超声法测定岩石样品中油水饱和度的初步研究

发布日期：2020-02-21 15:11　　　浏览次数：次

1 引言

由于地震勘探以及石油开发工程技术等的发展和需要, 超声波在岩石一类混杂性介质中传播参量的分析研究和测量间题, 近年来又明显地重新被重视起来, 在国内和国外都有了进一步的研究, 获得了某些新的结果。本文的目标是改进测定岩石空隙率或含油量的理论和技术, 以提高超声探测技术的实际效果。

在石油开发过程中, 为了研究注水驱赶技术, 更需要进一步测定岩石样品中的油水含量及其饱和度。在这方面, 近年来已有作者在探索采用微波、激光、放射性等各种技术的研究‘” , 但都未达到足够完善的程度。而超声波技术则尚未被重视。我们认为超声波技术是一种可能具有发展前途, 值得探索的新方法。超声波技术设备较简单, 基本没有影响人体健康的问题。为此, 我们对超声波方法测定岩石样品中油水饱和度的可能性间题, 进行了初步的探索性研究。当采用超声波方法时, 它的两个主要传播参量, 声速和声衰减, 都有可能利用来作为被测目标的指示参数。但我们认为超声衰减值的测量,受到设备、环境等额外因素的影响较大, 而声速方法中的声时测量分辨率又可能较高,因而我们初步选定声速法作为测量手段。在适当选择工作频率、样块尺寸、测量方法等技术条件之后, 作为第一阶段的结果, 已获得了肯定的结论‘ 即当向干岩样中灌注水或煤油时, 均可测定出其灌注过程, 直到饱和。至于下一步更接近于实用情况的工作, 尚有待于继续探讨。

二、测量方法与样品

所采用的测量方法是超声脉冲重合法。由于样品的声衰减较大, 散射等杂波较多, 所以采用了双探头穿透法。采用交叉触发方案, 在示波器屏上可以获得足够稳定的重合脉冲波形以供观测。测量方案的方块图如图1所示。

对于超声脉冲工作频率的选择, 我们在选用多种频率进行试测比较后发现, 在我们的实际条件下, 以采用约1.25兆赫最为适宜。如能进一步提高发射功率或攀收灵敏度, 则还有可能再提高工作频率, 以提高测时分辨率。

测量用的岩石样块, 是选择一定粗细的砂子, 经胶结而专门制备的, 样块的外表再裹以一层塑料以达到密封。它的两端分别留有注进和排出液体的孔。样块的尺寸一般为30×70×150毫米, 但为了测定当灌注进油或水以后该液体在样块内的分布情况, 对几个样块, 曾特意加长到450毫米。灌注液体用的泵为小型医用输液泵, 所灌液体则采用自来水或煤油。

三、测量结果

向干岩样块内灌注液体之前, 必须先经过真空抽气装置, 把样块内原有的空气排除干净。向干岩样块内灌注水或煤油后, 超声脉冲声时值变化情况的测定结果, 如表1所列。岩样的孔隙率, 曾用比重方法先予测定,约为30%, 而按注入的液体量来加以推算,则均偏小, 这一点可能是实际情况尚未达到完全饱和, 或有部份孔隙属于封闭孔, 注不进液体所致。

在液体灌注的过程中, 超声脉冲声时变化过程的测量结果如图2所示。从图上可见,利用声时测量, 可以获得灌注液体的饱和过程的平均情况。由于实验装置中, 超声探头的相对孔径比较大, 声束直径不大, 所以这个平均区域是相当小的。

从图2及表1可见, 当岩样内所含液体从零到饱和时, 声时变化约为肠。如我们近似地认为样块的声速变化主要取决于介质的密度变化, 则实验结果与理论分析将大致相符。与此类似的问题, 最近已有文献从超声波的散射出发, 作了比较严格的分析。图3所示为该文对相位常数与孔隙率之间关系的计算结果, 可见当孔隙率在0.3~0.4时,声速变化约为10%~15% 与我们的实验结果也大致相符。

一般说来, 我们目前得到的测量结果,其声时变化量似乎比理论估算的略为偏大,这可能是由于样品结构实际上不可能很均匀, 以及实际的孔隙情况不可能与理论分析中所假设的情况完全一致等原因造成的。