地层中低渗透率储层的视渗透率解释方法及系统

摘要

本发明公开地层中低渗透率储层的视渗透率解释方法及系统，首先确定测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线，之后确定测试样本在不同压力下的克努森数，将测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线转换为测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线，通过对测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线进行最小二乘法数据拟合，确定测试样本的固有渗透率、测试样本的壁面影响参数，以及测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值，在确定地层中低渗透率储层的视渗透率时，利用测试样本的壁面影响参数，以及测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值对壁面滑移效应进行修正，从而更准确的解释地层中低渗透率储层的视渗透率。

说明书

技术领域

本发明属于油藏开发技术领域，尤其涉及地层中低渗透率储层的视渗透 率解释方法及系统。

背景技术

目前，对地层中低渗透率储层(如致密岩心或页岩)中油气藏进行认知 和建模的重要方法之一就是进行岩心测试，而岩心的渗透率测试则是认识油 藏流动能力、并进行油藏评价的最基础也是最重要的分析测试手段。

根据所使用流体的不同，渗透率的测试方法可分为液体渗透率测试及气 体渗透率测试两种方式，目前针对低渗透率储层多采用气体渗透率测量。渗 透率的测试原理通常基于达西(Darcy)定律，即多孔介质其流量正比于压力 梯度，反比于流体粘度，其系数即为多孔介质的渗透率、代表了多孔介质的 流动能力。渗透率测试的目的是对多孔介质的流动能力进行判断。

目前对地层中低渗透率储层的视渗透率进行解释的方式为：采集测试样 本，之后在实验室环境下对测试样本进行气体渗透率测试，确定该测试样本 的固有渗透率，之后基于该测试样本的固有渗透率和地层压力确定地层中低 渗透率储层的视渗透率。

但是申请人发现，基于现有方式确定的地层中低渗透率储层的视渗透率 的准确度较低，会为后续的油藏评价及开发带来不利的影响。因此，如何准 确解释地层中低渗透率储层的视渗透率，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地层中低渗透率储层的视渗透率 解释方法及系统，以便更准确的解释地层中低渗透率储层的视渗透率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种地层中低渗透率储层的视渗透率解释方法，所述低渗透率储层包括 致密岩心和页岩，所述方法包括：

确定测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线；

分别测定气体性质和所述测试样本的孔隙直径，所述气体性质包括气体 粘度；

依据公式确定所述测试样本在不同气体压力下的克努森数， 其中Kn为克努森数，μ为气体粘度，R＝8314J/Kmol/K为气体常数，T为所 述测试样本在测试时的温度，M为气体摩尔质量，d为所述测试样本的孔隙直 径，p为气体的压力；

将所述测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线转换为所述测试 样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线；

利用所述测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线，采用二阶多 项式进行最小二乘法数据拟合，得到二阶多项式的各项系数，确定所述二阶 多项式的常数项的值为所述测试样本的固有渗透率，确定所述二阶多项式的 一次项系数为所述测试样本的壁面影响参数，确定所述二阶多项式的二次项 系数为所述测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值；

利用预设参数确定地层中低渗透率储层的视渗透率，所述预设参数包括 所述地层的压力、所述测试样本的固有渗透率、所述测试样本的壁面影响参 数，以及所述测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值。

优选的，确定测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线，包括：

利用不同压力的气体对测试样本进行气体渗透率测试，获得所述测试样 本在不同气体压力下的渗透率测量值；

利用所述不同的气体压力，以及所述测试样本在各气体压力下的渗透率 测量值，生成所述测试样本的渗透率随气体压力变化的曲线。

优选的，所述将所述测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线转 换为所述测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线，包括：

根据所述气体性质和所述测试样本的孔隙特征尺寸确定气体压力与克努 森数的折算关系；

利用所述气体压力与克努森数的折算关系，将所述渗透率测量值随气体 压力变化的曲线转换为渗透率测量值随克努森数变化的曲线。

本发明还公开一种地层中低渗透率储层的视渗透率解释系统，所述低渗 透率储层包括致密岩心和页岩，所述系统包括：

曲线确定装置，用于确定测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲 线；

参数测定装置，用于分别测定气体性质和所述测试样本的孔隙直径，所 述气体性质包括气体粘度；

第一数据处理装置，用于依据公式确定所述测试样本在不同 气体压力下的克努森数，其中Kn为克努森数，μ为气体粘度，R＝8314J/Kmol/K 为气体常数，T为所述测试样本在测试时的温度，M为气体摩尔质量，d为所 述测试样本的孔隙直径，p为气体的压力；

第二数据处理装置，用于将所述测试样本的渗透率测量值随气体压力变 化的曲线转换为所述测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线；

数据拟合装置，用于利用所述测试样本的渗透率测量值随克努森数变化 的曲线，采用二阶多项式进行最小二乘法数据拟合，得到二阶多项式的各项 系数，确定所述二阶多项式的常数项的值为所述测试样本的固有渗透率，确 定所述二阶多项式的一次项系数为所述测试样本的壁面影响参数，确定所述 二阶多项式的二次项系数为所述测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比 值；

视渗透率确定装置，用于利用预设参数确定地层中低渗透率储层的视渗 透率，所述预设参数包括所述地层的压力、所述测试样本的固有渗透率、所 述测试样本的壁面影响参数，以及所述测试样本的滑移距离和分子平均自由 程的比值。

优选的，所述曲线确定装置包括：

渗透率测试单元，用于利用不同压力的气体对测试样本进行气体渗透率 测试，获得所述测试样本在不同气体压力下的渗透率测量值；

曲线生成单元，用于利用所述不同的气体压力，以及所述测试样本在各 气体压力下的渗透率测量值，生成所述测试样本的渗透率随气体压力变化的 曲线。

优选的，所述第二数据处理装置包括：

折算关系确定单元，用于根据所述气体性质和所述测试样本的孔隙特征 尺寸确定气体压力与克努森数的折算关系；

曲线转换单元，用于利用所述气体压力与克努森数的折算关系，将所述 渗透率测量值随气体压力变化的曲线转换为渗透率测量值随克努森数变化的 曲线。

由此可见，本发明的有益效果为：本发明公开的地层中低渗透率储层的 视渗透率解释方法，首先确定测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲 线，之后确定测试样本在不同压力下的克努森数，将测试样本的渗透率测量 值随气体压力变化的曲线转换为测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的 曲线，通过对测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线进行最小二乘 法数据拟合，就可以确定测试样本的固有渗透率，以及能够反映测试样本中 壁面滑移效应的两个参数：测试样本的壁面影响参数，以及测试样本的滑移 距离和分子平均自由程的比值，之后在确定地层中低渗透率储层的视渗透率 时，利用测试样本的壁面影响参数，以及测试样本的滑移距离和分子平均自 由程的比值对壁面滑移效应进行修正，从而更准确的解释地层中低渗透率储 层的视渗透率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的地层中低渗透率储层的视渗透率解释方法的流程图；

图2为本发明公开的地层中低渗透率储层的视渗透率解释系统的结构示 意图；

图3为本发明公开的一种曲线确定装置的结构示意图；

图4为本发明公开的一种第二数据处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种地层中低渗透率储层的视渗透率解释方法，以便更准确 的解释地层中低渗透率储层的视渗透率。本发明中的低渗透率储层包括致密 岩心和页岩。

参见图1，图1为本发明公开的地层中低渗透率储层的视渗透率解释方法 的流程图。该方法包括：

步骤S11：确定测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线。

在地层中采集测试样本，之后利用现有的气体渗透率测试方法对测试样 本进行渗透率测试，得到测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线。

具体的，利用不同压力的气体对测试样本进行气体渗透率测试，获得测 试样本在不同气体压力下的渗透率测量值；之后利用不同的气体压力，以及 测试样本在各气体压力下的渗透率测量值，生成测试样本的渗透率随气体压 力变化的曲线。这里需要说明的是，在实验室环境中，测试用气体的压力是 远小于地层压力的。

步骤S12：分别测定气体性质和测试样本的孔隙直径。其中，气体性质包 括气体粘度。

步骤S13：确定测试样本在不同气体压力下的克努森数。

通常模拟流体流动时采用连续假设或者分子假设，连续假设对于很多的 流动状态都适合，但随着系统长度尺度的减少，连续流动假设渐渐开始不适 合真实的流体流动。一般，用克努森数(Knudsen Number)来判断流体是否 适合连续假设。

实施中，利用公式确定克努森数。其中，Kn为克努森数，μ 为气体粘度，R＝8314J/Kmol/K为气体常数，T为测试样本在测试时的温度， M为气体摩尔质量，d为测试样本的孔隙直径，p为气体的压力。

步骤S14：将测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线转换为测试 样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线。

测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线，表征了测试样本的渗 透率测量值和气体压力之间的作用关系，而气体压力与测试样本的克努森数 之间也存在作用关系，因此，可以将测试样本的渗透率测量值随气体压力变 化的曲线转换为测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线。

步骤S15：利用测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线，采用二 阶多项式进行最小二乘法数据拟合，得到二阶多项式的各项系数，确定二阶 多项式的常数项的值为测试样本的固有渗透率，确定二阶多项式的一次项系 数为测试样本的壁面影响参数TMAC，确定二阶多项式的二次项系数为测试 样本的滑移距离和分子平均自由程的比值。

步骤S16：利用预设参数确定地层中低渗透率储层的视渗透率，该预设参 数包括地层的压力、测试样本的固有渗透率、测试样本的壁面影响参数，以 及测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值。

在对低渗透率储层进行气体渗透率测试的过程中，由于低渗透率储层的 孔隙尺寸较小，气体在流动过程中存在壁面滑移效应，这会导致渗透率测量 值偏高。壁面滑移效应是指：在孔隙尺寸与分子自由程相当量级时，气体分 子与壁面分子间的碰撞造成壁面附近存在气体分子速度不为零的情况。本发 明在确定地层中低渗透率储层的视渗透率的过程中，使用测试样本的壁面影 响参数，以及测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值对壁面滑移效应 进行修正，提高了视渗透率的准确度。

本发明公开的地层中低渗透率储层的视渗透率解释方法，首先确定测试 样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线，之后确定测试样本在不同压力 下的克努森数，将测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线转换为测 试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线，通过对测试样本的渗透率测 量值随克努森数变化的曲线进行最小二乘法数据拟合，就可以确定测试样本 的固有渗透率，以及能够反映测试样本中壁面滑移效应的两个参数：测试样 本的壁面影响参数，以及测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值，之 后在确定地层中低渗透率储层的视渗透率时，利用测试样本的壁面影响参数， 以及测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值对壁面滑移效应进行修 正，从而更准确的解释地层中低渗透率储层的视渗透率。

实施中，将测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线转换为测试 样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线，可以采用如下方式：

根据气体性质和测试样本的孔隙特征尺寸确定气体压力与克努森数的折 算关系；利用气体压力与克努森数的折算关系，将渗透率测量值随气体压力 变化的曲线转换为渗透率测量值随克努森数变化的曲线。

本发明还相应公开了低渗透率储层的视渗透率解释系统。基于该系统能 够准确解释地层中低渗透率储层的视渗透率。

参见图2，图2为本发明公开的地层中低渗透率储层的视渗透率解释系统 的结构示意图。该系统包括：曲线确定装置10、参数测定装置20、第一数据 处理装置30、第二数据处理装置40、数据拟合装置50和视渗透率确定装置60。

其中：

曲线确定装置10，用于确定测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的 曲线。在地层中采集测试样本，之后利用现有的气体渗透率测试方法对测试 样本进行渗透率测试，得到测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线。

参数测定装置20，用于分别测定气体性质和测试样本的孔隙直径，气体 性质包括气体粘度。

第一数据处理装置30，用于确定测试样本在不同气体压力下的克努森数。 实施中，利用公式确定克努森数。其中，Kn为克努森数，μ为 气体粘度，R＝8314J/Kmol/K为气体常数，T为测试样本在测试时的温度，M 为气体摩尔质量，d为测试样本的孔隙直径，p为气体的压力。

第二数据处理装置40，用于将测试样本的渗透率测量值随气体压力变化 的曲线转换为测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的曲线。

数据拟合装置50，用于利用测试样本的渗透率测量值随克努森数变化的 曲线，采用二阶多项式进行最小二乘法数据拟合，得到二阶多项式的各项系 数，确定二阶多项式的常数项的值为测试样本的固有渗透率，确定二阶多项 式的一次项系数为测试样本的壁面影响参数，确定二阶多项式的二次项系数 为测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值。

视渗透率确定装置60，用于利用预设参数确定地层中低渗透率储层的视 渗透率，预设参数包括地层的压力、测试样本的固有渗透率、测试样本的壁 面影响参数，以及测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值。

本发明公开的地层中低渗透率储层的视渗透率解释系统，首先由曲线确 定装置10确定测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线，之后第一数 据处理装置30确定测试样本在不同压力下的克努森数，第二数据处理装置40 将测试样本的渗透率测量值随气体压力变化的曲线转换为测试样本的渗透率 测量值随克努森数变化的曲线，数据拟合装置50通过对测试样本的渗透率测 量值随克努森数变化的曲线进行最小二乘法数据拟合，就可以确定测试样本 的固有渗透率，以及能够反映测试样本中壁面滑移效应的两个参数：测试样 本的壁面影响参数，以及测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值，之 后视渗透率确定装置60在确定地层中低渗透率储层的视渗透率时，利用测试 样本的壁面影响参数，以及测试样本的滑移距离和分子平均自由程的比值对 壁面滑移效应进行修正，从而更准确的解释地层中低渗透率储层的视渗透率。

图3示出了曲线确定装置10的一种结构，包括渗透率测试单元101和曲 线生成单元102。其中，渗透率测试单元101用于利用不同压力的气体对测试 样本进行气体渗透率测试，获得测试样本在不同气体压力下的渗透率测量值； 曲线生成单元102用于利用不同的气体压力，以及测试样本在各气体压力下 的渗透率测量值，生成测试样本的渗透率随气体压力变化的曲线。

图4示出了第二数据处理装置40的一种结构，包括折算关系确定单元401 和曲线转换单元402。其中，折算关系确定单元401，用于根据气体性质和测 试样本的孔隙特征尺寸确定气体压力与克努森数的折算关系；曲线转换单元 402，用于利用气体压力与克努森数的折算关系，将渗透率测量值随气体压力 变化的曲线转换为渗透率测量值随克努森数变化的曲线。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求 或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术 语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而 使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……” 限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存 在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述 的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。