低渗砂岩储层孔隙结构表征及应用研究

【摘要】对于广泛发育微米-亚微米级孔喉体系的低渗砂岩储层而言,钻完井及开发过程中的水锁损害严重、基于电测解释的储层评价符合率低是制约该类储层大规模、高效开发的两大主要难题。至今,传统实验及理论研究等手段都未能取得较好突破,究其根源,主要还是对储层内在因素(微观结构特征及其孔隙空间流体分布性质)与宏观表象(渗透率损害、电阻率)的本质联系及影响机制认知不足所致。而目前的实验技术条件无法调控这些微观制约因素以进行量化研究。因此,对低渗砂岩进行微观孔隙结构精细表征已成为高效开发这类储层的关键基础技术,基于微观孔隙结构模型、发展数值模拟方法、理解微观作用机理,对于支撑测井解释评价、指导入井工作液设计具有重要的理论意义和实际应用价值。本文通过低渗砂岩微CT扫描实验,结合先进的图像处理技术进行了三维孔隙结构的微观精细建模及参数定量表征研究(包括数字岩心和简化表征的等价孔隙网络模型),基于此逐项开展了孔隙尺度的单相流模拟、液相捕集静态模拟、动态虚拟“自吸”实验以及数字岩电实验,并利用数模方法的灵活性,探讨了润湿性、饱和度以及微观孔喉结构参数等内在因素对宏观的水锁损害、岩电特性的影响规律。研究取得的主要成果及认识如下：(1)形成了一套适合于低渗砂岩的孔隙结构精细建模技术：通过对比四种阈值选取算法分割结果的孔隙度误差,确立了基于孔隙度的图像分割法来进行低渗砂岩数字图像的二值化处理；基于图形距离变换骨架提取算法来获取孔隙空间中轴线,进而建立孔隙网络模型,能够最大程度保留孔隙空间真实拓扑,通过对比相关参数统计分布规律,验证了简化表征的孔隙网络模型与数字岩心具有统计学意义的等价。(2)建立了将Avizo与Comso1软件数据交互对接,实现单相流体在真实孔隙空间渗流过程模拟,进而计算获取绝对渗透率的新途径。通过与实测孔渗数据对比验证了方法的可靠性和数字模型的准确性、代表性。(3)基于数字岩心采用数学形态学算法能够实现孔隙空间不同饱和度下气水两相分布的静态模拟,并对水锁过程的“液相捕集”现象形成直观认识。(4)利用孔隙级流动模拟技术,基于等价孔隙网络模型开展动态虚拟“自吸”实验,能够获得与毛管自吸物理实验大体一致的结果,验证了数模算法的有效性。通过定义“相对渗透率指数”这一评价指标来描述单一变量下的气相渗透率曲线动态变化,能够将水锁内在因素与水锁损害程度定量联系起来,并由此获得规律性认识：对于本研究中的低渗砂岩储层,只要将强水湿毛管环境转变为弱气湿,就能显著提高气井产能；初始含水饱和度与束缚水饱和度之间差异越大,水锁损害越严重；气相渗透率曲线形态与岩心中孔喉分布均匀程度有很大关系。(5)针对微CT缺乏有效表征的部分低渗砂岩(孔隙度介于8%-12%之间,渗透率低于0.3×10-3μm2),构建了满足一定约束的随机孔隙网络模型,用以探讨微观孔隙结构因素对水锁损害程度的影响规律,结果表明：水锁损害程度与配位数负相关,而与孔喉比呈正相关；在本文研究条件下,由中等尺寸喉道组成的地层更易水锁,因此,研究认为存在一个临界喉道半径使得水锁程度最为严重。(6)孔隙尺度的岩电三维模拟技术对低渗砂岩这类复杂储层同样具有一定的适用性。润湿性、孔喉结构等微观因素对岩电特性有重要影响。水湿储层的电阻率低于气湿储层,低含水饱和度阶段差别更明显；微观孔喉结构参数中,喉道半径、孔喉比均与电阻率指数呈现良好正相关性,而随着配位数增大,电阻率指数减小,这种影响在低含水饱和度下尤为突出。岩石孔隙结构、润湿性主要控制着孔隙空间流体分布及电流的传导路径。
【作者】朱洪林；
【导师】刘向君；
【作者基本信息】西南石油大学，油气井工程，2014，博士
【关键词】低渗砂岩；孔隙结构；数字岩石物理；水锁；自吸；岩电特性；

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