一种模拟原物条件下岩心物性情况参数的实验方法

1.本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种模拟原物条件下岩心物性情况参数的 实验方法。


背景技术：

2.石油作为世界各国经济与人民生活必不可少的资源，其影响力巨大。石油作为不可再 生资源，随着我国常规油气资源的不断开发与应用，其储量和产量均出现了一定程度的下降， 开发难度越来越大。为了进一步提高油田采收率，必须合理的制定科学的开发方案。油藏岩 石以及流体的物性参数是油藏工程研究和油气田开发的重要依据。同时也是编制油田开发方 案和计算原油储量的重要依据。
3.目前，目前国内外利用此法进行物理模拟的情况甚少，为获得流体在岩石中不同条件下 的真实物性参数，大多数物理模拟实验都使用的都是真实岩心或者直接利用沙粒胶结而成的 人造岩心或者填砂管来模拟地下岩心，真实地下岩心通常在油田钻井取芯过程中，获取难度 大，不易获得，所以一般开展实验室实验很少使用真实岩心来做实验。人造岩心是通过不同 的沙粒胶结而成，是模拟地层条件人工制造的一种模拟岩心，虽然容易获取，但是胶结程度 不易控制，而且于地下真实岩心的实际情况差异比较大。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种模拟原物条件下岩心物性情况 参数的实验方法，本发明利用不同粒径地下真实岩心岩屑填充进自主研制的可循环使用的小 体积填砂管起到还原地下原始条件的作用，利用自制填充器并利用液压机辅助充填，采用氮 测渗透率孔隙度自动测试仪设备进行岩心物性测试模拟实验来模拟地下真实情况下，不同密 度下粒径分布一致的真实岩心的物性参数，并且用于评价水敏，缩膨效果评价，真实性更加 科学性，更接近地下真实油藏环境；可有效的还原地下情况，并对日后的现场施工提供一定 借鉴意义，本发明填砂管模型是一种充填石英砂的装置，通过充填不同粒径的石英砂来控制 不同的渗透率，可以循环使用，但是由于所充填的内部介质是石英砂，与地下真实岩心的实 际情况也无法客观地进行解释地下岩层物性基本情况，而且人工填充影响石英砂的压实度， 会造成孔隙度，渗透率都特别大，不能获得超低渗透率，而且目前机械压制的填砂管体积较 大，操作不便；具有材料廉价易买，制备方法简单易操作，实验结果可靠的特点。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种模拟原物条件下岩心物性情况参数的实验方法，按重量份数，为模拟真实岩心， 在制备初始样品过程中，把不同密度要求的混合样品放入岩心模拟装置进行一步成型，在还 原真实条件下岩心物性参数的基础上对水敏伤害进行评价，对于伤害前、伤害后的岩心渗透 率、孔隙度进行对比，计算水敏伤害率，并加入缩膨剂进行缩膨评价，包括以下步骤：
7.步骤1，配置砾岩填隙物混合材料：搅拌均匀，称量所需混合材料的量，留好备用；
8.步骤2，将岩心填砂装置底端先由不带孔的螺帽旋拧固定并镶嵌圆形不锈钢滤网；分 十次加入步骤1制备好的混合材料，每次用液压机进行压制，直至填至模具所需位置；
9.步骤3，岩心填砂装置上部镶嵌圆形不锈钢滤网，旋紧带孔螺帽，岩心填砂装置下部 卸除实心螺帽，旋紧空心螺帽，获得初始样品；
10.步骤4，将步骤3中制作的初始样品用保鲜膜包裹，并进行2天养护，渗透率孔隙度 检测，检测完后，初始样品用地层水中饱和后取出，擦干水后，检测初始样品的孔隙度和渗 透率，计算水敏伤害；
11.步骤5，将步骤3的初始样品在80℃恒温下进行缩膨剂驱替模拟流体真实修复，修复 结束后，擦干不锈钢表面水膜及吸湿顶底小孔水膜，再次检测孔隙度和渗透率，计算水敏伤 害修复效果。
12.所述的砾岩填隙物混合材料包括：20-40目砾岩岩屑20份；40-70目砾岩岩屑30份； 70-140目砾岩岩屑50份。
13.所述的砾岩填隙物混合材料还包括水50份。
14.所述的砾岩填隙物混合材料还包括1％缩膨剂10份和2％kcl20份。
15.步骤4所述的检测，将初始样品用岩心孔隙度渗透率检测孔隙度、渗透率数据，初始 样品检测完后用地层水中饱和后取出，擦干不锈钢圆筒表面的水膜及吸干顶底小孔水膜，称 重，测孔隙度和渗透率。
16.所述的一步法成型，将所需混合材料按照配比直接加入搅拌容器当中，混合材料在 50r/min条件下搅拌10min，得到复合岩屑料并称取相应密度下复合岩屑所需质量。
17.所述的养护，其养护条件为温度25℃、湿度0％，持续养护2天。
18.一种模拟原物条件下岩心物性情况参数的实验方法，按重量份数，包括以下步骤：
19.步骤1，按照20-40目砾岩岩屑20份，40-70目砾岩岩屑30份，70-140目砾岩岩屑 50份，2份的比例配料，搅拌均匀，获得的混合材料备用；
20.步骤2，先将岩心模拟装置底端由不带孔的螺帽旋拧固定，并镶嵌200目圆形不锈钢 滤网，岩心填砂装置镶嵌圆形不锈钢滤网；分十次加入制备好的混合材料，每次都用液压机 压制，直至填至模具所需位置；
21.步骤3，岩心填砂装置上部镶嵌200目圆形不锈钢滤网，旋紧带孔螺帽，岩心填砂装 置下部卸除实心螺帽，旋紧空心螺帽，获得初始样品；
22.步骤4，将步骤3中制作的初始样品用保鲜膜包裹进行2天的养护，养护完成后利用 氮测渗透率孔隙度自动测试设备进行岩心物性测试实验，将所得数据利用换算公式换算相应 体积下的岩心物性参数。
23.所述的岩心填砂装置，是一个内腔可填充不同目数岩屑的空心管，其两端设有可拆卸 的螺帽，螺帽内侧设有200目滤网，填实空隙，防止质量损失，以便气体、液体流动。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明由于采用了岩屑而不是石英砂，所以可以还原地下原始真实岩心情况，整个实 验过程，在岩心夹持器没有泄压情况下，由于自主设计的填砂管内部完美包裹岩心，可以成 功进行了岩心物性参数测试实验，误差较小，实验完成之后依据不同密度数据进行分析，可 以明显看到不同密度下岩心孔隙度渗透率的分布数据的优点，与真实地区物性参
数基本一 致，可以为后续开展相关储层评价实验提供新的思路，相比较与其他国内外直接利用人造岩 心或者石英砂填砂管进行岩心物性参数测试更具有真实性与可靠性，同时体积小巧，可拆卸 重复利用，具有一定的经济价值。
26.本发明利用自主研制的可循环使用的小体积填砂管针对地下原始砾岩岩屑，利用自制填 充器并利用液压机辅助充填，两头镶嵌定制不锈钢圆形滤网，并上紧螺帽，即可成型。利用 氮测渗透率孔隙度自动测试仪设备进行岩心物性测试实验，模型精密度高，从而保证岩心夹 持器与小体积填砂管无缝结合，螺帽内部对应靶状导流通道，确保分散导流能力优良。对内 部仿真模拟岩心进行岩心物性测试实验，实验结束之后拧开螺帽，取出内部岩屑，冲洗模型， 进行下一次实验。本发明主要机理为利用自主研制的可循环使用的小体积填砂管模拟地下岩 层实际情况，利用填充岩屑密度的不同来控制不同的渗透率、孔隙度，从而达到最大程度的 还原真实条件下岩心物性参数的的方法。本发明还具有制备材料廉价易买，制备方法简单易 操作，实验结果可靠的特点。
27.本发明研究了地层水对储层伤害的影响，采用氮测渗透率孔隙度自动测试仪设备进行岩 心物性测试模拟实验来模拟地下真实情况下，不同密度下粒径分布不一致的真实岩心的物性 参数，也可预测在不同密度情况下储层水敏伤害的情况，可有效的还原地下情况，通过抽真 空饱和装置对其进行水敏伤害处理，再一次进行测孔渗，针对性的还原目标地区的储层真实 情况并评价相应储层伤害，然后加入实验室自制缩膨剂，利用岩心驱替装置对该储层伤害程 度进行修复并评价，原位还原缩膨效果，结果表明：对于该研究区域储层位置，其砂砾泥混 杂、凝灰质和蒙脱石等不稳定水铝硅酸盐矿物含量高，导致水敏现象严重，通过自主设计的 实验方案预测后，针对性的还原了了该储层的真实岩心物性并评价了下水敏伤害以及治理效 果，与真实数据对比，还原度较高，相比单一矿物岩心评价实验，实验方法更加科学。
附图说明
28.图1是填砂管模型的结构示意图。
[0029][0030]
图2(a)是测试渗透率结果图。
[0031]
图2(b)是测试孔隙度结果图。
[0032]
图2(c)是测试孔隙度与渗透率的相关性图。
[0033]
图2(d)是测试孔隙度与渗透率的相关性图。
[0034]
图3(a)是水敏伤害评价与治理修复效果评价实验渗透率测试图。
[0035]
图3(b)是水敏伤害评价与治理修复效果评价实验孔隙度测试图。
[0036]
图4是水敏伤害评价与治理修复效果评价实验装置图。
[0037]
图5(a)是水敏伤害图。
[0038]
图5(b)是水敏伤害机理图。
[0039]
图5(c)是缩膨效果机理图。
[0040]
图中：1-水桶；2-恒流泵；3-六通阀一；4-缩膨剂容器；5-携砂液容器；6-活塞；7
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岩心夹持器；8-围压施加器一；，9-轴压施加器；10-六通阀二；11-围压施加器二。
具体实施方式
[0041]
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。
[0042]
一种模拟原物条件下岩心物性情况参数的实验方法，包括以下步骤：用砾岩岩屑对可 循环使用的岩心填砂管装置(又称填砂管)进行填充，填砂管两头镶嵌200目不锈钢圆形滤 网，填砂管两头旋紧螺帽，一步成型，并进行岩心物性测试实验，水敏伤害评价、缩膨效果 评价实验。
[0043]
本发明的主要内容为所需材料以及配方和操作方法，质量配方如下：
[0044]
表1地下真实岩心填隙物组合料配方
[0045]
掺量20-40目砾岩填隙物40-70目砾岩填隙物70-140目砾岩填隙物含量20％30％50％
[0046]
表2岩心物性模拟实验岩屑组合料配方
[0047][0048]
本发明采用的复合砾岩岩心填隙物为：平均粒径0.5mm的砾岩填隙物，质量比为20％， 平均粒径0.8mm的砾岩填隙物，质量比为30％平均粒径1.5mm的砾岩填隙物50％，由国内 某油田提供岩心碎样，敲开后除去内部砾石颗粒进行加工打磨；
[0049]
本发明采用的操作方法为：将所需复合混料按照配方比例加入到jsf-550型搅拌器(其 他品牌搅拌器均可)，转速50r/min，持续时间10min，待搅拌均匀之后混料放入磨具中搅拌 均匀，计算区块储层密度对应下所需混合料质量，留好备用，将岩心模拟装置底端先由不带 孔的螺帽旋拧固定并镶嵌圆形不锈钢滤网，其次分十次加入制备好的混合材料，并每次用液 压机进行同等次数压制，直至填至模具所需位置，上部镶嵌圆形不锈钢滤网，旋紧带孔螺帽， 使螺帽与岩心精密结合，下部卸除实心螺帽，旋紧空心螺帽，将样品用保鲜膜包裹进行2d 的养护，养护完成利用氮测渗透率孔隙度自动测试设备进行岩心物性测试实验将所得数据利 用换算公式换算相应体积下的岩心物性参数。
[0050]
实施例1
[0051]
按照表2配方比例配料，搅拌均匀，计算第1组不同密度下所需质量，留好备用，将 岩心填砂管装置底端先由不带孔的螺帽旋拧固定并镶嵌圆形不锈钢滤网，其次分十次加入制 备好的混合材料，并每次用液压机进行压制，直至填至模具所需位置，上部镶嵌圆形不锈钢 滤网，旋紧带孔螺帽，下部卸除实心螺帽，旋紧空心螺帽，将样品用保鲜膜包裹进行2d的 养护，测试其渗透率和孔隙度。参见图2，图2(a)是测试渗透率结果；图2(b)是测试孔隙度 结果；图2(c)是测试孔隙度与渗透率的相关性；图2(d)是测试孔隙度与渗透率的相关性从该 地区真实数据来看，在密度2.1附近，可以还原真实地层的孔隙度渗透率，分布在渗透
率1md，孔隙度20％左右，并取储层真实密度下渗透率孔隙度数据，见图2(d)，通过测试与实 际值对比发现，测试结果真实可靠，可有效还原不同地区的储层物性特征，为下一步评价实 验打好基础。
[0052]
实施例2
[0053]
按照表2配方比例配料，搅拌均匀，计算第2组不同密度下下所需质量，留好备用， 将自主研发的小体积岩心填砂管装置底端先由不带孔的螺帽旋拧固定并镶嵌圆形不锈钢滤 网，其次分十次加入制备好的混合材料，并每次用液压机进行压制，直至填至模具所需位置， 上部镶嵌圆形不锈钢滤网，旋紧带孔螺帽，下部卸除实心螺帽，旋紧空心螺帽，将样品用保 鲜膜包裹进行2d的养护，测完后样品利用真空饱和装置对样品进行饱和水，以进行水敏伤 害模拟，处理结束后，测孔隙度和渗透率。参见图3，图3(a)是水敏伤害评价图，结果显示： 该地区水敏伤害严重，水敏伤害达到45％，并且可以看出，随着储层的密度增大，水敏伤害 渗透率和孔隙度在不同密度条件下均减小，而且在伤害最严重的2.2g/cm3显示储层伤害最 严重，说明此方法可以有效模拟地下真实水敏伤害。
[0054]
实施例3
[0055]
按照表2配方比例配料，搅拌均匀，计算第3组不同密度下所需质量，留好备用，将 自主研发的小体积岩心填砂管装置底端先由不带孔的螺帽旋拧固定并镶嵌圆形不锈钢滤网， 其次分十次加入制备好的混合材料，并每次用液压机进行压制，直至填至模具所需位置，上 部镶嵌圆形不锈钢滤网，旋紧带孔螺帽，下部卸除实心螺帽，旋紧空心螺帽，将样品用保鲜 膜包裹进行2d的养护，测完后样品利用真空饱和装置对样品进行水敏伤害处理，处理结束 后，测孔隙度和渗透率，水敏后的样品再进行缩膨剂体系驱替以模拟流体真实修复过程，并 在80℃恒温下进行，结束后擦干不锈钢表面水膜及吸湿顶底小孔水膜，测孔隙度和渗透率。 参见图3，图3(a)是水敏伤害评价与治理修复效果评价实验渗透率测试图；图3(b)是水敏 伤害评价与治理修复效果评价实验孔隙度测试图，其中测试结果显示，加入真实岩心并填充 与自主设计的填砂管中后，可以有效评价水敏伤害，并且对其进行加入缩膨剂体系后，可以 有效修复该地区储层伤害，不同密度地区的储层伤害修复明显效果显著，不同密度地区按照 密度大小修复率依次为35％、32％、28％、37％、26％，其中该地区储层伤害大部分在45％ 左右，但是在用此方法模拟之后，可以明显还原储层修复状态，按照实验机理进行分析此方 法由于用不同比例岩石矿物，对于矿物组成进行配比，还原度提高，也进一步说明方案的可 靠性。
[0056]
本发明采用的岩心测试、水敏程度以及伤害程度修复测量方法为：将进行水敏伤害修复 实验后的样品渗透率折算，得出伤害程度的变化，涉及的计算公式如下：
[0057]
1)岩心渗透率公式按下式所示计算：
[0058][0059]
式中：
[0060]
k——岩心渗透率，md；
[0061]
q——单位时间内流体流过岩石的流量，cm3/s；
[0062]
μ——流体的粘度，pa
˙
s；
[0063]
l——岩石的长度，cm；
[0064]
a——流体流过岩石的截面积，cm2；
[0065]
δp——流体通过岩石前后的压差，mpa。
[0066]
2)岩心孔隙度公式按下式所示计算：
[0067][0068]
式中：
[0069]
φ——孔隙度，％；
[0070]
vp——岩心的孔隙体积；
[0071]
vr——岩心的外形体积。
[0072]
3)岩心伤害率公式按下式所示计算：
[0073][0074]
式中：
[0075]
kd——岩心伤害率，％；
[0076]
k1——注盐水渗透率，
×
10-3
μm2；
[0077]
k2——流体的渗透率，
×
10-3
μm2。
[0078]
计算所有样品不同情况下岩心的物性参数，对照真实密度下的岩心进行还原程度对比， 并对不同密度下的储层伤害以及水敏治理程度进行评价，三种评价方法对于不同密度下岩心 进行评价，可以看出设计的实验方法对岩心物性还原程度高，可以用来评价砂砾岩储层的真 实物性以及水敏、水敏修复后的物性参数等储层伤害实验，可靠性强；而且砂砾岩油藏近物 源快速堆积、砂砾泥混杂、凝灰质和蒙脱石等不稳定水铝硅酸盐矿物含量高，一般水敏严重， 可以加入缩膨剂体系通过与粘土矿物发生物理化学反应，使粘土晶格改性，使其遇水后不膨 胀；已膨胀的粘土晶格，通过化学反应改性后释放出水分子，晶格缩小。并通过多点吸附作 用使这些改性的粘土物质与原地层矿物牢固结合，从而避免了粘土矿物遇水膨胀、运移给地 层造成的伤害，加入缩膨剂后，带氧化性基团的阳离子将蒙脱石中带水化膜的阳离子取代， 其氧化性基团可使晶层间的水析出，使蒙脱石层间距离减小，体积收缩，缩膨效果明显，但 目前的缩膨效果、水敏治理效果评价方法单一，迫切需要本方法真实还原地下储层情况，并 相比真实岩心难以获取，此方法可以模拟真实矿类型进行还原物性参数，并评价储层水敏伤 害以及水敏伤害治理效果，后续可用来评价岩心伤害实验。
[0079]
本发明针对机理进行研究，结果表明缩膨剂的加入对于储层水敏伤害修复效果较好， 岩心物性参数的还原真实度高，得到的数据更接近于真实地层。本发明采用的性能测试方法 为：将养护好的样品使用采用氮测渗透率孔隙度自动测试仪设备进行岩心物性测试模拟实验 来模拟还原地下真实情况，并利用真空饱和加压装置与驱替装置进行岩心伤害，治理评价实 验。
[0080]
参见图1，图1(a)是填砂管模型的结构示意图，图1(b)是填砂管模型的示意图，其 中所述的岩心填砂装置(又称填砂管)，是一个内置空心，可以填充不同目数岩屑的空心管， 两端可以带有螺帽进行拆卸，见图1(a)附图，并用200目滤网垫片填实空隙；a部分为岩 心
填砂装置的填充器，b部分为岩心填砂装置整体结构，其两端设有螺纹；c、d部分为岩 心填砂装置的螺帽，其两端设有进气柱，底端设有靶状螺纹，增加导流能力。
[0081]
参见图2，图2(a)是测试渗透率结果；图2(b)是测试孔隙度结果；图2(c)是测试孔隙度 与渗透率的相关性；图2(d)是测试孔隙度与渗透率的相关性从该地区真实数据来看，在密度 2.1附近，可以还原真实地层的孔隙度渗透率，分布在渗透率1md，孔隙度20％左右，并取 储层真实密度下渗透率孔隙度数据，见图2(d)，通过测试与实际值对比发现，测试结果真实 可靠，可有效还原不同地区的储层物性特征，为下一步评价实验打好基础。
[0082]
参见图3，图3(a)是水敏伤害评价与治理修复效果评价实验渗透率测试图；图3(b) 是水敏伤害评价与治理修复效果评价实验孔隙度测试图，其中测试结果显示，加入真实岩心 并填充与自主设计的填砂管中后，可以有效评价水敏伤害，并且对其进行加入自主设计的缩 膨剂体系后，可以有效修复该地区储层伤害，明显效果显著，达到37％。
[0083]
参见图4，图4是水敏伤害评价与治理修复效果评价实验装置图；水桶1通过恒流泵 2与六通阀3相连；六通阀一3分别还连有围压施加器一8、缩膨剂容器4、携砂液容器5 的出口连通；缩膨剂容器4、携砂液容器5的出口通过另一六通阀10与岩心夹持器7的入 口相连通；岩心夹持器7的出口分别与围压施加器二11和轴压施加器9入口以连接管相连； 实验设备工作顺序为以多功能驱替系统作为实验设备，将完成洗油后的岩心进行巴西劈裂， 施加25mpa围压，先将水水作为驱替流体进行驱替实验并记录驱替压力变化，待岩心夹持 器尾部出液速率稳定后计算岩心初始渗透率k1。在将缩膨体系均匀分散至压裂液体系中重 复上述实验，通过修复后的岩心渗透率k2。将注入转向压裂材料的岩心置入岩心饱和系统 中对其进行40mpa，90℃的条件高温加压12h以模拟地层中高温高压环境，取出岩心。渗 透率k2与初始渗透率k1的比值为岩心渗透率恢复值。
[0084]
参见图5，图5(a)是水敏伤害图：由于储层水化膨胀的主要是由储层中含有的粘土矿 物引起，粘土矿物与水发生水化膨胀主要是由于蒙脱石中硅氧四面体和铝氢氧八面体单元之 间没有氢键，相互的联结弱，晶体层表面的极性si
–
o和o
–
h键可以吸附同极性的水分子， 水分子可以进入粘土矿物两晶层之间，使层间距离增大，导致水化膨胀和渗透率下降。而吸 附在晶体层表面的水分子可以在粘土矿物表面形成水合膜，扩大粘土晶格层之间的距离，使 粘土膨胀分散；图5(b)-(c)是缩膨效果机理图：用带氧化性基团的阳离子将蒙脱石中带 水化膜的阳离子取代，其氧化性基团可使晶层间的水析出，使蒙脱石层间距离减小，体积收 缩。