POROSITY AND PERMEABILITY EVOLUTION ACCOMPANYING HOT FLUID INJECTION INTO DIATOMITE

An experimental study of silica dissolution was performed to probe the evolution of permeability and porosity in siliceous diatomite during hot fluid injection such as water or steam flooding. Two competing mechanisms were identified. Silica solubility in water at elevated temperature causes rock dissolution thereby increasing permeability; however, the rock is mechanically weak leading to compression of the solid matrix during injection. Permeability and porosity can decrease at the onset of fluid flow. A laboratory flow apparatus was designed and built to examine these processes in diatomite core samples. At the core level, we measured the pressure drop as a function of time for fixed injection rates to determine permeability variation and utilized an X-ray Computerized Tomography (CT) scanner to measure in-situ porosity. At the pore level, a scanning electron microscope (SEM) was used to observe changes in pore morphology. We found that porosity decreased initially due to compaction caused by the imposed pressure drop across the core. Later, porosity increased as silica dissolved. Dissolution of the rock matrix appeared to be relatively uniform; wormholes were not observed even after tens of pore volumes of fluid injection.     

Spontaneous imbibition characteristics of diatomite

A systematic investigation of fluid flow characteristics within diatomite (a high porosity, low permeability, siliceous rock) is reported. Using an X-ray computerized tomography (CT) scanner, and a novel, CT-compatible imbibition cell, we study spontaneous cocurrent water imbibition into diatomite samples. Air–water and oil–water systems are used and the initial water saturation is variable. Mercury porosimetry and a scanning electron microscope (SEM) are employed to describe diatomite pore structure and the rock framework. Diatomite exhibits a fine pore structure and significant pore-level roughness relative to sandstone thereby aiding the flow of imbibing water. Despite a marked difference in permeability and porosity as compared to sandstone, we find similar trends in saturation profiles and dimensionless weight gain vs. time functions. Although diatomite is roughly 100 times less permeable than sandstone, capillary forces result in a strong imbibition potential for water such that imbibition rates rival and surpass those for sandstone     

渤海湾盆地黄骅坳陷歧北—东光地区二叠系碎屑岩储层特征及控制因素

针对渤海湾盆地黄骅坳陷歧北—东光地区二叠系碎屑岩储层特征及控制因素认识程度不够的问题,综合应用岩心、物性分析、X?射线衍射、铸体薄片、扫描电镜、压汞及测录井等资料对二叠系碎屑岩储层特征及控制因素进行了研究。研究表明：研究区二叠系碎屑岩的岩石种类较多,发育岩屑质长石砂岩、长石质岩屑砂岩和岩屑质石英砂岩,以及少量的长石砂岩和岩屑砂岩。储集空间发育有原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔及其他岩类的溶蚀孔隙、溶缝和裂缝,但以溶蚀孔隙为主;储层存在中孔中渗、低孔低渗和特低孔特低渗3类,中孔中渗储层占比较少,以低孔低渗为主。储层发育主要受沉积作用、成岩作用及构造作用的综合控制。沉积过程中的分选性对储层孔隙度的发育程度控制强于岩性对孔隙度发育的控制;成岩过程中的压实作用和胶结作用对储层孔隙发育均有影响,但压实作用对储集孔隙发育的影响强于胶结作用对孔隙发育的影响;构造作用形成的各类断裂不仅为地下流体与岩石颗粒发生溶蚀作用提供了场所,也为溶蚀作用发生所需流体的来源及溶蚀后的流体流动提供了通道。     

注水压力对低渗透储层渗流特征的影响

低渗透油藏中流体的渗流规律是当前渗流力学重要的研究领域。低渗透油藏储层的主要特征是渗透率低,油水流动的孔道微细,渗流阻力大,固-液界面及液-液界面之间相互作用显著。这些特点造成了低渗透油藏渗流规律的复杂性。通过室内岩心流动实验,研究了注入压力对岩石渗透率和流体渗流规律的影响。结果表明,低渗透储集层存在非线性渗流特征,当注入压力较低时,流体在岩心中流动速度随压力梯度的变化很小,也就是在低压下,注入水很难进入地层;当压力梯度较大时,渗流速度与压力梯度的关系呈近似的直线关系;在上覆压力和压力梯度不变的条件下,注入压力越高,岩石渗透率就越高。由此可见,在考虑储层保护的前提下,对低渗透储层采用高压注水,有利于提高注水效果。     

火山岩储层的应力敏感性分析

为探索火山岩油气藏的开发方法,在常规实验的基础上分析了火山岩储层物性随应力改变的变化规律,与一般的沉积岩一样,随着净上覆岩层压力的升高,火山岩的孔隙度、孔隙压缩系数和渗透率都具有下降的趋势：实验结果表明,流纹岩孔隙度的下降幅度在5％～22％之间;而渗透率的下降范围在6％～19％之间,明显要低于一般的沉积岩。因此,流纹岩的应力敏感性是不明显的。     

砂岩多重孔隙结构非均质评价方法

建立了砂岩孔隙结构评价的分形结构因子法,25块岩心压汞资料的计算结果表明,这种方法可以定量表示岩石的非均质性。和变异系数相比,分形结构因子与岩石渗透性、孔隙度、阈压、最小非汞饱和度、孔隙大小均值之间具有较好的相关性,说明分形结构因子能够更好地描述岩石孔隙结构的特征。最小湿相(湿相)饱和度与分形结构因子具有很好的线性关系,该关系式同时适用于绝对均质和绝对非均质岩石体。由于压汞过程中的汞对孔隙凸凹的填充,使得孔隙流通通道均匀化,因此和压汞过程相比,退汞过程的分形结构因子普遍较小,即退汞流动通道的均质性增强。     

地层上覆压力下物性参数特征研究

由于净上覆压力在油田开发过程中变化幅度较大,因此对净上覆压力下物性参数特征的研究就显得尤为重要。利用CMS-300岩心自动分析仪模拟地层上覆压力的变化过程,研究油藏岩石渗透率、孔隙度和孔隙体积压缩系数随净上覆压力的变化关系,得出了各参数的变化规律,给出了它们之间的回归表达式,并从岩石孔隙结构特征和岩石骨架特征等方面进行了机理性分析。研究表明,在净上覆压力作用下,岩石渗透率和孔隙度变化程度不同,低渗透岩石的渗透率比其孔隙度的变化率更大,而低孔隙度岩石的孔隙体积压缩系数变化幅度较大;同时,幂律关系能较好地描述上述变化特征。     

低渗气藏水锁伤害及解除方法研究

鄂尔多斯盆地上古生界气层是典型的低渗透储集层，属于细孔微孔型，非均质性强，具有强水锁性(平均伤害程度83．6％)。通过水锁伤害实验分析影响因素，结果是：水锁的伤害程度与渗透率明显呈负相关关系，渗透率越大伤害越小；与孔隙度的相关性较差，但总的趋势是孔隙度越大伤害越小；伊利石、泥质含量越高的储集层水锁伤害越大；与原始含水饱和度呈负相关关系，与束缚水饱和度呈正相关关系。对17块样品进行的室内返排实验表明，返排水量与储集层物性、排驱压力和排驱时间有一定的关系，改善储集层渗流能力可以减轻水锁伤害。对低渗透气藏实施压裂改造，不仅能增产，还有助于减轻水锁和其他敏感性对储集层的伤害。图2表1参5     

准噶尔盆地西北缘二叠系储层特征及分类

准噶尔盆地西北缘二叠系储层包括了砂砾岩、火山碎屑岩和火山岩两大类,总体上属于低-中孔渗储层,但孔隙度、渗透率的分布较为分散,显示了二叠系储层物性的非均质特征.碎屑岩储层中主要的储集空间为剩余粒间孔隙以及在此基础上扩大溶蚀的孔隙;火山岩储层中则以火山岩基质溶蚀孔为主,构造缝、溶蚀缝次之.次生溶蚀孔隙是形成高质量储层的重要组成部分.研究发现,次生孔隙发育带与地层沉积间断密切相关.通过对储层物性和孔隙结构等8个参数变量采用Q型因子分析后,确定了孔隙度下限为9%,碎屑岩储层的渗透率下限为0.2×10^-3μm²,火山岩储层的渗透率下限为0.2×10^-3μm².以此为标准可将二叠系碎屑岩储层和火山岩储层划分为类.     

疏松砂岩再压实作用下的物性及渗流特性

疏松砂岩油藏在开发过程中由于地层压力下降会对储层产生损害,影响油井产能,需要对储层再压实作用下的物性及油水两相的渗流特性进行研究。首先采用储层压力条件下的连续测试方法,以恒定的驱动流速、变化内压的方式测试了储层岩心在再压实作用下的物性,从宏观角度分析了疏松砂岩再压实作用下的物性变化规律;再通过压实作用下的压汞试验,从微观角度阐述了疏松砂岩的孔隙结构演化特征;最后通过压实作用下储层岩心的油水流动试验,分析了压实作用下油水两相的渗流特性。疏松砂岩的渗透率随着再压实作用增强持续降低,降幅达53%左右,在孔隙度约降低7%时,岩石中相当大部分孔隙在压实作用下蜕变成喉道,孔喉体积比由1.50增至1.96,峰值对应孔径降至压实前的50%,造成渗透率下降幅度远超过孔隙度下降幅度;随着再压实作用增强,油、水两相的渗透率约降低50%,残余油饱和度由17.8%增至19.2%,束缚水饱和度由18.5%增至21.2%。研究结果表明,随着再压实作用增强,疏松砂岩的孔隙和喉道均被压缩,导致储层物性变差,而孔隙度的降幅相对较小,渗透率呈幂函数下降,降幅明显且在地层压力恢复过程中无法恢复;束缚水饱和度和残余油饱和度随有效应力增加呈指数上升,油相渗透率随有效应力增大呈线性下降,这就是在注水不及时或注水不足的区域油井产能大幅度降低的主要原因。      

An Experimental Study on the Applicability of Water-alternating-CO2 Injection in the Secondary and Tertiary Recovery in One Iranian Reservoir

Abstract

The objective of this study was to experimentally investigate the performance of water-alternating gas (WAG) injection in one of Iran's oil reservoirs that encountered a severe pressure drop in recent years. Because one of the most appropriate studies to evaluate the reservoir occurs generally on rock cores taken from the reservoir, core samples drilled out of the reservoir's rock matrix were used for alternating injection of water and gas. In the experiments, the fluid system consisted of reservoir dead oil, live oil, CO₂, and synthetic brine; the porous media were a number of carbonate cores chosen from the oilfield from which the oil samples had been taken. All coreflood experiments were conducted using live (recombined) oil at 1,700 psi and reservoir temperature of 115°F. A total of four displacement experiments were performed in the core, including two experiments on secondary WAG injection and others on the tertiary water and gas invaded zones WAG injections. Prior to each test porosity and permeability of dried cores were calculated then 100% water-saturated cores were oil-flooded to obtain connate water saturation. Therefore, all coreflooding tests started with the samples at irreducible water saturation. Parameters such as oil recovery factor, water cut, and gas-oil ratio and production pressure of the core were recorded for each test. The most similar experimental work with the main reservoir condition, indicated that approximately 64% oil were recovered after 1 pore volume of WAG process at 136,000 ppm brine salinity. Although tests show ultimate recovery of 79% and 55% for secondary and tertiary injection in gas and water invaded zones, respectively, immiscible WAG injection efficiency in the gas and water invaded zones will not be proper. In the similar test to field properties, the average pressure difference about 70 Psig was observed, which shows stable front displacement. These experiments showed that there was significant improvement in the oil recovery for alternating injection of water and CO₂, especially in the secondary recovery process. Water breakthrough time in almost all of the tests shows frontal displacement of injected fluid in cores and produced gas-oil ratio changes a little whenever the injection is miscible and increases rapidly in immiscible processes.     

CO2注入对储层多孔介质及赋存流体性质影响实验研究

明确CO2注入对储层多孔介质及赋存流体性质的影响规律是分析油藏条件下CO2驱油机理和确定提高采收率潜力的基础。开展了不同压力条件下CO2与岩心静态接触实验和岩心驱替实验,测试了CO2注入前后岩心物性及微观孔喉结构和地层流体主要离子含量、采出原油组分、黏度及其沥青质含量等特征参数。实验结果表明:CO2注入压力由5 MPa升至20 MPa过程中,储层多孔介质平均孔隙度增大19.16%,平均渗透率降低11.23%,直径为100~150μm的孔隙空间增加9.73%,直径小于1.5μm的喉道空间增加15.83%,岩心亲水性显著增强;随着CO2在不同压力下的逐渐注入,地层水中Ca^2+和HCO-3含量增大,采出原油中C 5~C 33组分含量呈现先增大后基本不变的规律,采出原油黏度及其沥青质含量呈现先迅速降低,后保持不变的规律。     

分形理论在油层物理学中的应用

对压汞喉道半径与渗透率贡献值分布频率、退汞孔隙半径与退汞饱和度分布频率、岩样孔隙度与地层因素分布频率以及油、水相对渗透率与水饱和度分布频率的相关性分别进行了分形研究。结果表明:测量标尺与测量对象的相关系数均满足α为0.01时所需要的相关系数r值,分形性良好。砂岩岩心不仅孔隙结构具有分形特征,而且油、水在岩石内部渗流过程中岩电特性曲线和油、水相对渗透率曲线也具有分形特征。研究中所论及的分形维数与岩样均质系数相关性良好,它们均可以作为反映岩心均质程度的特征参数。     

塔中顺9 井区柯下段致密砂岩储层特征及成岩演化

根据岩石薄片、扫描电镜、压汞、核磁共振、岩心、测井等分析和化验资料,对塔中顺9井区志留系柯下段储层特征进行研究。结果表明,研究区岩性主要为细粒岩屑砂岩和长石岩屑砂岩,具有成分成熟度低、结构成熟度中等的特点;储集空间以残余粒间孔为主,其次为次生孔隙和裂缝;储层物性较差,具有特低孔隙和超低渗透特征;孔隙结构参数具有分选系数中等、细歪度、高排驱压力、高中值压力、低中值半径、低退汞效率的特点,孔隙结构复杂;储层喉道半径小,孔喉比大,喉道是控制储层渗流能力的关键因素;储层的可动流体饱和度较低,渗透率是影响致密砂岩储层可动流体饱和度的重要因素。成岩作用是控制研究区柯下段储层物性的重要因素,压实作用、胶结作用为主要的破坏性成岩作用,溶蚀作用为主要的建设性成岩作用,成岩演化末期的储层基质孔隙度约为7.13%。利用储层物性和孔隙结构参数,可将顺9井区柯下段划分为Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ类储层,其中Ⅰ类储层为相对优质储层。     

三塘湖盆地牛圈湖油田低孔特低渗储集层特征及形成机理

三塘湖盆地牛圈湖油田西山窑组储集层埋深浅（小于2 000 m），储集层类型却属于低孔特低渗型。为揭示其储集层特征及形成机理，通过岩心观察、铸体薄片鉴定、常规高压压汞实验和电镜扫描等技术，结合区域构造资料分析，进行了储集层特征及低孔特低渗形成机理研究。结果表明:西山窑组储集层以长石岩屑砂岩为主，储集空间类型有原生粒间孔、溶蚀孔及裂缝。沉积、成岩和构造三重因素共同作用，造成了储集层低孔特低渗；西山窑组早期因为含煤地层的酸性环境导致碳酸盐胶结弱，颗粒间缺少支撑而发生较强烈的快速压实，同时沉积作用又从粒径大小和填隙物含量上控制着储集层原始物性特征，成岩过程中发生的压实作用致使减孔率达到18%，酸性环境还导致高岭石的大量形成、石英次生加大边的发育及晚期的含铁质碳酸盐胶结的发育，胶结减孔率为5%左右；构造应力形成的裂缝为后期溶蚀作用的发生提供了一定通道，但岩石已在早期压实作用下基本固结致密，且煤层厚度较薄、酸性流体含量不足，难以在小体积粒间大规模流动，溶解强度不大，导致对渗透率贡献很大的粗喉道较少，形成了低孔特低渗储集层。      

大牛地气田致密砂岩气层的异常高孔隙带特征与成因

利用岩石薄片分析、扫描电镜分析及粘土矿物的X衍射资料，分析了鄂尔多斯盆地塔巴庙区块大牛地气田上古生界盒3段致密砂岩储层中异常高孔隙带的特征和成因。分析表明，异常高孔隙带具有高渗和低渗两种类型。其中，异常高孔渗带（孔隙度大于8％，渗透率大于0.5×10^－3μm²）的岩性主要为粗粒的岩屑石英砂岩和粗粒石英砂岩，杂基含量一般低于10％，孔隙多为残余粒间孔隙，中孔、中-粗喉的孔喉结构，绿泥石粘土包壳和古异常流体压力的发育是原生粒间孔隙被保护的主要原因；而异常高孔隙带（孔隙度大于8％，渗透率小于0.5×10^－3μm²）的岩性为粗-中-细粒岩屑砂岩和长石岩屑砂岩，杂基含量较高，孔隙多为各类溶蚀孔隙和交代溶蚀孔隙，孔隙主要为细孔，喉道主要为细-微喉，各类次生溶蚀孔隙的发育是形成异常高孔隙带的主要成因。     

泌阳凹陷黑龙庙地区油气储层特征及影响因素

泌阳凹陷黑龙庙地区古近系核桃园组发育水下冲积扇碎屑岩储层,岩石类型以岩屑石英砂岩、岩屑砂岩为主。经历了早成岩B期、中成岩A1亚期、中成岩A2亚期演化阶段。压实-压溶作用和胶结作用对储层物性影响较大。通过岩心观察、薄片鉴定、图像分析、常规物性、压汞实验及测井资料研究表明,该区核桃园组水下冲积扇碎屑岩储层的储集空间以次生孔隙为主,包括黑云母溶孔、颗粒溶孔－杂基溶蚀微孔－颗粒溶蚀微孔的孔隙组合。储层孔喉特征均为细孔微细喉型,孔喉半径小且分选差,排驱压力较高,为特低孔－超低孔型、超低渗－特低渗型储层。溶解作用对改善孔渗效果不佳。研究区储层具有中等的水敏性和酸敏性,弱的速敏性、盐敏性和碱敏性。在今后对泌阳凹陷南部断超带的油气勘探中或在油层保护与改造中,这些基础数据对泌阳凹陷南部断超带今后的油气勘探及油层保护与改造具有一定的指导意义。     

低渗透油藏水锁机理与助排表面活性剂的优选原则

低渗透油藏水力压裂之后，压裂液进入岩石基质会造成水锁伤害，从而降低基质渗透率。由于低渗透岩石具有孔喉小、毛细管力大、原油动用深度浅等特征，毛细管末端效应会加剧毛细管力滞留侵入压裂液所产生的水锁伤害。明确这种水锁形式的伤害程度与作用时长，有利于正确评估水平井单井产能在返排过程中的恢复程度，并依此合理地优化现场"焖井"处理时机与压裂液中助排剂的使用。利用CT扫描实时监测下的岩心流动实验，明确了低渗透岩石中毛细管末端效应造成的附加水锁伤害，及其伤害程度与作用时长随岩石渗透率与水侵深度的变化规律。该附加伤害从程度和时长上，都大于原油生产对应毛细管数下残余水饱和度对基质渗透率的水锁伤害，其作用时长随岩心物性参数√K/φ的减小而线性增加，随水侵深度的增加而呈幂函数增加趋势。实验结果表明，利用渗吸作用解除水锁伤害对致密储层的效果甚微，需要依靠在压裂液中添加表面活性剂（助排剂）辅助压裂液返排而进行提产。通过对比3种能够实现跨越5个数量级油水界面张力（10^-4~23 mN/m）的表面活性剂体系，揭示了水湿低渗透油藏中助排剂的显著效果，以及油湿低渗透储层中润湿性反转优于降低油水界面张力的提产效果。     

应力敏感对低渗油藏影响研究

低渗油田储量在我国未动用石油地质储量中所占比例越来越大,低渗油田经济、有效开发对我国石油工业的可持续发展至关重要。随着低渗油藏不断开采,地层压力不断下降,岩石净有效覆盖压力不断增加,岩石孔隙产生变形,油藏流体渗流不再遵循达西渗流规律,随着油藏的进一步开采,储层应力敏感增强,应力敏感对油藏的影响不容忽视。文章通过对低渗油藏考虑应力敏感效应已否进行分析比较,研究应力敏感对低渗油藏开发动态影响。     

核磁共振测井在渤海砂岩地层的应用

核磁共振测井通过提供总孔隙度、自由流体孔隙度、束缚水孔隙度、渗透率和岩石的孔径分布等重要信息,具有受岩石骨架的影响较小的优势,在准确进行储层评价及识别流体等方面都有很好的应用效果。应用核磁共振测井发现了大量低电阻率油气层,对复杂储层孔隙参数的确定等方面也具有常规测井无法比拟的优势。二维核磁共振技术的初步应用展示了核磁共振测井在油藏评价中的广阔前景。