石油勘探實驗設計細則一、實驗設計概述

石油勘探實驗設計是科學評價油氣資源潛力的關鍵環(huán)節(jié)，旨在通過模擬地下地質條件，驗證勘探假設并優(yōu)化開發(fā)方案。本細則旨在規(guī)范實驗流程，確保數(shù)據(jù)準確性與可重復性。實驗設計需遵循以下原則：

（一）實驗目的明確性

（1）量化油氣儲層物理參數(shù)，如滲透率、孔隙度

（2）評估不同地質條件下流體運移規(guī)律

（3）驗證壓裂、酸化等增產(chǎn)措施的有效性

（二）實驗條件模擬性

（1）溫度范圍：30℃～200℃（根據(jù)目標層段調整）

（2）壓力范圍：1～50MPa（對應地表至深層壓力梯度）

（3）流體性質：模擬地層水、原油組分配比需與實際樣品一致

二、實驗設備與材料

本實驗需使用專業(yè)巖心分析設備，主要包括：

（1）高壓巖心驅替儀（如AutoporeIII型）

（2）氣相色譜儀（檢測組分含量）

（3）核磁共振儀（分析孔隙結構）

材料要求：

（1）巖心樣品：直徑2.5cm，長度5cm，需標明采集井號與深度

（2）流體樣品：采集自目標區(qū)塊，需進行脫氣處理

（3）化學藥劑：壓裂液、酸化劑需檢測腐蝕性

三、實驗流程與步驟

實驗按以下步驟執(zhí)行：

（一）巖心預處理

(1)清洗巖心：使用去離子水反復沖洗至電阻率穩(wěn)定

(2)聲波速度測試：計算孔隙度參考值

(3)烘干法測定骨架密度

（二）基礎物理參數(shù)測試

(1)滲透率測試：變壓驅替法，記錄壓力-流量關系曲線

(2)孔隙度驗證：核磁共振法與孔隙體積法對比

(3)吸附性測定：氮氣吸附-脫附等溫線

（三）核心實驗操作

1.流體接觸實驗

（1）依次注入地層水、油氣混合液，記錄界面移動

（2）測量毛細管壓力曲線，計算潤濕性參數(shù)

2.增產(chǎn)措施模擬

（1）壓裂實驗：按目標濃度配制壓裂液，循環(huán)60分鐘

（2）酸化實驗：采用分段注入法，控制反應時間30分鐘

（3）觀察孔隙尺度流動變化（通過顯微鏡成像）

（四）數(shù)據(jù)分析與評價

(1)建立PVT數(shù)據(jù)關聯(lián)模型

(2)計算采收率預測值（參考達西定律公式）

(3)敏感性分析：改變溫度±10℃觀察參數(shù)變化率

四、實驗質量控制

（一）重復性保障

（1）每組實驗需設置3個平行樣

（2）關鍵參數(shù)測試需間隔24小時復核

（二）異常處理

（1）若滲透率測試結果＞100mD，需檢查巖心裂縫

（2）流體組分異常需重新配制樣品

（三）數(shù)據(jù)記錄規(guī)范

（1）使用電子表格統(tǒng)一記錄壓力、溫度、時間等參數(shù)

（2）圖像數(shù)據(jù)需標注比例尺與采集時間

五、安全注意事項

（一）高壓設備操作

（1）驅替實驗前確認壓力表校準日期

（2）突發(fā)泄壓時需佩戴防護眼鏡

（二）化學品管理

（1）酸化實驗需在通風櫥內進行

（2）廢棄液體需按環(huán)保要求分類處理

（三）應急準備

（1）配備急救箱（含中和劑）

（2）制定設備故障應急預案

六、實驗報告要求

報告需包含：

（1）實驗目的與地質背景

（2）完整參數(shù)表（含單位與樣品編號）

（3）典型曲線圖（如驅替曲線、組分變化圖）

（4）結論性建議（明確增產(chǎn)措施適用性）

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（接上文）

五、實驗質量控制（續(xù)）

（一）重復性保障（續(xù)）

（1）若滲透率測試結果＞100mD，需檢查巖心裂縫

-具體操作：使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察巖心表面，確認是否存在天然裂縫或測試過程中引入的人為裂縫?？蓪Ρ葞r心聲波速度測試數(shù)據(jù)，異常低值通常指示裂縫存在。

（2）流體組分異常需重新配制樣品

-具體操作：當氣相色譜（GC）分析顯示烴類組分（如甲烷、乙烷等）含量偏差＞5%或非烴類物質（如氮氣、二氧化碳）含量突增時，必須廢棄原配流體，嚴格按照原始樣品分析報告的配比重新配制。

（二）異常處理（續(xù)）

（1）若滲透率測試結果＞100mD，需檢查巖心裂縫（續(xù)）

-具體操作：若確認存在裂縫，需進行壓裂滲透率測試，區(qū)分天然裂縫貢獻與基質滲透率。使用核磁共振（NMR）T2分布曲線分析，結合巖心鑄體薄片觀察，估算基質孔隙度與裂縫孔隙度占比。

（2）流體組分異常需重新配制樣品（續(xù)）

-具體操作：分析異常組分來源，可能是樣品儲存不當（如揮發(fā)、氧化）或配制過程污染。記錄異常情況并拍照存檔，重新配制需使用經(jīng)過氬氣吹掃的容器。

（三）數(shù)據(jù)記錄規(guī)范（續(xù)）

（1）使用電子表格統(tǒng)一記錄壓力、溫度、時間等參數(shù)（續(xù)）

-具體操作：建立標準化的數(shù)據(jù)記錄模板（Excel格式），包含以下字段：實驗日期、巖心編號、實驗階段（如初始飽和、驅替過程、終點）、溫度（℃）、壓力（MPa）、體積讀數(shù)（mL）、流量（μL/min）、氣體組分（CH4,C2H6...%）、設備編號、操作人員。每項測量需實時記錄，避免延遲錄入導致誤差。

（2）圖像數(shù)據(jù)需標注比例尺與采集時間（續(xù)）

-具體操作：顯微圖像（如孔隙結構、流體前沿）必須包含刻度尺（電子尺或實物尺拍攝），并在文件名或圖注中注明比例尺值。同時記錄采集設備型號、曝光參數(shù)、日期時間等信息，確保圖像可追溯。

六、實驗流程與步驟（續(xù)）

（三）核心實驗操作（續(xù)）

1.流體接觸實驗（續(xù)）

（1）依次注入地層水、油氣混合液，記錄界面移動（續(xù)）

-具體操作：先將巖心飽和在地層水中（注意驅替方向與實際生產(chǎn)相反），測量束縛水飽和度。然后逐步注入烴類混合液，通過高壓巖心驅替儀控制注入速率（通常為0.1～1mL/min，根據(jù)巖心尺寸調整）。使用顯微鏡或染色技術（如石油染料）觀察并記錄水油界面在巖心內的推進距離和時間，繪制驅替曲線。

（2）測量毛細管壓力曲線，計算潤濕性參數(shù)（續(xù)）

-具體操作：在驅替過程中或單獨進行毛管壓力測試。將巖心置于氣液界面儀中，逐步改變兩端壓力差，測量對應的氣液接觸角或飽和度變化。利用Buckley-Leverett方法或更高級模型（如Brooks-Corey）擬合數(shù)據(jù)，計算毛管壓力曲線參數(shù)，進而判斷巖石潤濕性（親水、中性、親油）。

2.增產(chǎn)措施模擬（續(xù)）

（1）壓裂實驗：按目標濃度配制壓裂液，循環(huán)60分鐘（續(xù)）

-具體操作：根據(jù)目標儲層礦物成分和溫度選擇壓裂液基液（如水基、油基）及添加劑（如稠化劑、交聯(lián)劑、破乳劑）。按配方稱量并混合均勻，使用高速攪拌器確保各組分分散。將配制好的壓裂液注入巖心，設定循環(huán)壓力和時間，模擬地應力下的流體流動。循環(huán)結束后，進行驅替測試，評估壓裂液對滲透率的影響。

（2）酸化實驗：采用分段注入法，控制反應時間30分鐘（續(xù)）

-具體操作：配制酸液（如鹽酸、有機酸或其混合物），根據(jù)巖心礦物成分（特別是碳酸鈣含量）確定酸濃度和體積。將巖心置于反應裝置中，首先注入一定體積的酸液，維持反應特定時間（如30分鐘），期間監(jiān)測溫度和壓力變化?？煞植阶⑷胍阅M多段酸化作業(yè)。反應結束后，用液體（如地層水）沖洗，去除殘留酸，并進行滲透率恢復測試。

（3）觀察孔隙尺度流動變化（通過顯微鏡成像）（續(xù)）

-具體操作：在透明巖心或透明樹脂模擬物中，使用微可視化技術（如顯微CT、數(shù)字圖像相關技術DIC）實時監(jiān)測流體前沿推進和孔隙內氣泡（如果是氣驅）運動。記錄關鍵幀圖像，用于后續(xù)分析流體分布和接觸角變化。

（四）數(shù)據(jù)分析與評價（續(xù)）

（1）建立PVT數(shù)據(jù)關聯(lián)模型（續(xù)）

-具體操作：利用巖心實測的PVT數(shù)據(jù)（如原始體積系數(shù)、粘度、溶解度），結合地層壓力、溫度數(shù)據(jù)，建立流體物性預測模型。常用方法包括：基于組分方程的EOS模型（如SRK,Peng-Robinson），需輸入組分和臨界參數(shù)。模型建立后，用于預測實驗中不同條件下的流體行為。

（2）計算采收率預測值（參考達西定律公式）（續(xù)）

-具體操作：基于巖心驅替實驗獲得的相對滲透率曲線和毛細管壓力數(shù)據(jù)，結合PVT模型預測的流體性質，利用數(shù)值模擬軟件（如ECLIPSE,STARS）或解析方法（如MaterialBalance方程簡化模型）預測油氣采收率?？紤]注入方式（如水驅、氣驅）、邊界條件等因素，輸出不同時間下的生產(chǎn)預測。

（3）敏感性分析：改變溫度±10℃觀察參數(shù)變化率（續(xù)）

-具體操作：選取關鍵實驗參數(shù)（如滲透率、相對滲透率曲線特征點、毛管壓力閾值），設定溫度變化范圍（如基準溫度±10℃、±20℃），重復核心實驗。計算參數(shù)在不同溫度下的變化百分比，評估實驗結果對溫度的敏感程度。此步驟有助于判斷實際應用中溫度波動對油氣運移的影響。

七、實驗設備與材料（續(xù)）

本實驗需使用專業(yè)巖心分析設備，主要包括：（續(xù)）

（1）高壓巖心驅替儀（如AutoporeIII型）（續(xù)）

-詳細說明：該儀器需配備高溫高壓反應釜（溫度范圍最高可達250℃，壓力最高可達100MPa）、精確的體積測量系統(tǒng)（空氣置換法或液體驅動）、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。需定期校準壓力傳感器（±0.5%精度）、體積計（±0.1%精度）。

（2）氣相色譜儀（檢測組分含量）（續(xù)）

-詳細說明：推薦使用氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（GC-MS），確保能同時檢測和定量輕烴（C1-C10）和重烴（C11+），以及非烴組分（如N2,CO2）。需配備火焰離子化檢測器（FID）和質譜檢測器（MSD）。樣品進樣前需進行頂空進樣或溶劑萃取處理。定期校準火焰離子化檢測器響應（使用標樣）。

（3）核磁共振儀（分析孔隙結構）（續(xù)）

-詳細說明：建議使用1H核磁共振巖心分析儀（高場，如14.1T），可獲取T2分布曲線，進而分析孔隙大小分布、孔隙連通性。需使用標準樣品（如聚苯乙烯珠）進行掃描速率和線圈校準。實驗前需將巖心充分脫水。

（4）其他輔助設備：

-真空干燥箱：用于巖心烘干和脫氣。

-烘箱：用于樣品初步干燥。

-天平：精確到0.1mg，用于稱量化學藥劑和樣品。

-恒溫恒濕箱：用于樣品儲存和預處理。

-氣體鋼瓶：氮氣、空氣、氦氣（用于色譜載氣）。

材料要求（續(xù)）：

（1）巖心樣品（續(xù)）

-詳細說明：采集的巖心需具有代表性，長度通常為5-10cm，直徑2.5-3.8cm。采集后需立即標記信息（井號、層位、深度、采集日期、操作人）。樣品到達實驗室后，需進行外觀檢查（有無裂縫、泥質包裹），并按規(guī)范進行清洗、烘干、稱重等預處理。對于特殊樣品（如含油飽和度高），需注意防火安全。

（2）流體樣品（續(xù)）

-詳細說明：地層水樣品需使用惰性氣體（氮氣）脫氣，避免溶解氣體影響后續(xù)PVT分析。油樣需靜置分離水份，必要時使用離心機分離。樣品需保存在潔凈、密封的樣品瓶中，瓶上標注樣品來源、采集時間、初始狀態(tài)（含水量、含氣量）。油樣需避光保存，防止氧化。

（3）化學藥劑：壓裂液、酸化劑需檢測腐蝕性（續(xù)）

-詳細說明：所有化學藥劑在使用前需進行腐蝕性測試（如浸泡金屬片24小時觀察腐蝕情況）。壓裂液稠化劑需檢測其解堵能力（如在模擬地層條件下測定粘度恢復時間）。酸液需檢測其有效成分含量（如HCl濃度）和反應活性。所有藥劑需從信譽良好的供應商處購買，并檢查生產(chǎn)日期和保質期。

八、實驗設計概述（續(xù)）

（一）實驗目的明確性（續(xù)）

（1）量化油氣儲層物理參數(shù)，如滲透率、孔隙度（續(xù)）

-補充說明：滲透率測試需區(qū)分基質滲透率和裂縫滲透率（若存在）。孔隙度測定方法應多樣化（如體積法、密度法、核磁法），結果相互驗證。還需測量巖石的其他物理性質，如聲波速度、巖石力學參數(shù)（楊氏模量、泊松比），這些參數(shù)對于地質建模和數(shù)值模擬至關重要。

（2）評估不同地質條件下流體運移規(guī)律（續(xù)）

-補充說明：實驗需模擬不同孔隙介質類型（如粉砂巖、砂巖、碳酸鹽巖）的流體運移?？紤]不同流體類型（油、氣、水）的相互作用，如混相、分層運移。研究重力、毛細管力、粘性力在不同條件下的主導作用。

（3）驗證壓裂、酸化等增產(chǎn)措施的有效性（續(xù)）

-補充說明：需設置空白對照組（未進行增產(chǎn)措施處理）。評價指標應量化，如滲透率提升倍數(shù)、產(chǎn)能增加百分比、液體返排率、有效期等。考慮地應力、巖石力學特性對增產(chǎn)效果的影響。

（二）實驗條件模擬性（續(xù)）

（1）溫度范圍：30℃～200℃（根據(jù)目標層段調整）（續(xù)）

-補充說明：溫度控制精度需達到±0.5℃。高溫實驗需注意設備耐受性（如密封件、傳感器）。模擬高溫條件可能需要特殊材料（如石英玻璃反應釜）。需考慮溫度對流體粘度、溶解度、巖石力學性質的影響。

（2）壓力范圍：1～50MPa（對應地表至深層壓力梯度）（續(xù)）

-補充說明：壓力控制系統(tǒng)需具備高精度和穩(wěn)定性（±0.1%FS）。高壓實驗存在安全風險，需配備泄壓裝置和安全聯(lián)鎖。壓力數(shù)據(jù)的采集頻率需足夠高（如1Hz），以捕捉瞬態(tài)過程（如氣泡生成、相變）。

（3）流體性質：模擬地層水、原油組分配比需與實際樣品一致（續(xù)）

-補充說明：地層水化學成分（離子濃度、pH值）對巖石潤濕性和流體性質影響顯著，需精確配制。原油需考慮其粘度、組分隨溫度的變化。對于復雜體系（如含瀝青質、蠟），需模擬其熱力學行為。

九、安全注意事項（續(xù)）

（一）高壓設備操作（續(xù)）

（1）驅替實驗前確認壓力表校準日期（續(xù)）

-具體操作：每次使用前，需查閱壓力表校準記錄，確保在有效期內（通常為1年）。校準報告需存檔。若設備經(jīng)歷損壞或重大維修，必須重新校準。

（2）突發(fā)泄壓時需佩戴防護眼鏡（續(xù)）

-具體操作：實驗室強制要求所有人員在進行高壓操作時佩戴防沖擊防護眼鏡。對于高風險操作（如高壓酸化），建議佩戴面罩。制定泄壓應急預案，明確泄壓按鈕位置和操作流程。

（二）化學品管理（續(xù)）

（1）酸化實驗需在通風櫥內進行（續(xù)）

-具體操作：酸液（特別是強酸）具有腐蝕性和刺激性，必須在通風櫥內操作。通風櫥需定期檢查風量和過濾系統(tǒng)。操作人員需穿戴耐酸手套、防護服、護目鏡。

（2）廢棄液體需按環(huán)保要求分類處理（續(xù)）

-具體操作：實驗產(chǎn)生的廢液（如酸液、壓裂液）不能直接排放。需根據(jù)其成分（如pH值、含油量、有毒有害物質）進行分類收集。酸液需用堿液中和至中性（pH6-8）后處理。含油廢液需進行隔油處理。所有廢液處理需符合當?shù)丨h(huán)保法規(guī)要求，交由有資質的機構處理。

（三）應急準備（續(xù)）

（1）配備急救箱（含中和劑）（續(xù)）

-具體操作：實驗室門口必須配備急救箱，內含常用藥品（如創(chuàng)可貼、消毒液）和特定化學品急救用品（如稀堿液中和強酸灼傷、弱酸中和強堿灼傷的指示劑或中和劑）。急救箱需定期檢查和補充。

（2）制定設備故障應急預案（續(xù)）

-具體操作：針對高壓泵故障、溫控失靈、密封泄漏等常見設備問題，制定詳細的處理流程圖。明確報告故障的步驟、負責人以及緊急停機措施。定期組織應急演練，確保人員熟悉流程。

十、實驗報告要求（續(xù)）

報告需包含：（續(xù)）

（1）實驗目的與地質背景（續(xù)）

-詳細說明：需詳細描述實驗設計的理論依據(jù)，說明要解決的關鍵科學問題。提供目標儲層的地質柱狀圖、巖心照片、測井數(shù)據(jù)摘要等背景信息，增強報告的說服力。

（2）完整參數(shù)表（含單位與樣品編號）（續(xù)）

-詳細說明：參數(shù)表應包含所有實驗中使用的關鍵參數(shù)，如巖心基本信息（長度、直徑、孔隙度、滲透率）、流體樣品分析結果（PVT參數(shù)、組分）、實驗條件（溫度、壓力、注入速率）、化學藥劑配方等。表格需清晰、規(guī)范，單位統(tǒng)一。

（3）典型曲線圖（如驅替曲線、組分變化圖）（續(xù)）

-詳細說明：至少包含以下圖表：壓差-時間關系曲線、體積-時間關