确定多孔介质内部气水渗吸情况的方法及系统

技术领域

本发明涉及油气勘探与开发技术领域，具体涉及一种多孔介质内部气水渗吸情况的测试方法及系统。

背景技术

在多孔介质中，润湿相流体依靠毛管力作用置换非润湿相流体的过程称为渗吸，它是毛管力作用下的一种常见的多相流现象。在油气开发领域，油水渗吸和气水渗吸作用对开发效果均有着重要影响。在油藏的注水开发中，渗吸现象普遍存在。而在气藏开发中，渗吸作用同样影响巨大，气藏控水开发是提高采收率的重要措施，而储层中由于气水渗吸作用，尤其裂缝水侵过程中裂缝-基质间的气水渗吸极可能会导致储层含水饱和度上升，造成水封气，严重影响气藏采收率。

国内外研究人员对多孔介质的渗吸作用开展了详细的室内实验研究，但在研究方向上主要集中在油水渗吸方面，在气水渗吸实验方法和渗吸作用定量检测方法上研究较少，例如，李士奎等，低渗透油藏自发渗吸驱油实验研究，石油学报，2007(02):109-112；张翼等，一种适用于低渗油藏的渗吸采油方法及实验室模拟方法，CN104806214A，2015。在渗吸作用分析测试方法上，则主要采用体积法或称重法对岩心的渗吸量进行计量。体积法和称重法操作方便,都能获得多孔介质单位时间内渗吸作用引起的样品整体流体饱和度变化总量，但是均无法获得多孔介质内部不同位置处的渗吸量，无法分析多孔介质内部不同部位渗吸速率及波及范围。例如，朱维耀等，低渗透裂缝性砂岩油藏多孔介质渗吸机理研究，石油学报，2002(06)；杨胜来等，岩心渗吸实验装置，CN205483895U，2016。

目前，低场核磁共振成像(NMR)技术目前已广泛应用于石油工程领域，如核磁测井、岩石孔径分布、岩石表面润湿性测定及非常规储层岩石油水、气水渗吸特征研究等。王为民研究证实核磁共振T

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种确定多孔介质内部气水渗吸情况的方法；该方法首次使用分层核磁共振测试，克服了现有技术中体积法和称重法研究无法获得多孔介质内部不同位置处渗吸情况的不足。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种确定多孔介质内部气水情况的方法，其包括如下步骤：

1)将多孔介质完全饱和水，然后对多孔介质进行核磁共振分层测试，获得多孔介质在完全饱和水状态下的分层T

将多孔介质烘干至完全不含水，然后对多孔介质进行核磁共振分层测试，获得多孔介质在烘干不含水状态下的分层T

2)将含水率为0或者预定束缚水饱和度的多孔介质的一端浸入水中，进行气水渗吸置换；其中，在浸入水中之前，先对预定束缚水饱和度的多孔介质进行核磁共振分层测试，获得多孔介质在预定束缚水饱和度下的分层T

在预定的渗吸时间对多孔介质进行核磁共振分层测试，获得多孔介质在该预定的渗吸时间的分层T

重复进行气水渗吸置换和测试，获得多孔介质在各个预定的渗吸时间的分层T

当分层T

3)根据分层T

在上述方法中，多孔介质可以为具有多孔介质特性的岩心。

在上述方法中，优选地，在步骤1)中，该方法还包括测量多孔介质的物料参数的过程，其中，所述物理参数包括重量、孔隙度、渗透率和润湿性中至少一者。

在上述方法中，优选地，在步骤1)、2)、3)中，每次进行分层测试时还进行低场核磁共振成像。更优选地，步骤3)中进一步包括根据得到的核磁共振图像确定多孔介质在不同渗吸时刻的含水度剖面体现了多孔介质的整体宏观渗吸作用强度用以表征多孔介质内部气水渗吸情况；和/或步骤3)中进一步包括根据得到的核磁共振图像结合每次渗吸的时间确定多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸前沿推进速度体现了多孔介质的整体宏观渗吸作用强度用以表征多孔介质内部气水渗吸情况；和/或步骤3)中进一步包括根据得到的核磁共振图像确定多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸波及范围体现了多孔介质的整体宏观渗吸作用强度用以表征多孔介质内部气水渗吸情况。其中，渗吸前沿推进速度可以用渗吸前沿推进距离除以渗吸时间来确定。本发明所提供的上述方法可以通过将低场核磁共振成像与分层测试相结合，对计算的饱和度相互校正，得到更加精确全面的测试结果。当采用低场核磁共振成像和核磁共振分层测试时，即能够反映出多孔介质的整体宏观渗吸作用强度又可以确定出多孔介质内部不同位置在不同时刻的含水饱和度分布情况，对多孔介质内部气水渗吸情况表征更精细。

在上述方法中，优选地，所述分层测试是指测试从多孔介质的底部到顶部各个切片层的核磁共振T

在上述方法中，渗吸时间可以根据需要进行控制，预定的渗吸时间一般至少为10个。渗吸时间的间隔可以根据需要确定，例如控制为20分钟、30分钟、60分钟等。总的渗吸时间一般不会超过100小时。

在上述方法中，优选地，在步骤2)、3)中，每次进行核磁共振分层测试时还进行称重；并且步骤3)中，进一步包括根据称重值结合渗吸的时间确定多孔介质内部在不同渗吸时间的整体宏观渗吸作用强度用来表征多孔介质内部气水渗吸情况；其中，整体宏观渗吸作用强度包括渗吸水量、渗吸水饱和度和渗吸水速率中的至少一者。渗吸水量可以通过质量差得到，渗吸水速率可以通过渗吸水量除以渗吸时间确定，渗吸水饱和度可以通过渗吸水体积量结合多孔介质体积计算得到。

在上述方法中，优选地，在步骤3)中，多孔介质内部不同层在不同时刻的含水饱和度的值通过多孔介质在完全饱和水状态下的总驰豫信号S

其中，S

总驰豫信号S

总驰豫信号S

总驰豫信号S

在一具体实施方式中，计算第N层在渗吸t时间后的含水饱和度，第N层完全饱和水时的T

由上述含水饱和度的确定方法可以看出：本发明根据T

A、在步骤1)、2)分别利用称重法测定多孔介质整体的岩心饱和度：

其中，S

B、计算核磁法测样品含水饱和度；

其中，S

C、确定校正系数为

D、根据分层T

通过称重法对核磁测试法计算的饱和度进行校正，能够使得渗吸饱和度测量更加精确、全面。

在上述方法中，核磁共振T

r＝C×T

其中，r为孔径，C为r与T

在上述方法中，在进行测试之前，可以对待测多孔介质进行预处理，即按标准岩石中两相流体相对渗透率测定方法(SY/T 5345-2007)对待测多孔介质进行预处理。步骤2)中，当进行含水率为0的多孔介质(干岩心)的气水渗吸实验时，对待测多孔介质进行预处理是按标准岩石中两相流体相对渗透率测定方法(SY/T 5345-2007)将待测多孔介质烘干至S

本发明还提供了一种确定多孔介质内部气水渗吸情况的系统，其用于上述的方法，该系统包括气水渗吸置换装置、称重装置、低场核磁共振成像装置，其中：

所述气水渗吸置换装置包括水槽和岩心悬挂架，在使用状态下，多孔介质悬挂于所述岩心悬挂架上，并且多孔介质的一端浸入水槽的水中进行气水渗吸置换；

所述称重装置用于对多孔介质进行称重；

所述低场核磁共振成像装置用于对岩心进行低场核磁共振成像以及分层测试，以得到核磁共振图像和T

在上述系统中，优选地，所述称重装置为高精度电子天平。

在上述系统中，优选地，所述低场核磁共振成像装置为低场核磁共振仪。

根据本发明的优选实施方案，采用本发明的上述系统确定确定多孔介质内部气水渗吸情况时，可以按照以下步骤进行：

1)将多孔介质(即岩心样品)完全饱和水，然后对多孔介质进行低场核磁共振成像和核磁共振分层测试，并对多孔介质进行称重，获得多孔介质在完全饱和水状态下的低场核磁共振图像、分层T

将多孔介质烘干至完全不含水，然后对多孔介质进行核磁共振分层测试，并对多孔介质进行称重，获得多孔介质在烘干不含水状态下的分层T

2)将含水率为0或者预定束缚水饱和度的多孔介质悬挂于岩心悬挂架上，并且多孔介质的一端浸入水槽的水中进行气水渗吸置换；其中，在浸入水中之前，先对预定束缚水饱和度的多孔介质进行低场核磁共振成像和核磁共振分层测试，并对多孔介质进行称重，获得多孔介质在预定束缚水饱和度下的低场核磁共振图像、分层T

在预定的渗吸时间将多孔介质取下，对多孔介质进行低场核磁共振成像和核磁共振分层测试，并对多孔介质进行称重，获得多孔介质在该预定的渗吸时间的低场核磁共振图像、分层T

完成之后，将多孔介质重新悬挂并使其之前浸入水中的一端重新浸入水中并保持在最初的浸入深度，继续进行气水渗吸置换，待到达下一预定的渗吸时间时，重复进行测试以及称重，获得多孔介质在下一预定的渗吸时间的低场核磁共振图像、分层T

当低场核磁共振图像和分层T

3)根据低场核磁共振图像和分层T

多孔介质内部不同层在不同时刻的含水饱和度按照以下公式确定：

S

其中，S

f通过下述步骤确定：

A、测定多孔介质整体的岩心饱和度：

其中，S

B、计算核磁法测样品含水饱和度；

其中，S

C、确定校正系数为

多孔介质在不同渗吸时刻的含水度剖面根据得到的核磁共振图像确定；

多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸前沿推进速度根据得到的核磁共振图像结合每次渗吸的时间确定，具体地，渗吸前沿推进速度可以用渗吸前沿推进距离除以渗吸时间来确定；

多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸波及范围根据得到的核磁共振图像确定；

多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸水量根据每次分层测试时的称重值确定，具体地，渗吸水量可以通过质量差得到；

多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸水速率根据每次分层测试时的称重值结合每次渗吸的时间确定，具体地，渗吸水速率可以通过渗吸水量除以渗吸时间确定；

多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸水饱和度根据每次分层测试时的称重值结合多孔介质的体积确定，具体地，渗吸水饱和度可以通过质量差得到渗吸水量体积，然后在用渗吸水量体积除以多孔介质体积确定。

本发明提供的确定多孔介质内部气水渗吸情况的方法为研究气水渗吸作用提供了又一可行方案，该方法首次实现了多孔介质内部不同位置的渗吸情况的表征。在较佳技术方案中，一方面能够通过成像和/或称重获得多孔介质在不同时刻的整体宏观渗吸作用强度，另一方面通过分层测试能够确定多孔介质样品内部不同层甚至是不同尺寸的孔喉在不同时刻的含水饱和度分布。该方法可以通过核磁共振T

本发明的分层测试在不破坏岩心的情况下测试岩心中不同层的T

此外，在进一步的技术方案中还可以通过使用称重法对核磁测试法计算的饱和度进行校正，使得渗吸饱和度测量更加精确。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为实施例1的气水渗透实验装置的结构示意图。

图2为实施例2中多孔介质内部气水渗吸速率和饱和度剖面的测量方法的流程示意图。

图3为实施例2中渗吸时间为30min、360min、1260min、2960min(渗吸结束)的低场核磁共振NMR图像。

图4为实施例2中岩心内部不同位置在不同渗吸时间(30min、90min、180min、360min、1260min、1620min、2600min、2960min)的含水饱和度分布图。

图5A为本实施例2中完全饱和水状态下的待测多孔介质的分层T

图5B为本实施例2中不含水状态下的待测多孔介质的分层T

图5C为本实施例2中渗吸20分钟时待测多孔介质的分层T

图5D为本实施例2中渗吸120min分钟时待测多孔介质的分层T

图5E为本实施例2中渗吸6h时待测多孔介质的分层T

图5F为本实施例2中渗吸2960min时(即渗吸结束时)待测多孔介质的分层T

图6为本实施例2中多孔介质在不同状态下的整体T

图7为本实施例2中多孔介质在完全饱和水状态下的低场核磁共振图像。

图8为一具体实施方式中第N层完全饱和水时的T

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种确定多孔介质内部气水渗吸作用强度和含水饱和度情况的系统，该系统包括气水渗吸置换装置、称重装置、低场核磁共振成像装置，其中：

所述气水渗吸置换装置包括水槽和岩心悬挂架，在使用状态下，多孔介质悬挂于所述岩心悬挂架上，并且多孔介质的一端浸入水槽的水中进行气水渗吸置换，如图1所示；

所述称重装置为高精度电子天平，用于对多孔介质进行称重；

所述低场核磁共振成像装置为低场核磁共振仪，用于对岩心进行低场核磁共振成像，以及进行分层核磁共振测试得到分层T

实施例2

本实施例提供了一种多孔介质内部气水渗吸速率和饱和度剖面的测量方法，该方法的流程如图2所示，具体包括如下步骤：

S101、待测岩心样品预处理：

按标准岩石中两相流体相对渗透率测定方法(SY/T 5345-2007)将待测岩心样品(即多孔介质)烘干至Sw为0，测量其重量、孔隙度、渗透率、长度，结果如表1所示；

表1

S102、将多孔介质(即岩心样品)完全饱和水，然后对多孔介质进行低场核磁共振成像和核磁共振分层测试，并对多孔介质进行称重，获得多孔介质在完全饱和水状态下的低场核磁共振图像(参见图7)、分层T

将多孔介质烘干至完全不含水，然后对多孔介质进行核磁共振分层测试，并对多孔介质进行称重，获得多孔介质在烘干不含水状态下的分层T

S103、对预定束缚水饱和度为0的岩心进行低场核磁共振成像和分层测试，并对多孔介质进行称重，获得多孔介质在预定束缚水饱和度下的低场核磁共振图像、分层T

S104、采用分层测试方法进行气水渗吸实验：

通过悬挂绳将岩心样品悬挂，将该待测岩心样品的底端浸入装有地层水的容器中，进行气水渗吸置换，每渗吸10分钟分别将岩心样品取下，用滤纸吸取岩心样品表面附着的水分，采用电子天平快速称量并记录岩心样品质量(重量数据参见下表2)，然后立刻将该岩心样品置于核磁共振测试腔体中，对岩心样品进行实时的NMR成像和分层测试，获得岩心样品在该不同的渗吸时间的低场核磁共振图像(其中，渗吸30min、360min、1260min、2960min(即渗吸结束)的NMR成像如图3所示)、分层T

表2

当达到2960min时，低场核磁共振图像和分层T

S105、根据低场核磁共振图像和分层T

多孔介质内部不同层在不同时刻的含水饱和度按照以下公式确定：

S

其中，S

f通过下述步骤确定：

A、测定多孔介质整体的岩心饱和度：

其中，S

B、计算核磁法测样品含水饱和度；

其中，S

C、确定校正系数为

经计算f＝1.03；

经计算得到岩心内部不同位置在不同渗吸时间(2小时、6小时、10小时、20小时)的含水饱和度数值结果如图4所示。

多孔介质在不同渗吸时刻的含水度剖面用低场核磁共振NMR图像表示；

多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸前沿推进速度根据得到的核磁共振图像结合每次渗吸的时间确定，具体地，渗吸前沿推进速度用渗吸前沿推进距离除以渗吸时间来确定，计算结果参见下表3；

表3

多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸波及范围用低场核磁共振NMR图像表示；

多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸含水饱和度根据每次分层测试时的称重值结合多孔介质体积确定，具体地，通过质量差确定渗吸水量体积，用渗吸水量体积除以多孔介质体积即可确定渗吸含水饱和度，计算结果参见下表4；

表4

多孔介质在不同渗吸时刻的渗吸水速率根据每次分层测试时的称重值结合每次渗吸的时间确定，具体地，渗吸水速率通过渗吸水量除以渗吸时间确定，其中渗吸水量可以通过质量差得到，计算结果参见下表5。

表5

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。