一种基于分形理论的致密砂岩储层束缚水饱和度预测方法

摘要

本发明公开了一种基于分形理论的致密砂岩储层束缚水饱和度预测方法，包括以下步骤：步骤1)建立临界毛细管半径模型，得到临界毛细管半径rc；步骤2)依据分形理论得到孔隙分形维数Dp模型和迂曲度分形维数Dτ模型，得到孔隙分形维数Dp和迂曲度分形维数Dτ；步骤3)根据临界毛细管半径rc、孔隙分形维数Dp和迂曲度分形维数Dτ得到束缚水饱和度模型；步骤4)根据束缚水饱和度模型得到束缚水饱和度，通过束缚水饱和度与原始含水饱和度对比，得到可动水饱和度，用于预判气井的产水情况。

说明书

技术领域

本发明属于天然气开发技术领域，具体涉及一种基于分形理论的致密砂岩储层束缚水饱和度预测方法。

背景技术

对致密砂岩气藏而言，束缚水饱和度是气相和气水两相渗流的临界参数，同时也是评价油气储层、预测产能及制定开发方案的重要参数，因此，研究致密砂岩气藏束缚水饱和度意义重大。

目前针对砂岩气藏的束缚水饱和度预测方法主要有基于常规测井参数匹配束缚水饱和度的方法、结合压汞实验与核磁共振测井预测束缚水饱和度的方法等，然而针对致密砂岩储层，其影响因素往往更加复杂，现有的预测方法对致密砂岩储层不适用，预测精度不高，因此有必要根据毛管分布、孔喉结构等束缚水控制因素，从机理上进行理论研究。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于分形理论的致密砂岩储层束缚水饱和度预测方法，克服了现有技术中的问题。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种基于分形理论的致密砂岩储层束缚水饱和度预测方法，包括以下步骤：

步骤1)建立临界毛细管半径模型，得到临界毛细管半径r

步骤2)依据分形理论得到孔隙分形维数D

步骤3)根据临界毛细管半径r

步骤4)根据束缚水饱和度模型得到束缚水饱和度，通过束缚水饱和度与原始含水饱和度对比，得到可动水饱和度，用于预判气井的产水情况。

优选的，所述步骤1)中临界毛细管半径模型为：

式中：

r

σ-界面张力，N/m；

Δ

θ-润湿角，度。

优选的，所述步骤2)中孔隙分形维数D

式中：

D

d-欧几里德维数，取2；

φ-液测孔隙度，％；

r

r

优选的，所述液测孔隙度φ通过测量选取的待预测主力储层生产井的岩心样品获得，最大毛细管半径r

优选的，所述步骤2)中迂曲度分形维数D

式中：

D

L

优选的，所述岩样长度L

优选的，所述步骤3)中束缚水饱和度模型为：

式中：

S

r

r

r

r-毛细管半径，μm；

D

D

Δ

μ

优选的，所述步骤4)具体为，根据束缚水饱和度模型得到束缚水饱和度，通过测井解释的原始含水饱和度减去束缚水饱和度，得到可动水饱和度，用于预判气井的产水情况。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本发明公开了一种利用分形理论对孔喉半径及其弯曲程度进行分形描述的方法，建立接近致密砂岩实际孔隙结构的模型，进行储层束缚水饱和度预测，适用于致密砂岩储层束缚水饱和度预测；

(2)本发明适用于具有压汞实验数据的储层，在进行大量的束缚水饱和度预测之后，可将预测束缚水饱和度与测井参数进行拟合，建立回归公式，最终实现束缚水饱和度的直接求取，接着利用测井解释的原始含水饱和度减去束缚水饱和度，得到可动水饱和度，预判气井的产水情况，预判断气井产水特征，对于气井精细管理、提前采取排水采气措施、提高气井采收率意义重大；

(3)通过本发明预测得到的可动水饱和度是独立于孔隙度、渗透率、含气饱和度及储层有效厚度的储层属性，可作为致密砂岩气藏储层评价参数之一，使得致密砂岩含水气藏储层评价更全面更准确。

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

作为多孔介质的致密砂岩，内部存在大量不规则微小孔隙，然其孔喉结构在一定的尺度范围内具有分形特征，利用分形理论对孔喉半径及其弯曲程度进行分形描述，建立接近致密砂岩实际孔隙结构的模型，进而达到预测内部可动及不可动流体体积即束缚水饱和度的目的。

(1)束缚水赋存状态

束缚水主要以两种形式存在，一种是由于驱动压力不足以克服毛管力而滞留在微小孔隙中造成的毛细管束缚水，另一种是因亲水岩石表面分子作用力而滞留在大孔隙壁上的薄膜束缚水。

临界毛细管半径和束缚水膜厚度计算方法分别为：

δ＝r×0.25763e

其中：

r-毛细管半径，μm；

r

σ-界面张力，N/m；

θ-润湿角，度；

δ-水膜厚度，μm；

Δ

μ

水相粘度主要受温度影响，压力影响很小可忽略不计，因此水膜厚度主要受毛细管半径、驱替压差及温度控制。

(2)岩石孔隙体积

基于分形理论，设定致密砂岩储渗空间由不等径毛细管组成，毛细管分布具有随机性和自相似性，因此根据毛细管束模型，岩石孔隙体积可表示为：

其中：

V

N-毛细管数；

r-毛细管半径，μm；

r

r

f(r)-毛细管半径分布频率；

L(r)-毛细管实际长度，μm。

(3)束缚水总体积

模型存在临界毛细管半径r

式中：

V

N-毛细管数；

r

r

r

r-毛细管半径，μm；

δ-束缚水膜厚度，μm；

f(r)-毛细管半径分布频率；

L(r)-毛细管实际长度，μm。

(4)束缚水饱和度

束缚水饱和度S

(5)毛细管大小分布频率及毛管长度

根据分形理论，毛细管大小分布频率以及迂曲度可用分形标度律描述为：

式中：

N(r)-毛细管大小分布；

f(r)-毛细管大小分布频率；

τ-迂曲度；

D

D

L

毛管长度L(r)为岩样长度与迂曲度的乘积，即：

(6)基于分形理论的束缚水饱和度

将公式(2)(6)(7)(9)代入公式(5)化简可得束缚水饱和度计算公式：

式中：

S

r

r

r

r-毛细管半径，μm；

D

D

Δ

μ

其中，孔隙分形维数及迂曲度分形维数可用下式进行计算：

式中：

D

d-欧几里德维数，取2；

φ-液测孔隙度，％；

r

r

D

L

由公式(10)可以看出，影响束缚水饱和度的主要因素有毛细管半径、驱替压差及温度，上述公式中，迂曲度、液测孔隙度、平均毛细管半径、岩样长度及不同温度条件下水相粘度均可由实验测得。

实施例1

一种基于分形理论的致密砂岩储层束缚水饱和度预测方法，包括以下步骤：

步骤1)建立临界毛细管半径模型，得到临界毛细管半径rc；

步骤2)依据分形理论得到孔隙分形维数Dp模型和迂曲度分形维数Dτ模型，得到孔隙分形维数Dp和迂曲度分形维数Dτ；

步骤3)根据临界毛细管半径rc、孔隙分形维数Dp和迂曲度分形维数Dτ得到束缚水饱和度模型；

步骤4)根据束缚水饱和度模型得到束缚水饱和度，通过束缚水饱和度与原始含水饱和度对比，得到可动水饱和度，用于预判气井的产水情况。

实施例2

优选的，所述步骤1)中临界毛细管半径模型为：

式中：

r

σ-界面张力，N/m；

Δ

θ-润湿角，度。

实施例3

优选的，所述步骤2)中孔隙分形维数Dp模型为：

式中：

Dp-孔隙分形维数；

d-欧几里德维数，取2；

φ-液测孔隙度，％；

r

r

优选的，所述液测孔隙度φ通过测量选取的待预测主力储层生产井的岩心样品获得，最大毛细管半径r

实施例4

优选的，所述步骤2)中迂曲度分形维数D

式中：

D

L

优选的，所述岩样长度L

实施例5

优选的，所述步骤3)中束缚水饱和度模型为：

式中：

S

r

r

r

r-毛细管半径，μm；

D

D

Δ

μ

优选的，所述步骤4)具体为，根据束缚水饱和度模型得到束缚水饱和度，通过测井解释的原始含水饱和度减去束缚水饱和度，得到可动水饱和度，用于预判气井的产水情况。

实施例6

选取苏里格气田主力储层生产井岩心作为研究对象，测量岩心样品的岩样长度和液测孔隙度，作为预测束缚水饱和度的基础值，见表1：

表1岩心基础性质

以50MPA压汞实验获得的岩心样品的最大毛细管半径r

表2分形参数计算结果

苏里格气田主力储层段现今地层平均温度为90℃，地层压力及含盐量对地层水的粘度影响相对较小，因此查模拟地层水(8％氯化钾溶液)的粘温曲线可知，90℃下水相粘度为0.36mPa·s。

根据苏里格气田主力储层段1000余块离心资料统计，水的界面张力σ为72.8mN/m(20℃)；驱替压差Δp是实验驱替压力1MPa，润湿角θ跟岩石有关，润湿角是70.14°，根据临界毛细管半径模型得到临界毛细管半径为50nm，即0.05μm，代入临界毛细管半径对苏里格致密砂岩储层束缚水饱和度预测，结果见表3：

表3束缚水饱和度预测值与实验值对比表

本发明预测值与地层条件下驱替法测试的束缚水饱和度实验值差异较小，预测精度高，该束缚水饱和度模型可用于苏里格致密砂岩储层束缚水饱和度的预测。

本发明适用于具有压汞实验数据的储层，在进行大量的束缚水饱和度预测之后，可将预测束缚水饱和度与测井参数进行拟合，建立回归公式，最终实现束缚水饱和度的直接求取，然后利用测井解释的原始含水饱和度减去束缚水饱和度，得到可动水饱和度，预判气井的产水情况。

苏里格气田为典型的致密砂岩储层，随着开发的进行，产水气井比例已增加至近50％，严重影响气田产量，利用储层原始含水饱和度减去本发明预测的束缚水饱和度得到的可动水饱和度，可以预判断气井产水特征，对于气井精细管理、提前采取排水采气措施、提高气井采收率意义重大。

同时，由本发明预测得到的可动水饱和度是独立于孔隙度、渗透率、含气饱和度及储层有效厚度的储层属性，可作为致密砂岩气藏储层评价参数之一，使得致密砂岩含水气藏储层评价更全面更准确。

本发明公开了一种利用分形理论对孔喉半径及其弯曲程度进行分形描述的方法，建立接近致密砂岩实际孔隙结构的模型，进行储层束缚水饱和度预测，适用于致密砂岩储层束缚水饱和度预测。

上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。