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一種巖芯微孔表面動(dòng)學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法

閱讀:336發(fā)布:2020-07-13

專利匯可以提供一種巖芯微孔表面動(dòng)學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法專利檢索,專利查詢,專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開(kāi)了一種巖芯微孔表面動(dòng) 力 學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,包括以下步驟:(1)制備樣品;(2)樣品低場(chǎng)核變場(chǎng)1H?NMRD測(cè)量,得出每個(gè)場(chǎng)強(qiáng)中縱向磁化強(qiáng)度隨時(shí)長(zhǎng)的變演化曲線;(3)計(jì)算縱向馳豫時(shí)間T1分布;(4)計(jì)算所有場(chǎng)強(qiáng)與縱向馳豫率R(R=1/T1)的分布曲線,即NMRD曲線;(5)將NMRD曲線擬合出微孔表面液體層分子的平動(dòng)相關(guān)時(shí)間τm、表面住存時(shí)間τs;(6)得出微孔表面動(dòng)力學(xué)參數(shù)A=τs/τm;(7)T1乘系數(shù)得到孔徑的分布。本發(fā)明通過(guò)采用全新的實(shí)驗(yàn)手段和提供全新的動(dòng)力學(xué)參數(shù),來(lái)研究非常規(guī)油氣藏的微孔微觀 潤(rùn)濕性 。利用T1的分布實(shí)現(xiàn)致密巖芯的納米 孔徑分布 測(cè)量,T1對(duì)于致密巖芯而言更加穩(wěn)健、更容易捕捉其 信號(hào) 。,下面是一種巖芯微孔表面動(dòng)學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種巖芯微孔表面動(dòng)學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,包括以下步驟:
(1)制備樣品:選擇非常規(guī)油氣藏巖芯原樣作為樣品;
(2)樣品低場(chǎng)核變場(chǎng)1H?NMRD測(cè)量:將步驟(1)中所述樣品置入低場(chǎng)核變場(chǎng)譜儀探頭內(nèi),磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)變化,得出每個(gè)場(chǎng)強(qiáng)中縱向磁化強(qiáng)度隨時(shí)長(zhǎng)的演化曲線;
(3)計(jì)算縱向馳豫時(shí)間分布:通過(guò)拉普拉斯逆變換得出所有場(chǎng)強(qiáng)中巖芯的縱向馳豫時(shí)間T1的分布;
(4)計(jì)算NMRD曲線:將步驟(3)中所述每個(gè)場(chǎng)強(qiáng)中的T1,使用對(duì)數(shù)平均方法的公式一得出相應(yīng)的平均T1值,利用所述平均T1值得出所有場(chǎng)強(qiáng)與縱向馳豫率R(R=1/T1)的分布曲線,即NMRD曲線;所述對(duì)數(shù)平均方法的公式一為:
(5)NMRD曲線的理論模型擬合:將步驟(4)所述NMRD曲線利用公式二擬合出動(dòng)力學(xué)參數(shù)巖芯微孔表面液體層分子的平動(dòng)相關(guān)時(shí)間τm、表面住存時(shí)間τs,所述公式二為:
其中,μ0為磁矩,δwater為微孔表面薄層λ的厚度且δwater~0.3nm,參數(shù)ρwater=1g/cm3代表水的密度,參數(shù)σS為電子順磁共振(ESP)所測(cè)量的孔表面順磁的中心表面密度,SP,NMR為比表面積,S為離子自旋數(shù),為普朗克常數(shù),γI和γS分別是質(zhì)子、電子的磁旋比,ωI/(2π)和ωS/(2π)則分別為質(zhì)子和電子在每個(gè)磁場(chǎng)中的拉莫爾頻率
(6)表面動(dòng)力學(xué)的解釋:根據(jù)步驟(5)所述τm和τs,得出微孔表面動(dòng)力學(xué)參數(shù)A=τs/τm,所述參數(shù)A為微孔的微觀潤(rùn)濕性參數(shù);
(7)孔徑特征的解釋:步驟(3)中所述每個(gè)場(chǎng)強(qiáng)中巖芯的縱向馳豫時(shí)間T1乘系數(shù)得到孔徑的分布,所述系數(shù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)孔隙標(biāo)樣標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,所述巖芯的微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法適用于非常規(guī)油氣藏的頁(yè)巖、致密砂巖巖芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,所述步驟(1)中將原樣作為樣品或者將原樣清洗烘干后作為樣品,非常規(guī)油氣藏的頁(yè)巖、致密砂巖巖芯原樣為圓柱狀、碎或粉末狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,所述圓柱狀的巖芯原樣為沒(méi)有破碎和孔洞、順磁雜質(zhì)少的完整圓柱狀巖芯。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,所述步驟(1)中清洗巖芯原樣方法是使用甲苯乙醇清洗巖芯原樣中的油和鹽分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,所述步驟(1)中烘干溫度為115℃,烘烤直至所述原樣巖芯質(zhì)量不再變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,所述步驟(2)低場(chǎng)核變場(chǎng)脈沖序列1H?NMRD使用的脈沖序列為NP/S或PP/S,選擇NP/S或PP/S脈沖序列的依據(jù)是場(chǎng)強(qiáng)對(duì)應(yīng)的頻率的大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,所述步驟(2)中頻率按照一定間距從10kHz依次升至14MHz,頻率低于3MHz的使用NP/S脈沖序列,頻率高于3MHz使用PP/S脈沖序列。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,所述步驟(2)中使用NP/S、PP/S實(shí)驗(yàn)脈沖序列測(cè)量時(shí),在室溫或變溫條件下調(diào)諧并優(yōu)化NMR參數(shù),實(shí)驗(yàn)信號(hào)信噪比大于100。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,其特征在于,所述步驟(2)中場(chǎng)強(qiáng)轉(zhuǎn)化時(shí)長(zhǎng)為0.0025s,探頭直徑為1inch或10mm。

說(shuō)明書(shū)全文

一種巖芯微孔表面動(dòng)學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明屬于油氣藏參數(shù)表征技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及非常規(guī)油氣藏頁(yè)巖致密砂巖巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)參數(shù)、納米孔徑的1H低場(chǎng)變場(chǎng)核磁共振(FFC?NMRD)測(cè)量表征方法。

背景技術(shù)

[0002] 油氣藏參數(shù)如孔隙度、飽和度、毛細(xì)管壓、滲透率、潤(rùn)濕性等對(duì)油氣藏的評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)起著關(guān)鍵性作用。非常規(guī)油氣藏是指用傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法獲得自然工業(yè)產(chǎn)量,需要新技術(shù)改善儲(chǔ)層滲透率或流體黏度等才能經(jīng)濟(jì)開(kāi)采、連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)型聚集的油氣資源。非常規(guī)油氣藏有兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù):孔隙度小于10%,孔喉直徑小于1微米或空氣滲透率小于1mD。非常規(guī)油氣藏孔隙較小,傳統(tǒng)油氣藏參數(shù)手段如壓汞法法難以適用于非常規(guī)油氣藏頁(yè)巖、致密砂巖中的微孔、納米孔隙動(dòng)力學(xué)和孔徑的表征,因此,需要一種新的致密巖石動(dòng)力學(xué)、微孔徑的測(cè)量表征方法。

發(fā)明內(nèi)容

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,解決用于傳統(tǒng)油氣藏參數(shù)手段難以表征的非常規(guī)油氣藏頁(yè)巖、致密砂巖中微孔、納米孔隙動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的問(wèn)題。
[0004] 為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,包括以下步驟:
[0005] (1)制備樣品:選擇非常規(guī)油氣藏巖芯原樣作為樣品;
[0006] (2)樣品低場(chǎng)核變場(chǎng)(FFC)1H?NMRD測(cè)量:將步驟(1)中所述樣品置入FFC譜儀探頭內(nèi),通過(guò)改變電流變化磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng),并得出每個(gè)場(chǎng)強(qiáng)中縱向磁化強(qiáng)度隨時(shí)長(zhǎng)的演化曲線;
[0007] (3)計(jì)算縱向馳豫時(shí)間分布:通過(guò)拉普拉斯逆變換(ILT)得出所有場(chǎng)強(qiáng)中巖芯的縱向馳豫時(shí)間T1的分布;
[0008] (4)計(jì)算NMRD曲線:將步驟(3)中所述每個(gè)場(chǎng)強(qiáng)中的T1,使用對(duì)數(shù)平均方法的公式一得出相應(yīng)的平均T1值,利用所述平均T1值得出所有場(chǎng)強(qiáng)與縱向馳豫率R(R=1/T1)的分布曲線,即NMRD曲線;所述對(duì)數(shù)平均方法的公式一為:
[0009]
[0010] (5)NMRD曲線的理論模型擬合:將步驟(4)所述NMRD曲線利用公式二擬合出動(dòng)力學(xué)參數(shù)巖芯微孔表面液體層分子的平動(dòng)相關(guān)時(shí)間τm、表面住存時(shí)間τs,所述公式二為:
[0011]
[0012] 其中,μ0為磁矩,δwater為微孔表面薄層λ的厚度且δwater~0.3nm,參數(shù)[0013] ρwater=1g/cm3代表水的密度,參數(shù)σS為電子順磁共振(ESP)所測(cè)量的孔表面順磁中心的表面密度,SP,NMR為比表面積,S為離子自旋數(shù),為普朗克常數(shù),γI和γS分別是質(zhì)子、電子的磁旋比,ωI/(2π)和ωS/(2π)分別為質(zhì)子和電子在每個(gè)磁場(chǎng)中的拉莫爾頻率;
[0014] (6)表面動(dòng)力學(xué)的解釋:根據(jù)步驟(5)所述τm和τs,得出微孔表面動(dòng)力學(xué)參數(shù)A=τs/τm,所述參數(shù)A為微孔的微觀潤(rùn)濕性參數(shù);
[0015] (7)孔徑特征的解釋:步驟(3)中所述每個(gè)場(chǎng)強(qiáng)中巖芯的縱向馳豫時(shí)間T1乘適當(dāng)?shù)南禂?shù)得到孔徑的分布,所述系數(shù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)孔隙標(biāo)樣標(biāo)定。
[0016] 作為優(yōu)選,所述巖芯的微孔表面動(dòng)力學(xué)和孔徑特征的測(cè)量表征方法適用于非常規(guī)油氣藏的頁(yè)巖、致密砂巖巖芯、水泥等孔隙介質(zhì)。
[0017] 作為優(yōu)選,所述步驟(1)中將原樣作為樣品或者將原樣清洗烘干后作為樣品,非常規(guī)油氣藏的頁(yè)巖、致密砂巖巖芯原樣為圓柱狀、碎或粉末狀。
[0018] 作為優(yōu)選,所述圓柱狀的巖芯原樣為沒(méi)有破碎和孔洞、順磁雜質(zhì)少的完整圓柱狀巖芯。為了提高信號(hào)強(qiáng)度以增強(qiáng)信噪比,圓柱狀巖芯的長(zhǎng)度優(yōu)選約為10cm、直徑為4cm或5cm。實(shí)際上,如果在探頭范圍之內(nèi),則巖芯越長(zhǎng)越有利,因?yàn)楦L(zhǎng)巖芯可以提高M(jìn)RI信號(hào)的信噪比(更多的質(zhì)子量),而ILT變換結(jié)果的可信度對(duì)信噪比(S/N)十分敏感。順磁雜質(zhì)少可以防止發(fā)生順磁屏蔽效應(yīng)。
[0019] 作為優(yōu)選,所述步驟(1)中清洗巖芯原樣方法是使用甲苯乙醇清洗巖芯原樣中的油和鹽分。
[0020] 作為優(yōu)選,所述步驟(1)中烘干溫度為115℃,烘烤直至所述原樣巖芯質(zhì)量不再變化。
[0021] 作為優(yōu)選,所述步驟(2)低場(chǎng)核變場(chǎng)脈沖序列1H?NMRD使用的脈沖序列為NP/S或PP/S,選擇NP/S或PP/S脈沖序列的依據(jù)是場(chǎng)強(qiáng)對(duì)應(yīng)的頻率的大小。
[0022] 作為優(yōu)選,所述步驟(2)中頻率按照一定間距從10kHz依次升至14MHz,頻率低于3MHz使用NP/S脈沖序列,頻率高于3MHz則使用PP/S脈沖序列。
[0023] 作為優(yōu)選,所述步驟(2)中使用NP/S、PP/S實(shí)驗(yàn)脈沖序列測(cè)量時(shí),在室溫或變溫條件下調(diào)諧并優(yōu)化NMR參數(shù),實(shí)驗(yàn)信號(hào)信噪比大于100。ILT變換結(jié)果的可信度對(duì)信噪比(S/N)十分敏感,因此需要提高信噪比。
[0024] 作為優(yōu)選,所述步驟(2)中場(chǎng)強(qiáng)轉(zhuǎn)化時(shí)長(zhǎng)為0.0025s。
[0025] 作為優(yōu)選,所述步驟(2)中探頭直徑為1inch或10mm。
[0026] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的巖芯微孔表面動(dòng)力學(xué)參數(shù)和孔徑特征的測(cè)量表征方法,通過(guò)采用全新的實(shí)驗(yàn)手段和提供全新而獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)參數(shù),來(lái)研究非常規(guī)油氣藏中微孔的微觀潤(rùn)濕性。利用T1的分布實(shí)現(xiàn)致密巖芯的納米孔徑分布測(cè)量,T1不受樣品內(nèi)部梯度場(chǎng)、擴(kuò)散等影響,且T1值大于T2,因此,T1相比傳統(tǒng)使用T2的分布表征致密巖芯的孔徑特征更加穩(wěn)健、更容易捕捉其信號(hào)。附圖說(shuō)明
[0027] 圖1為實(shí)施例中每個(gè)頻率下的縱向磁化強(qiáng)度隨延遲時(shí)長(zhǎng)的演化曲線;
[0028] 圖2為是實(shí)施例中每個(gè)頻率下巖芯T1的分布曲線;
[0029] 圖3為實(shí)施例中平均馳豫率(R=1/T1)隨頻率的分布曲線,即NMRD曲線。

具體實(shí)施方式

[0030] 下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0031] 本發(fā)明提供了非常規(guī)油氣藏巖芯(頁(yè)巖、致密砂巖)納米微孔隙動(dòng)力學(xué)滲流和孔徑分布的1H?FFC?NMRD測(cè)量表征方法,包括以下步驟:
[0032] 1、制備備飽和巖芯樣品并測(cè)算孔隙度
[0033] 頁(yè)巖、致密砂巖圓柱狀巖芯樣品,直徑1inch或10mm、長(zhǎng)度10cm左右,但是,只要適于探頭空間,這些樣品尺寸沒(méi)有特別限制、且體積越大信噪比(S/N)也就越高,且樣品與探頭間孔隙越小越好。
[0034] 使用甲苯或乙醇清洗巖芯中鹽分、有機(jī)質(zhì)等,放入爐中在115℃條件下烘干24小時(shí)或直至質(zhì)量不再變化,然后稱重、再浸入5%的KCl鹵水溶液中直至飽和,如此得到飽和巖芯樣品。對(duì)飽和巖芯樣品進(jìn)行稱重,依據(jù)飽和所需液體測(cè)算巖芯樣品的孔隙度。
[0035] 2、沒(méi)經(jīng)處理的原樣巖芯、清洗的巖芯樣品的低場(chǎng)變場(chǎng)1H?NMR測(cè)量
[0036] 如圖1所示,將原樣頁(yè)巖、飽和巖芯頁(yè)巖和致密砂巖樣品管置入FFC?NMR譜儀探頭內(nèi),視場(chǎng)強(qiáng)對(duì)應(yīng)的頻率高于或低于3MHz,分別使用PP/S和NP/S實(shí)驗(yàn)脈沖序列測(cè)量巖石T1NMRD分布,在室溫下調(diào)諧并優(yōu)化NMR實(shí)驗(yàn)參數(shù)(如根據(jù)NMR信號(hào)強(qiáng)度最接近0時(shí)來(lái)優(yōu)化出180°脈沖寬度、變場(chǎng)個(gè)數(shù)及相互之間間隔、delay?tau時(shí)長(zhǎng)、確定極化磁場(chǎng)和采集磁場(chǎng)的強(qiáng)度、number?of?block、信噪比>100等)。經(jīng)過(guò)這樣的優(yōu)化過(guò)程,將得到每個(gè)場(chǎng)強(qiáng)對(duì)應(yīng)的頻率下縱向磁化強(qiáng)度隨延遲時(shí)長(zhǎng)的演化曲線。表1列出有關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)。本實(shí)施例的FFC?NMRD為室溫條件,但十分易于擴(kuò)展為變溫FFC?NMRD實(shí)驗(yàn),且變溫FFC?NMRD實(shí)驗(yàn)還可以提供更多的動(dòng)力學(xué)參數(shù)如活化能。擴(kuò)散系數(shù)等。
[0037] 表1:頁(yè)巖、致密砂巖的FFC?NMRD實(shí)驗(yàn)參數(shù)
[0038]
[0039] 3、每個(gè)場(chǎng)強(qiáng)下T1分布及其平均值
[0040] 如圖2所示,利用ILT變化,由磁化強(qiáng)度演化得出每個(gè)頻率下巖芯T1分布曲線。
[0041] 如圖3所示,再利用公式(1)計(jì)算出每條T1連續(xù)分布曲線得出其對(duì)數(shù)平均T1值,因此,得到關(guān)鍵的平均馳豫率(R=1/T1)隨場(chǎng)強(qiáng)的分布曲線,由于場(chǎng)強(qiáng)與頻率成正比,得到平均馳豫率(R=1/T1)隨頻率的分布曲線。
[0042] 公式(1):
[0043] 4、1H?NMRD曲線的參數(shù)τs和τm理論擬合
[0044] 參考步驟3得到的NMRD分布曲線,利用公式(2)擬合出巖芯樣品中各種納米微孔重要參數(shù)τs和τm,即巖芯微孔表面液體層分子的平動(dòng)(translational)相關(guān)時(shí)間τm、表面住存時(shí)間τs,據(jù)此定義全新的納米微孔動(dòng)力學(xué)(滲流)參數(shù)A=τs/τm,即各種納米微孔的微觀潤(rùn)濕性。
[0045] 公式(2):
[0046]
[0047] 6、1H?NMRD的理論擬合結(jié)果的納米微孔動(dòng)力學(xué)和孔徑解釋
[0048] 根據(jù)新參數(shù)A(=τs/τm),即可得出各種納米微孔表面(如有機(jī)孔、無(wú)機(jī)孔)的微觀潤(rùn)濕性,而這樣的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)對(duì)致密巖石的滲流特性有著重大影響。此外,對(duì)于致密巖芯如頁(yè)巖和致密砂巖而言,由于T1遠(yuǎn)較T2的穩(wěn)健等優(yōu)良特性,T1的分布也用于巖芯納米孔徑分布的解釋,T1分布乘以一個(gè)系數(shù)即可直接轉(zhuǎn)換成孔徑分布,所述系數(shù)是經(jīng)驗(yàn)值,可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)孔隙標(biāo)樣(如controlled?porous?glass,CPG)來(lái)標(biāo)定,也可以通過(guò)有關(guān)文獻(xiàn)檢索并根據(jù)頁(yè)巖樣品實(shí)際情況修正。
[0049] 本發(fā)明提供了全新的實(shí)驗(yàn)手段(FFC?NMRD)、全新的動(dòng)力學(xué)參數(shù)(微觀潤(rùn)濕性A),來(lái)研究非常規(guī)油氣藏亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題,而常規(guī)手段則難以適用于這樣的非常規(guī)油氣藏。
[0050] 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例,并非因此限制本發(fā)明的專利范圍,凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換,或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域,均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
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