范照偉 楊勝來 王玉霞 鄧 惠

（1.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；2.西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051）

相對于砂巖和碳酸鹽巖氣藏來說，目前國內(nèi)外對于火山巖氣藏的巖石物性、滲流特征的認(rèn)識還不是很多［1-2］。深入了解火山巖儲層的滲透率敏感性及氣體滲流特征，對于研究氣井的產(chǎn)能大小、影響因素及生產(chǎn)動態(tài)具有非常重要的意義［3-5］，同時這也是制定開發(fā)方案的基礎(chǔ)。

大量實驗和理論研究證明，對于低滲透油氣藏這類變形介質(zhì)油藏，其滲透率隨有效覆壓的變化符合冪函數(shù)關(guān)系［6］，指數(shù)由巖心實驗可得。

1 實驗步驟

實驗過程是定流壓、變有效覆壓來測定不同有效覆壓下的孔隙度變化。實驗步驟如下：1）常溫測量滲透率。根據(jù)達(dá)西定理計算滲透率，并外推求克氏滲透率。2）高溫下測量滲透率。在實驗前首先系統(tǒng)升溫到140℃（油藏溫度），待溫度穩(wěn)定后，再測量滲透率。高溫下要準(zhǔn)確計量溫度和氣體黏度。

實際操作中，分為2個過程：1）升有效覆壓過程：逐步加大有效覆壓值，增加過程控制在30 min以上，并測定每一有效覆壓下巖樣的有效滲透率。2）降低有效覆壓過程：從最高有效覆壓開始，逐步減小巖樣有效覆壓，減小的過程控制在足夠長的時間，以保證巖石變形達(dá)到一定的平衡狀態(tài)，測定每一有效覆壓下巖樣的有效滲透率。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 有效覆壓與滲透率關(guān)系

選取長深1井區(qū)的巖心3、30，巖心267、217和巖心270、307三組巖樣進(jìn)行實驗，巖樣物性參數(shù)見表1。測量凈有效覆壓從2 MPa增大時各巖心的滲透率。

表1 巖心基本數(shù)據(jù)

巖心3、30和307的CO2氣測滲透率與有效覆壓的關(guān)系見圖1—3（其他3塊巖心規(guī)律類似）。

圖1 巖心3滲透率隨有效覆壓變化曲線

圖2 巖心30滲透率隨有效覆壓變化曲線

圖3 巖心307滲透率隨有效覆壓變化曲線

首先通過擬合回歸得出了滲透率與有效覆壓的關(guān)系。若已知K0，則不同覆壓下的滲透率計算方法為

若已知Kg，則不同有效覆壓下的滲透率為

式中：pe為有效覆壓，MPa；K0為初始有效覆壓（2 MPa）下的地面滲透率，10-3μm2；K（p）為任一有效覆壓 p 所對應(yīng)的滲透率，10-3μm2；Kg為原始地層條件下（有效覆壓約 40 MPa）的滲透率，10-3μm2。

可見火山巖的應(yīng)力敏感性規(guī)律與其他低滲透油氣藏類似。

從實驗結(jié)果（6塊巖心實測結(jié)果）可以看出，隨著有效覆壓的增加，巖心的滲透率逐漸減?。涣硗庥行Ц矇涸黾釉酱?，最終測出的滲透率越小。

在巖樣受壓初期（有效覆壓低于20 MPa），滲透率隨壓力增加快速下降，應(yīng)力敏感性較強(qiáng)；當(dāng)凈有效覆壓增加到20 MPa以后，滲透率下降幅度明顯減緩，應(yīng)力敏感性明顯減弱。

再討論凈有效覆壓降低過程中滲透率的損害。通過計算，得到巖心3、30和307的滲透率損害率分別是8.6%，1.9%和28.8%。同樣，從其各自對應(yīng)的圖中可以看出，當(dāng)有效覆壓降至低于10 MPa時，滲透率變化幅度最大，與有效覆壓增加過程的實驗結(jié)果相吻合。

這說明當(dāng)有效壓力降低后，巖樣的滲透率有所恢復(fù)，但不能恢復(fù)到原始狀態(tài)。這表明對所測巖樣，實驗過程中的壓力變化會造成巖石變形，對儲層的滲透性能造成傷害，滲透率產(chǎn)生一定的不可逆下降。

2.2 滲透率應(yīng)力敏感性評價

研究過程中采用3種方法進(jìn)行應(yīng)力敏感性評價，分別是：歸一化滲透率、滲透率損害率和滲透率傷害系數(shù)。這里主要列出采用歸一化滲透率評價方法所得結(jié)果（見表 2）。

表2 不同巖心在不同有效覆壓下的歸一化滲透率

由表2可以看出，相對于地面條件下（有效覆壓2 MPa）的滲透率，歸一化滲透率平均值的范圍為1～0.12。在有效覆壓20 MPa范圍內(nèi)，歸一化滲透率為0.573（介于0.4～0.7）。因此判斷該氣藏的應(yīng)力敏感性屬于中等。從整個氣藏開發(fā)過程中的壓力變化范圍看，84 MPa有效覆壓（氣藏廢棄壓力）時，歸一化滲透率為0.12，屬于強(qiáng)應(yīng)力敏感。

2.3 N2和CO2應(yīng)力敏感性實驗

從天然氣、N2和CO2應(yīng)力敏感性實驗結(jié)果可以看出（見圖4，同一顏色的分別為該氣體升壓和降壓實驗過程），相同的有效覆壓下天然氣和N2測的滲透率要比同一條件下的CO2測的滲透率高（升壓和降壓過程都是如此），這說明巖心與CO2的作用力要強(qiáng)于與天然氣和N2的作用力。

由于該氣藏CO2含量高，因此CO2的存在會加劇其應(yīng)力敏感性；3種氣體所作出的曲線都反映出在低有效覆壓下滲透率變化較大；高有效覆壓下滲透率變化不大，應(yīng)力敏感性并不是非常強(qiáng)，即氣藏開發(fā)初期的應(yīng)力敏感性要明顯強(qiáng)于開發(fā)后期。

圖4 N2和CO2應(yīng)力敏感性實驗

3 結(jié)論

1）氣藏開發(fā)初期的應(yīng)力敏感性要明顯強(qiáng)于開發(fā)后期，因此，在開發(fā)初期就要制定合理的工作制度。

2）在相同的有效覆壓條件下，N2和天然氣測的滲透率要比CO2測的滲透率高，說明巖心與CO2的作用力要強(qiáng)于與N2和天然氣的作用力。由于該氣藏CO2含量高，因此，CO2的存在會加劇氣藏的應(yīng)力敏感性。

3）火山巖巖心中的微裂縫在壓力作用下易閉合，而這些裂縫閉合后在卸壓過程中不易恢復(fù)張開，而且火山巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如低滲儲層孔道彎曲程度大而且連通性差，這些都導(dǎo)致了其應(yīng)力敏感性較強(qiáng)。

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