验，改变注入压力、恒定流量、注入量和作用时间，利用核磁 共振在线监测技术，评价co2压裂过程中不同尺度多孔介质内部流体分布特征，明确co2与页岩油的置换规律，为提高页岩油藏的采收率奠定基础。
[0090]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。