基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法

本发明涉及油气开采，具体涉及一种基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法。

背景技术：

1、非常规油气储层，如页岩和致密砂岩等，具有孔隙结构复杂、孔渗物性差等特点。加之纳米级孔隙在亲油性有机质中广泛分布，注入流体受到毛管力的严重制约，非常规油气藏的开采普遍面临产油效率低、提采难度大的困境。储层岩石的微观孔隙结构特征是影响油气储集及其运移方式的重要因素。因此,对非常规油气储层微纳米孔隙结构及其中流体流动规律的精细表征具有重要意义。目前主流的孔隙结构表征技术可以大致分为辐射法和流体侵入法两大类。其中，辐射法主要包括sem扫描电镜和nmr核磁共振法。而流体入侵法则一般包括mi cp高压压汞实验法和n2/co2等温吸附法。这些方法都存在一些本身的技术缺陷，以下将逐一介绍。

2、扫描电镜只能刻画局部的、二维孔径结构，并且现有技术的分辨率在2nm以上，很难探测到2nm以下的有机孔，当然，扫描电镜无法反应储层的润湿性特征。

3、核磁共振法的主要难点在于如何准确的将弛豫时间和孔径进行准确的对应，当然，核磁共振无法反应储层的润湿性特征。

4、高压压汞实验法由于要将非湿相的汞在高压作用下克服毛细管力侵入岩心，对于致密的砂岩和页岩来说，想要探测纳米级的孔隙，注入压力可能要高于400mpa，而在此高压下，岩心原有孔隙空间会遭到破坏，甚至有微裂缝的生成，当然，高压压汞无法反应储层的润湿性特征。

5、等温吸附法是基于bet理论通过吸附压力变换计算孔径分布的方法，然而，该方法同样无法分辨储层的润湿性。

6、总得来说，现有方法在研究页岩等非常规岩石时均存在一些技术上的局限性，而更为关键的是，传统的分析方法都不能有效地区分亲水孔隙和亲油孔隙或是两亲性孔隙。对于非常规油气储层，如页岩和致密砂岩等来说，相当一部分微孔(<2nm)分布在有机质中，这些孔表现出了极强的亲油性，且它们可能占到总孔隙空间的40％-60％，大量油气赋存于该空间内。与此相对的是一些介孔或大孔则分布在无机矿物中，表现出亲水性。当然还有相当一部分孔隙表现出复杂的两亲性特征。这种特殊的复杂混合润湿性特征，决定了油气赋存状态，影响着油气的运移行为，故而实现对油湿有机孔、水湿无机孔以及两亲性孔的分别描述对于非常规油气储层的开发至关重要。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种构思合理，可以实现对水湿性孔隙、油湿性孔隙以及两亲性孔隙进行分别描述，可以实现对非常规储层的孔隙结构进行更为精细化的表征，可以探测到部分传统方法不能探测到的纳米级孔隙的基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法,其取用两块岩石物性相近的储层岩石，一块进行油相自发渗吸实验，另一块进行水相自发渗吸实验,实验结束后，基于渗吸瞬态分析法，通过拟合油自发渗吸曲线得到油湿性和两亲性孔隙孔径分布psdow+psdiw，通过水相自发渗吸曲线得到水湿性和两亲性孔隙孔径分布psdww+psdiw,再对进行过水相自发渗吸实验的岩心进行水相带压渗吸实验，以得到油湿性孔隙孔径分布psdow，最后通过解耦过程，得到水湿性孔隙孔径分布psdww和两亲性孔隙孔径分布psdiw，至此，完成复杂润湿性孔径分布计算。

3、所述基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法,其中,所述渗吸瞬态分析法，包括以下步骤:

4、1.1)建立可以反应储层孔隙结构的分形自发渗吸数学模型；

5、1.2)将分形自发渗吸数学模型与实验数据拟合，以得到控制孔径分布的关键参数；

6、1.3)基于拟合后的关键参数，结合分形理论计算孔径分布。

7、所述基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法,其中，所述步骤1.1)中建立可以反应储层孔隙结构的分形自发渗吸数学模型的具体过程为：

8、1.1.1)自发渗吸数学模型的建立

9、根据经典的lucas-washburn模型，渗吸速度与孔隙直径的二分之一次方成正比，特定时间下渗吸高度应与孔径大小有关，故对经典的lucas-washburn模型进行改进，推导出自发渗吸数学模型为：

10、

11、上式(1)中，mt为渗吸相吸入多孔介质的质量，可以在渗吸实验中测得，其为时间的函数；af为渗吸岩心横截面积；ρ为润湿流体密度；σ为界面张力；θ为接触角；μ为润湿相粘度；t为时间；h为岩心高度；dmax为最大孔径，dmin为最小孔径，df为分形维数，φ′为表面孔隙度，dc为临界孔径；其中，临界孔径dc是一个关于时间的函数，即：

12、

13、上式(2)中，μ为年度，τ为孔隙迂曲度，h为岩心高度，σ为界面张力，θ为接触角；

14、1.1.2)孔径分布关键参数的得出

15、在自发渗吸模型建立后，基于该自发渗吸模型，对渗吸实验结果进行拟合，进而求得控制孔隙结构的关键参数；关键参数包括最小孔径dmin，孔隙迂曲度τ和分形维数df；对于孔隙迂曲度τ和分形维数df的计算，可以通过基因算法寻找使得式(3)中的目标函数of最小的关键参数值为：

16、

17、上式(3)中n为实验数据点的总数，mi为由公式(1)计算的渗吸质量，为实验得到的渗吸质量；而对于最小孔径dmin，得益于新模型基于的非活塞式驱替前缘假设，最小孔的渗吸平衡时间对应于宏观上岩心渗吸实验的平衡时间，dmin可以由下式计算得到：

18、

19、上式(4)中，teq为自发渗吸实验的平衡时间；

20、1.1.3)亲水性和亲油性孔径分布的计算

21、基于上述步骤1.1.2)得到关键参数后，再基于分形理论推导出孔径分布的计算公式；首先，得到孔径大小介于d1和d2之间的孔的孔隙体积v(d)为：

22、

23、上式(5)中φa为润湿孔隙度，用来区分水湿孔隙孔隙度和油湿孔隙孔隙度的一个重要参数；d1和d2分别为所研究孔径区间的上限和下限，为人为选取的任意值，d2>d1，得到多孔介质总孔隙体积vi为：

24、

25、联立上式(5)和式(6)可得到介于d1和d2之间的孔的孔隙体积占比f(d)％为：

26、

27、上式(7)为计算孔径分布的核心公式；通过上述步骤1.1.2)的方法，可通过拟合水相自发渗吸实验获得控制亲水孔+两亲性孔的孔径分布的关键参数，以及通过拟合油相自发渗吸实验获得控制亲油+两亲性孔的孔径分布的关键参数，然后再通过上式(7)计算出水湿性和两亲性孔隙孔径分布psdww+psdiw，以及油湿性和两亲性孔隙孔径分布psdow+psdiw。

28、所述基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法,其中：所述带压渗吸实验法是通过带压渗吸实验装置对已经进行过水相自发渗吸实验的岩心进行带压渗吸实验，以求得psdow。

29、所述基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法,其中：所述带压渗吸实验装置包括i sco高压泵、第一阀门、第二阀门、高压累积器和第三阀门；所述i sco高压泵的输出端通过管路与所述高压累积器的输入端匹配连接；所述高压累积器的内腔匹配安装有活塞；所述第一阀门匹配安装在所述i sco高压泵输出端的管路上；所述第二阀门匹配安装在所述高压累积器输入端的管路上；所述高压累积器的输出端匹配安装有所述第三阀门。

30、所述基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法,其中，所述带压渗吸实验法的具体操作过程为：

31、2.1)将完成自发渗吸实验的岩心置于所述高压累积器的活塞的上部，并在所述高压累积器位于所述活塞上方的腔室内注满地层水，封紧所述高压累积器的上部；

32、2.2)打开所述第一阀门、第二阀门和第三阀门，通过所述i sco高压泵将去离子水注入所述高压累积器位于所述活塞下方的腔室内，将所述高压累积器位于所述活塞上方的腔室内残存的空气通过所述第三阀门排净；

33、2.3)保证所述高压累积器位于所述活塞上方的腔室有足够空间，以免在加压过程中岩心触及所述高压累积器的顶部造成受力；

34、2.4)关闭所述第三阀门，通过所述i sco高压泵从2800kpa开始逐渐增压，增压梯度为2000kpa/次，每次增压后，保持压力24小时，保证装有岩心的所述高压累积器达到平衡，然后泄压称重；

35、2.5)重复上述步骤2.4)中增压平衡和泄压称重过程，直至压力达到70000kpa，根据young-lap l ace定理，探测到直径约为1.1nm的孔喉；

36、2.6)根据young-lap l ace定理可由注入压力得到对应的孔喉半径，而岩样增重则可算出对应的孔隙体积，进而求得psdow。

37、所述基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法,其中，所述解耦过程具体为：由渗吸瞬态分析法，得到了亲水孔+两亲性孔的孔径分布psdww+psdiw，以及亲油孔+两亲性孔的孔径分布psdow+psdiw；而通过带压渗吸实验得到亲油孔孔径分布psdow；通过下式(8)可以首先解耦得到两亲性孔孔径分布psdiw为：

38、psdiw＝(psdow+psdiw)-psdow (8)；

39、进而可解耦得到亲水孔孔径分布psdww为：

40、psdww＝(psdww+psdiw)-psdiw (9)。

41、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

42、本发明基于渗吸实验描述复杂润湿性孔径分布的方法构思合理，可以实现对水湿性孔隙、油湿性孔隙以及两亲性孔隙进行分别描述，这是传统的孔隙结构表征实验(包括高压压汞、等温吸附等)不具备的能力。本发明可以实现对非常规储层(页岩、致密砂岩等)的孔隙结构进行更为精细化的表征，具体来说，水湿孔主导着注入液的渗吸行为，而油湿孔则是提采开发的研究重点，精准描述水湿孔和油湿孔的孔径分布特征对于非常规储层的高效开发具有重要意义。

43、相比于传统的实验方法(如高压压汞)，本发明可以探测到部分传统方法不能探测到的纳米孔隙(<2nm)。横坐标为孔径分布，纵坐标为孔径体积百分数。黑色代表高压压汞得出的孔径分布，而绿色则是通过本技术得出的孔径分布。不难看出，该岩心有近23％的纳米孔(<3nm)，而由于压力极限的限制，高压压汞无法有效探测到这些孔，但是新的技术因为以来于毛细管力驱动的渗吸行为，所以可以有效地探测到该孔隙空间。