[发明专利]一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置

说明书

本发明公开了一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置，该方法通过联立JBN方程，启动压力梯度公式与达西定律建立了动态水锁评价模型，通过实验和计算最终得到对应不同含水饱和度的一系列水锁启动压力梯度数值。并针对该方法专门设计了一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，该装置包括气体供应系统、气水驱替系统、核磁测量系统和数据采集系统，通过该装置在室温和加围压状态下对饱和水的柱状煤样进行核磁驱替实验，利用核磁共振T₂谱对出水量进行实时监测，进而获得准确的气水相对渗透率曲线，建立动态水锁评价模型。本发明融合了低场核磁技术的直观性与灵敏性，其操作简单、结果准确，是一种动态、实时的测试新方法。

技术领域

本发明涉及煤层气勘探开发领域，具体地说，涉及一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置。本发明主要用于定量评价煤的动态水锁效应，但也同样适用于其他非常规致密储层的水锁效应评价，例如页岩，致密砂岩等等。

背景技术

水锁效应是影响油气井生产开采的重要因素，在低渗透性、特低渗透的非常规储层中，由于孔喉细小，水锁效应更加显著。目前国内外对于水锁效应的定义是指在油气开发过程中，当钻井液、完井液等外来流体侵入储集层后，或是在停井关井过程中地层流体的回流聚集，造成的近井地带油气相的相对渗透率降低的现象。

水锁效应这一问题的提出最初是在常规油井生产过程中，随着我国煤层气勘探开发的不断深入，煤储层中的水锁效应也成为了气田开发工程师们亟待解决的一大难题。生产资料表明，在我国煤层气勘探开发热点区域，沁水盆地南部郑庄樊庄区块，59％的煤层气井存在由于水锁效应导致的产能过低的现象。另外，气藏的水锁效应相比于油藏的水锁效应更加复杂，这主要是气水粘度差异大，表面张力大，且气水共同渗流过程中两相共渗区窄，流动状态不稳定等因素造成的。

尽管煤储层的水锁效应是制约煤层气井产量的关键难题，但是目前对于水锁效应的研究尚处在静态的实验室研究阶段。常用的研究手段是通过测定煤样在干燥状态和束缚流体状态的气体渗透率，将渗透率的降低量与干燥状态渗透率的比值定义为水锁损害指数。这种评价方法虽然可以体现由于水的侵入造成渗透率的降低，但是从气体微观渗流机理来讲，水的分布状态会对气体渗流产生影响，同时气体流动也会将储层中水驱替出来。因此，这种静态的水锁评价方法难以实现对煤层气开发过程中，气水动态相互作用过程的准确评价。

对于煤储层动态水锁效应的评价实质上是对煤储层气水微观作用机理的规律的总结，这一目标的前提是对气水流量的准确监测，而这正是低场核磁共振技术的优势所在。目前核磁共振技术在油气领域多用于岩石孔隙度，渗透率和润湿性等方面的测定。核磁共振技术的直观性、灵敏性及实时性，使其成为测量煤样气水相对渗透率，进一步评价动态水锁效应的一种新的技术手段。

本发明的原理为：

发明原理的核心思想是通过比较实验测得的气相相对渗透率(包含水锁启动压力)与计算得到的气相相对渗透率(不包含水锁启动压力)来计算动态水锁启动压力梯度。因此发明原理主体包括两部分，第一部分是核磁相对渗透率计算，第二部分是水锁启动压力计算。其中第一部分是第二部分的基础。

一、核磁相对渗透率计算

实验过程为饱和水后，用氦气驱替的过程，这一过程是非稳态过程。利用非稳态相对渗透率计算方法(JBN方法)。在气水两相流动过程中，水的分流量方程可表示为：

式中k_g和k_w为气相和水相的渗透率；μ_g和μ_w为气体和水的粘度；定义V_g(t)为无因次的累计注气量，即累计注入气体体积与孔隙体积之比，则

式中φ为岩心孔隙度；A为柱状岩心横截面积；L为岩心长度；q(t)为气体注入速率.根据Johnson等人的工作，利用非稳态数据获得气水相对渗透率为：