一种确定致密砂岩周向渗透率主方向的方法

摘要

本发明公开了一种确定致密砂岩周向渗透率主方向的方法，包括以下步骤：①样品制备，包括饼状样品与标准柱塞状样品及方向标定；②古地磁方位测量与标准柱塞样顶底面校正；③饼状岩样烘干后抽真空加压饱和盐水；④二极法测量饼状岩样对应边的相对电阻率；⑤3方位点渗透率验证测试；⑥致密砂岩周向渗透率主方向长短轴确定法。本发明利用致密砂岩储层本身的非均质性引起的电阻率各向异性来确定其周向的渗透率主方向，将测量方向拓展到360度的周向上，比常规的X/Y/Z三方向测量拥有更大的观测范围，对致密砂岩储层的生产开发有着重要的指导作用。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种利用岩石物理实验确定致密砂岩周向渗透率主方向的方法，具体的说是一种应用基于致密砂岩电导率各向异性的周向岩石电性物理实验手段确定致密砂岩周向渗透率主方向的方法。

背景技术：

在对致密砂岩储层的生产开发中，储层岩石渗透率的各向异性是制约其产量提高的重要影响因素之一。各向异性岩石中渗透率的最大与最小主方向主要通过室内实验获得，但室内实验受到取芯方向、岩样形状、测试耗时长等条件的限制，制约了渗透率主方向的快速获取与应用。

目前国内开展的方岩心X/Y/Z三方向渗透率各向异性测试仅能获得水平与垂直两个方向的渗透率，得不到渗透率的最大与最小主方向，且此方法忽略了水平方向上同样存在渗透率各向异性的事实；而近年来提出的全直径非均匀径向渗流各向异性渗透率测定方法虽较为直观，但实验时间较长、计算复杂且忽略了流体在垂向上的流动的影响。国外学者针对各向异性介质中渗透率的确定方法提出了多种相似的专门用于测量地层平面各向异性渗透率张量的方法，其中实验分析法的典型代表为最小二乘拟合实验处理法，但是该方法所需的实验数据较多，涉及的数学算法复杂，难以实现。

对于现今多采用水平井开发的这一类渗透率低且各向异性突出的致密砂岩储层，常规的X/Y/Z三个方向渗透率各向异性的测量所得结果过于简化，缺少覆盖更多方向的渗透率各向异性主方向确定方法，因此亟需一种确定致密砂岩周向渗透率主方向的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定致密砂岩周向渗透率主方向的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

1.将全直径致密砂岩岩样制成实验所需的岩样，包括一块长度25mm、直径100mm的饼状岩样与两块长度直径均为25mm的标准柱塞样，并画出表示对应方向的标志线，其中饼状岩样与标准柱塞样的处理步骤为：

第一步：将全直径致密砂岩岩样直立，在其侧面画一条平行于该岩样轴线的主参考线，然后以此主参考线的顶底面端点为出发点在该岩样横截面上画上过截面中心点的统一标志线，并在标志线远离主参考线一端画上箭头符号；

第二步：从全直径致密砂岩岩样一端切出直径100mm、高25mm的饼状岩样，并在剩余全直径致密砂岩岩样的切割面上补齐过中心点的标记线与箭头符号；

第三步：在饼状岩样有标志线的截面上按圆周方向标记上数字1到24，使两个相差12的数字连线过中心点，按数字在饼状岩样周边切出24个平整的长方形侧平面；

第四步：沿全直径致密砂岩岩样轴心方向钻取2块长度直径均为25mm的标准柱塞样，并准确标好每块标准柱塞样的相对位置及标志线方向；

2.将标准柱塞样放入无磁空间的交变磁场中进行交变退磁，然后测量剩余磁化强度矢量并求出其剩磁平均方向，即求出平均的剩磁偏角与倾角，最终求出所需的标志线相对于地理北极的方位；对于倾角为负值的标准柱塞样进行顶底校正并计算出校正后的标志线方位。

3.根据饼状岩样上标记与标准柱塞样上标记的相对位置计算出饼状岩样水平周向各个方向的真实地理方向，其中计算饼状岩样周向各方向方法为：

首先根据饼状岩样与标准柱塞样上标志线的相对位置确定平面上标志线箭头指向的真实方位，然后按照每一方向相差15度的关系一次计算出饼状岩样周向各方向在原地层中的真实方位指向。

θ(i+1)＝θ(i)+15(1)

式中，θ为从圆心出发指向侧面的方位，θ(i+1)与θ(i)之间为顺时针相邻关系。

4.使用干燥箱，将饼状岩样在105℃条件下烘干24h；配置5000mg/L的盐水，将饼状岩样与盐水一起抽真空并加压饱和盐水。

5.用“二极法”测量饼状岩样周向上12个方向的相对电阻，并测量出两两测量面间的距离及各测量面的面积，从而计算出各方向之间的相对电阻率或相对电导率。按各方向的真实方位与对应的电性测量结果做雷达图，从而获得饼状岩样周向上电性各向异性图，找到电阻率最小主方向或者说是电导率最大主方向；其中周向相对电阻率的测量是使用二极法测量12组对应面(面号相差12的两个侧面)间的相对电阻R(i,j)，并测量各个侧平面的面积S(i,j)，则各方向上的相对电阻率大小为：

ρ(i,j)＝R(i,j)*S(i,j)/L(i,j)(2)

σ(i,j)＝1/ρ(i,j) (3)

式中，i与j为侧面号，|i-j|＝12；

ρ(i,j)为i面与j面之间的相对电阻率；

L(i,j)为i面与j面之间距离；

σ(i,j)为i面与j面之间的相对电导率。

6.根据电性各向异性测试结果，选出电阻率最大方位点、电阻率最小方位点及随机方位点，然后按照这三个方位点在剩余的全直径柱状岩样同一平面上钻取3个所选方位的标准柱塞样，分别测试这3个标准柱塞样的气测绝对渗透率，并按照测量结果作雷达图。

7.在电导率雷达图与渗透率雷达图上均画出长短轴，然后将两幅图作对比验证分析，以重合的长轴作为周向上渗透率的最大主方向，以重合的短轴作为周向上渗透率的最小主方向。

本发明的有益效果是：本发明所测量的方位角拓展到了360度的周向上，比常规的X/Y/Z三方向测量拥有更大的观测范围，同时也不用考虑径向渗透率测量中流体的垂向流动的影响。

附图说明

图1是标志线与标准柱塞样取样位置示意图。

图2是饼状岩样与标准柱塞样标志线方向对应图。

图3是渗透率测量取样示意图。

图4是周向电导率与渗透率方向长短轴对比图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例来进一步说明本发明。

本发明所提出的一种利用周向岩石电性物理实验确定致密砂岩周向渗透率主方向的方法，实现方法流程如下：

1.样品制备

本实验的初始样品为直径105mm、长度100mm的全直径致密砂岩岩样。为了获得准确方位信息与实验所需的特殊岩石形状，岩样制备方法包括：

第一步：将全直径致密砂岩岩样直立，在其侧面画一条平行于全直径致密砂岩岩样轴线的主参考线，然后以此主参考线的顶底面端点为出发点在全直径致密砂岩岩样横截面上画上过截面中心点的统一标志线，并在标志线远离主参考线一端画上箭头符号，如图1所示，所述的主参考线1处于全直径致密砂岩岩样侧面，统一标志线2为过全直径致密砂岩岩样截面中心点的带箭头指示线，Z方向指示向下的垂直方向；

第二步：从全直径致密砂岩岩样一端切出直径100mm高25mm的饼状岩样，并在剩余全直径切割面上补齐过中心点的标记线与箭头符号；

第三步：在饼状岩样有标志线的截面上按圆周方向标记上数字1到24，使两个相差12的数字连线过中心点，按数字在饼状岩样周边切出24个平整平面；

第四步：沿全直径致密砂岩岩样轴心方向钻取2块长度直径均为25mm的标准柱塞样，并准确标好每块标准柱塞样的相对位置及标志线方向，如图2所示，图2a为饼状岩样的截面图，图2b为标准柱塞样截面图，2为统一标志线。

2.古地磁方位测量与标准柱塞样顶底面校正

将标准柱塞样放入无磁空间的交变磁场中进行交变退磁，然后测量剩余磁化强度矢量并求出其剩磁平均方向，即求出平均的剩磁偏角与倾角，最终获得标志线相对于地理北极的方位。

对于倾角为负值的标准柱塞样进行顶底面校正并计算出校正后的标志线方位。

3.相对位置计算

根据饼状岩样上标记与标准柱塞样上标记的相对位置计算出饼状岩样周向各个方向的真实地理方向，方位对照如图2所示，所述的饼状岩样与标准柱塞样的对应方位由统一标志线2确定。

根据饼状岩样与标准柱塞样上标志线的相对位置确定饼状岩样上标志线箭头指向的真实方位，然后按照每一方向相差15度的关系一次计算出饼状岩样周向各方向在原地层中的真实方位指向，

θ(i+1)＝θ(i)+15(1)

式中，θ为从圆心出发指向侧面的方位，θ(i+1)与θ(i)之间为顺时针相邻关系。

4.饱和饼状岩样

使用干燥箱，将饼状样品在105℃条件下烘干24h；配置5000mg/L的盐水，将饼状岩样与盐水一起抽真空并加压饱和盐水。

5.周向电性测量

用“二极法”测量饼状岩样周向上12个方向的相对电阻，并测量出两两测量面间的距离L(i,j)及各测量面的面积S(i,j)，使用二极法测量12组对应面(面号相差12的两个侧面)间的相对电阻R(i,j)，从而计算出各方向之间的相对电阻率或电导率，

ρ(i,j)＝R(i,j)*S(i,j)/L(i,j)(2)

σ(i,j)＝1/ρ(i,j)(3)

式中：i与j为侧面号，|i-j|＝12；

ρ(i,j)为i面与j面之间的相对电阻率；

L(i,j)为i面与j面之间距离；

σ(i,j)为i面与j面之间的相对电导率。

按饼状岩样周向各方向的真实方位与对应的电性测量结果做雷达图，从而获得饼状岩样周向上电性各向异性图，找到电阻率最小主方向或者电导率最大主方向。

6.3方位点渗透率验证测试

首先根据电性各向异性测试结果选出电阻率最大方位点、电阻率最小方位点及随机方位点；然后按照这三个方位点在剩余的已被烘干的全直径致密砂岩岩样同一平面上钻取3个所选方位的标准柱塞样，如图3所示，图中标号3表示电阻率最大方位所钻取的标准柱塞样，图中标号4表示电阻率最小方位所钻取的标准柱塞样，图中标号5表示随机方位所钻取的标准柱塞样，箭头方向表示钻取方向；最后分别测试这3个标准柱塞样的气测绝对渗透率K，并按照测量结果作雷达图。

7.致密砂岩周向渗透率主方向长短轴确定法

将电导率雷达图与渗透率雷达图按方向对应关系叠置，去除数值图标以突出方向性，按图4所示画出长轴6与短轴7，以长轴作为周向上渗透率的最大主方向θ_max，以短轴作为周向上渗透率的最小主方向θ_min。

本发明仅以上述实施例进行说明，各项操作及先后顺序都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别操作进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

本发明利用致密砂岩储层本身的非均质性引起的电阻率各向异性来确定其周向的渗透率主方向，将测量方向拓展到360度的周向上，对致密砂岩储层的生产开发有着重要的指导作用。