[发明专利]用于测量岩石润湿性的方法

说明书

本申请是申请号为201080064054.4、申请日为2010年11月19日、发明名称为“用于测量岩石润湿性的方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及润湿性的测量。具体而言，本发明涉及测量如下多孔介质的润湿性特性和/或其中改变，该多孔介质中具有包含的流体，例如包括两相或者更多相（其中至少一相是液体）的混合相流体。

背景技术

在油气行业中，取得对含油气（hydrocarbon-bearing）地下地层（subsurface formation）（“储集层（reservoir）”）的润湿性特性或者润湿条件的理解可能特别有利。例如这一理解可以帮助优化现场开发，因为润湿性可能对储量（reserve）计算和/或储集层的动态行为具有影响。

润湿性可以定义为一种流体在存在其他不混溶流体（immiscible fluid）时在固体表面上展开或者粘附于固体表面的倾向。

因此例如润湿性可以描述岩石被某个相（例如水或者油）覆盖的相对偏好。例如，如果岩石对于水比对于油而言具有大得多的亲合性，则岩石可以称为亲水的（water-wet）。因此，在亲水的多孔岩石在它的孔内包水合和油相的情况下，孔的基本上所有内表面将由水层覆盖。在这一情况下，水可以称为“润湿相”。

反言之，在油润湿多孔岩石的情况下，孔的基本上所有内表面将由油层覆盖。在这一情况下，油可以称为“润湿相”。

类似地，混合润湿性的多孔岩石可以包含亲水的一些孔和油润湿的一些孔。单独孔的一些区域可以是亲水的而其他区域是油润湿的。

在实践中，将理解极端亲水的或者油润湿在含油储集层中罕见。

然而应当理解，对于多孔岩石内的两相流体，润湿相将覆盖更多孔表面区域并且具有比非润湿相更强的与孔壁的表面亲和性。

在包括气相的流体系统（例如气体-液体系统）中，可以安全地假设气体不是润湿相。

多孔岩石的润湿性将依赖于岩石类型并且也将受存在于孔内的任何矿物影响。例如干净沙岩或者石英可以是极端亲水的，而含油储集层的多数岩石地层通常可以有混合润湿性。对于储集层，从原始亲水的状态向混合润湿状态的润湿性变更可能在原油向储集层圈闭（trap）中迁移并且随着地质时间储集层的水饱和度减少降至原生水饱和度之后出现。储集层润湿性依赖于原油组成、原生水化学性和岩石表面的矿物学以及温度和储集层的压力和饱和度历史。含油地层中的初始流体饱和度分布依赖于储集层级和孔级处的毛细管力与重力之间的均衡。润湿状态可以随着孔和孔喉几何形状变化。在石油迁移过程期间，重力不足以克服微孔内的大毛细管压力，并且因此微孔通常保持完全原生水饱和，因此保留它们的原始亲水状态。尽管大孔经常被油侵入，但是大孔的岩石表面上的原生水膜通常保持。大孔内的润湿性变更依赖于这一水膜的稳定性。在极端条件下，水膜可以稳定并且完全涂覆大孔的表面区域，由此阻止油相具有与孔表面的直接接触。因此随着地质时间，大孔保持亲水。替代地，大孔的整个表面可能已经变得被油相涂覆，使得大孔是油润湿的。通常，大孔表面部分地与水相和油相二者接触，并且因此具有混合润湿特性。

传统上，已经在实验室中使用Amott或者美国矿物局（USBM）指数来表征润湿性。然而通常用来确定这些指数的方法为入侵式并且很耗费时间。另外它们不能容易传送到现场。

已知核磁共振（NMR）技术可以用来断定关于多孔介质内所含流体的信息。有利地，使用NMR技术提供一种用于确定储集层岩石中的流体的原位（in situ）润湿性的非入侵式手段，即NMR测量过程未干扰岩石的孔内的流体分布。因此NMR技术可以应用于监视包括润湿性变更的正在进行中的动态过程，诸如老化和二次或者三次采油过程。

质子（¹H）NMR技术可以特别好地适合于研究多孔介质内的包含水相和烃相（hydrocarbon phase）（例如，水和油）的流体。

NMR光谱学可以用来测量流体的自旋-晶格（纵向）弛豫时间（T₁）和/或自旋-自旋（横向）弛豫时间（T₂）。例如质子（¹H）NMR光谱学测量用于流体内的质子的弛豫时间。根据这些测量，可以有可能阐明关于流体和/或多孔介质的某些信息。

例如可以取得芯样本用于使用基于陆地的NMR设备的后续分析。

替代地，NMR测井（logging）工具可以有利地是向下打眼部署的。这样的工具通常运用所谓的低场光谱学。