引用本文
阎荣辉, 滕飞启, 满百胜, 吴明松, 李俊汉. 基于时间-温度拟合曲线的岩心密闭试验参数优化方法[J]. 录井工程, 2023,34(2): 51-56.
YAN Ronghui, TENG Feiqi, MAN Baisheng, WU Mingsong, LI Junhan. Optimization of core airtight test parameters based on time-temperature fitting curve[J]. Mud Logging Engineering, 2023,34(2): 51-56.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2023.02.009  
Permissions
Copyright©2023, 《录井工程》杂志社
《录井工程》杂志社 所有
基于时间-温度拟合曲线的岩心密闭试验参数优化方法
阎荣辉①, 滕飞启②,③, 满百胜①, 吴明松②,③, 李俊汉④
①中国石油长庆油田分公司工程技术管理部
②中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院
③低渗透油气田勘探开发国家工程实验室
④中国石油长庆油田分公司长北作业分公司
通信作者：滕飞启 工程师,1982年生,2006年毕业于中国地质大学（北京）资源勘查工程专业,现在长庆油田分公司勘探开发研究院从事测录井评价解释工作。通信地址：710018 陕西省西安市未央区凤城四路长庆油田科技楼。电话：18089204920。E-mail：tfq2_cq@petrochina.com.cn

作者简介：阎荣辉 高级工程师,1975年生,2003年毕业于西南石油学院矿物与岩石学专业,现在长庆油田分公司从事工程技术管理工作。通信地址：710018 陕西省西安市未央区凤城四路长庆油田科研楼。电话：（029）86978610。E-mail：yrh_cq@petrochina.com.cn

收稿日期: 2023-04-07
摘要

密闭试验是含气储层含水观察常用方法,但是在实际操作过程中试验温度与密闭时间没有统一标准,观察结果对比性较差,不利于岩性含水性的判断。通过试验测定在不同温度下岩心水分挥发量与时间的关系,用曲线拟合方法,优选出岩心密闭试验最佳参数组合,结果表明,在60℃条件下,密闭时间为120 min后观察袋壁附着水珠产状效果最佳。参数定量后,密闭试验的可比性显著增强,实现了从单井解释到井间对比,在油田勘探开发中具有一定的应用前景。

关键词: 岩心录井; 含水评价; 密闭试验; 拟合曲线; 挥发速率; 质量
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Optimization of core airtight test parameters based on time-temperature fitting curve
YAN Ronghui①, TENG Feiqi②,③, MAN Baisheng①, WU Mingsong②,③, LI Junhan④
①Engineering Technology Management Department of PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi′an, Shaanxi 710018, China
②Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi′an, Shaanxi 710018, China
③National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil and Gas Fields,Xi′an, Shaanxi 710018, China
④Changbei Operation Branch of PetroChina Changqing Oilfield Company,Yulin,Shaanxi 719000, China
Abstract

Sealing test is a common method to observe water content in gas-bearing reservoir, but there is no unified standard for test temperature and sealing time in actual operation, and the contrast of observation results is poor, which is not conducive to the judgment of lithology water content. By measuring the relationship between the volatilization amount of core water and time at different temperatures, the best parameter combination of core sealing test is selected by curve fitting method. The experimental results show that the water droplets which are attached to the bag wall is the best effect when the sealing time is 120 min at 60℃. After the parameters are quantified, the comparability of the sealing test is significantly enhanced, and the single well interpretation and cross well correlation are realized, which has certain application prospects in oilfield exploration and development.

Keyword: core logging; water cut evaluation; sealing test; fitting curve; volatilization rate; quality
0 引言

油气水层解释评价是油田勘探开发系统工程中的一个重要环节, 是油气勘探测试选层设计、储量计算的重要依据, 也是油田开发调整井投产射孔方案设计的重要依据[1, 2, 3, 4]。准确判断地下油气水层, 是综合解释的最终目的。油气层解释合理, 能够反映地下实际情况, 进而把地下油气开采出来; 反之, 可能会漏失油气层, 不能开采或者延期开采, 以致影响整个油气田的勘探开发。

不同的录井项目反映不同的地层信息, 钻井取心可以获取第一手实物资料, 能在第一时间提供准确的油气水显示信息, 并作出快速解释评价, 其中水层识别与评价是油气勘探开发研究工作中的重要环节。所有储层都不同程度含水, 即岩心可能不含油气, 但一定含水, 只是有的水可动, 称为可动水或自由水, 有的水不可动, 称为束缚水。气井产水危害主要有4个方面：一是气藏出水后, 在气藏产生分割, 形成死气区, 加之部分气井过早水淹, 使最终采收率降低; 二是气井产水后, 降低了气相渗透率, 气层受到伤害, 产气量迅速下降, 递降期提前; 三是气井产水后, 由于在产层和自喷管柱形成气水两相流动, 压力损失增大, 从而导致单井产量迅速递减, 气井自喷能力减弱, 逐渐变为间歇井, 最终因井底严重积液水淹而停产; 四是气井产水将降低天然气质量, 增加脱水设备和费用, 增加了天然气开采成本。因此, 研究岩心含水性对储层产液性质的判断是非常关键的, 密闭试验是储层含水性识别的常用方法。

1 密闭试验技术

密闭试验又称塑料袋密闭含水试验, 取岩心中心部位未被钻井液污染的样品, 装入塑料袋（砂样袋）内密封, 通过加热, 将岩心样品内的水分蒸发后, 在塑料袋内壁上冷却后凝结成水雾或水珠, 根据袋壁水珠状态判断岩心含水情况, 其原理是根据水不同相态之间转换的物理性质[5]。

含油储层的含水观察以滴水试验为主, 含气储层的含水观察以直接观察和密闭试验为主[6]。根据密闭试验原理可知, 水分的蒸发速率主要受温度、湿度、风速、气压影响。密闭试验是在密闭空间下进行的, 在密闭试验中, 影响蒸发速率的因素只有温度。因此, 影响密闭试验的参数主要为蒸发温度和蒸发时间。

目前关于岩心密闭试验相关研究很少, 文献基本没有。现场采用的参数标准主要有两种：一种是《钻井地质工》中规定置烈日或45~55℃环境下30 min, 袋壁观察分3级：雾浓、有雾、雾稀薄或无雾[7]; 另一种根据《石油天然气探井录井资料采集与整理操作规程（第三版）》中规定的置烈日或暖气片上30 min, 袋壁观察分3级：雾状有水珠、雾状无水珠、薄雾状-无雾。两种参数标准都是根据现场经验获得, 温度条件没有统一, 时间合理性有待测定, 观察结果对比性较差, 不利于岩心含水性的判断。因此本文通过测定不同温度下11块不同孔隙度、渗透率样品中水分挥发量与时间的关系, 优选出岩心密闭试验最佳参数组合。

2 岩心密闭试验研究
2.1 试验流程及步骤

试验过程中用到的主要器材有天平、恒温箱、蒸馏水等[8]。通过测试得知温度大于60℃时, 塑料袋（砂样袋）受热会收缩卷曲, 影响试验效果, 因此将密闭试验最高温度定为60℃。

首先是样品准备, 恒温箱温度设置为100℃, 将11块样品直接放置恒温箱中12 h后取出称量质量。主要目的是尽量将样品内水分蒸发, 称量样品不含水质量, 该质量为样品的净质量, 记为m0。岩心样品基本参数数据如表1所示。

表1 岩心样品基本参数数据

试验步骤：（1）将准备好的岩心样品在蒸馏水中浸泡12 h, 目的是使岩心充分饱和, 取出后滤干样品表面蒸馏水后称量质量, 记为m1, m1与m0的差值即为饱和蒸馏水质量; （2）将岩心样品放入30℃恒温箱中加热, 每30 min记录一次质量, 共记录300 min; （3）重复上述步骤, 分别测量出40℃、50℃、60℃时岩样的质量变化, 对应质量分别记为m2、m3、m4。试验流程见图1。

图1 试验流程

2.2 试验结果及处理

根据上述实验方法, 测定了表1中11块样品在不同温度和挥发时间条件下的岩心质量。以Z 52063样品为例, 其质量变化见表2。

表2 Z 52063样品质量变化

由于饱和水后, 滤干表面水分时存在系统误差, 为了消除系统误差的影响, 需将数据归一化处理, 即根据饱和水后的质量m1与m2、m3、m4的差值进行校正。具体校正方法为：首先计算出m2与m1的差值Δ m2, 再将30 min至300 min条件下的m2分别加上Δ m2。同样的方法再将m3和m4的值进行校正, 目的是为了将同一样品在不同温度下加入相同饱和水量条件下进行比较。

2.3 试验分析与讨论

Z 52063样品原始质量m0为33.348 g, 在蒸馏水中浸泡12 h后滤干表面水分后称量质量m1为34.548 g, 由m0与m1的差值可知, Z 52063样品饱和后共加入1.20 g蒸馏水。从图2中可以看出, 温度越高, 样品中水分挥发的越快。挥发掉10%水分后质量为34.428 g, 30℃条件下需要30 min, 60℃条件下需要15 min; 挥发掉30%水分后质量为34.188 g, 30℃条件下需要135 min, 60℃条件下需要40 min; 挥发掉50%水分后质量为33.948 g, 30℃条件下需要225 min, 60℃条件下需要65 min; 挥发掉70%水分后质量为33.708 g, 30℃条件下大于300 min, 60℃条件下需要120 min。其他样品时间-温度与质量对应关系如图3所示。以时间作为横坐标, 以300 min内质量变化为纵坐标, 绘制11块岩心样品不同温度条件下挥发速率与时间对应关系（图4）。从图4可知：温度越高, 样品中水分挥发的越快, 30℃下, 质量变化基本相同, 而且变化量较小, 说明样品中的水分挥发的比较慢; 60℃下120 min内挥发速率较大, 120 min后岩心样品中蒸馏水质量均小于0.1 g, 64%样品中蒸馏水质量小于0.05 g, 说明样品在120 min内可挥发大部分水分。

图2 Z 52063样品时间-温度与质量对应关系

图3 样品时间-温度与质量对应关系

图4 不同温度条件下挥发速率与时间对应关系

在60℃条件下（图2、图3）, 11块样品水分挥发70%所需要的时间分别为60 min（1块）、90 min（3块）、120 min（5块）、≥ 180 min（2块）。数据表明在60℃条件下81.8%的样品在120 min内可挥发70%水分。

在此基础上结合样品孔隙度和渗透率与挥发时间关系（图5）进行分析可知：（1）样品孔隙度在5%左右时, 样品水分挥发70%所需要的时间范围为60~180 min, 在120 min水分挥发70%的样品中, 样品孔隙度分布范围为4.5%~11.8%; （2）样品渗透率在0.4 mD左右时, 样品水分挥发70%所需要的时间范围为90~180 min, 在90 min水分挥发70%的样品中, 样品渗透率分布范围为0.1~78.51 mD。从孔隙度和渗透率两方面可以看出, 水分挥发70%所需要的时间跨度较大, 说明样品物性不是影响挥发速率的主要因素。

图5 样品物性与挥发时间关系

由于水蒸气遇冷便会释放出热量, 分子运动速率减慢便会变成液体, 密闭试验的岩心样品还需冷却至室温后观察袋壁水气产状。结合现场录井条件及各个工序所需要的实效, 取岩心中心部分4 cm× 3 cm× 2 cm的一块岩样, 装入塑料袋中密闭, 岩心密闭试验最佳参数为60℃条件下, 密闭时间为120 min, 观察袋壁水珠情况, 袋壁水珠产状可分为水珠、雾状、无雾3级（图6）：水珠为袋壁有水珠, 岩样表面有明水, 可判断为水层; 雾状为水珠不明显, 袋内明显潮湿, 可判断为含水层; 无雾为袋壁无水珠, 岩样表面干燥无潮气, 可判断为不含水层。

图6 袋壁水珠产状

3 应用前景

油、气、水层的综合解释是完井地质资料的主要内容之一。充分利用录井各项资料, 及时、准确地提供油气层评价结论, 从而提高勘探成功率、勘探效益。研究岩心含水性对储层产液性质的判断非常关键, 通过建立岩性和含油、气、水性的录井剖面, 可以精准评价油气层、精细压裂选层, 提高勘探开发效益。岩心密闭试验具有及时性好、成本低、操作简单等优势, 能快速反映岩心含水性质, 在油田勘探开发中具有广阔的应用前景[9, 10, 11, 12]。主要体现在以下方面：

（1）目前录井解释评价所依靠的采集和分析资料, 其标准化、定量化程度较低, 大多数的单项解释技术还是建立在定性判断基础上。录井信息不定量就无法普及推广应用, 解释评价就难以实现精细定量化。通过实验确定了密闭试验的时间和温度, 参数的定量可比性显著增强, 形成从单井解释到多井评价的技术系列。

（2）密闭试验可充分挖掘和发挥录井的价值, 第一时间获取刚返出井筒的地层含水信息, 可避免因样品保存条件、放置时间等因素导致的数据失真, 提高信息采集的及时性、解释评价的快速性。

（3）密闭试验是对岩心中水分的直接测量, 这意味着可直观识别、解释精准、多解性概率较低。结合其他录井技术自身的特点, 从不同侧面反映了地层、油气水层的信息, 互相补充。通过优化录井技术系列、多源信息同步采集等手段降低录井成本, 提高录井效益。

4 结论

（1）气、水两相流增加了气体流动渗流阻力, 使气井产气量下降, 同时侵入水封闭了部分气体, 增加了管损, 进而降低了气藏采收率, 甚至部分井由于水气比较高等原因而未投产。因此, 水层识别与评价是油气勘探开发研究工作中的重要环节。

（2）研究岩心含水性对储层产液性质的判断是非常关键的。密闭试验具有成本低、操作简单等优势, 并能快速反映岩心含水性质。

（3）密闭试验观察袋壁水珠状态判断岩心含水性质, 影响因素主要是温度和时间, 经实验分析得知最佳参数为在60℃条件下放置120 min, 取出待恢复常温后观察袋壁水气产状。

（编辑 孔宪青）

参考文献
[1] 刘国强, 朱清祥. 录井方法与原理[M]. 北京: 石油工业出版社, 2011: 164-218.
LIU Guoqiang, ZHU Qingxiang. Mud logging method and principle[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011: 164-218. [本文引用:1]
[2] 刘国强, 刘应忠, 刘岩. 录井方法与技术[M]. 北京: 石油工业出版社, 2017: 9-27.
LIU Guoqiang, LIU Yingzhong, LIU Yan. Mud logging method and technology[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2017: 9-27. [本文引用:1]
[3] 胡道雄, 蒲国强. 录井技术手册[M]. 北京: 石油工业出版社, 2015: 67-76.
HU Daoxiong, PU Guoqiang. Mud logging technical manual[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2015: 67-76. [本文引用:1]
[4] 张殿强, 李联玮. 地质录井方法与技术[M]. 北京: 石油工业出版社, 2014: 30-52.
ZHANG Dianqiang, LI Lianwei. Geological logging method and technology[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2014: 30-52. [本文引用:1]
[5] 魏红, 吴秋业. 化学实验[M]. 北京: 人民教育出版社, 2005: 55-56.
WEI Hong, WU Qiuye. Chemical experiment[M]. Beijing: People's Education Press, 2005: 55-56. [本文引用:1]
[6] 《地质监督》编委会. 地质监督[M]. 北京: 石油工业出版社, 2019: 96-112.
Geological Supervision Editorial Board. Geological supervision[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2019: 96-112. [本文引用:1]
[7] 孙祖岭. 钻井地质工[M]. 北京: 中国石油大学出版社, 2003: 30-52, 84-89.
SUN Zuling. Drilling geologist[M]. Beijing: China University of Petroleum Press, 2003: 30-52, 84-89. [本文引用:1]
[8] 邓玉珍, 刘慧卿. 低渗透岩心中油水两相渗流启动压力梯度试验[J]. 石油钻采工艺, 2006, 28(3): 37-40.
DENG Yuzhen, LIU Huiqing. Experiment on starting pressure gradient of oil and water two phases flow in low permeability core[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2006, 28(3): 37-40. [本文引用:1]
[9] 王志战. 录井科学技术研究的战略定位与实施策略[J]. 录井工程, 2021, 32(3): 1-5.
WANG Zhizhan. Strategic positioning and implementation strategy of mud logging science and technology research[J]. Mud Logging Engineering, 2021, 32(3): 1-5. [本文引用:1]
[10] 迟元林. 录井资料处理技术发展方向及对策[J]. 录井工程, 2009, 20(3): 13-16.
CHI Yuanlin. Development direction and countermeasure for mud logging data processing technology[J]. Mud Logging Engineering, 2009, 20(3): 13-16. [本文引用:1]
[11] 张卫, 郑春山, 张新华. 国外录井技术新进展及发展方向[J]. 录井工程, 2012, 23(1): 1-4, 24.
ZHANG Wei, ZHENG Chunshan, ZHANG Xinhua. New progress and development direction of foreign mud logging technology[J]. Mud Logging Engineering, 2012, 23(1): 1-4, 24. [本文引用:1]
[12] 刘应忠, 李一超, 刘振江. 中国录井业务现状及发展对策[J]. 录井工程, 2012, 23(2): 1-7.
LIU Yingzhong, LI Yichao, LIU Zhenjiang. Current situation and development countermeasures of mud logging business in China[J]. Mud Logging Engineering, 2012, 23(2): 1-7. [本文引用:1]