室內(nèi)試驗(yàn)研究?jī)?chǔ)層應(yīng)力敏感性

林琳，陳琳琳，路小兵，李玲，李文麗，蔣紅梅

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500）

室內(nèi)試驗(yàn)研究?jī)?chǔ)層應(yīng)力敏感性

林琳，陳琳琳，路小兵，李玲，李文麗，蔣紅梅

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500）

靖邊氣田自2003年大規(guī)模產(chǎn)建結(jié)束后，達(dá)到一定生產(chǎn)能力，近十幾年的規(guī)模生產(chǎn)，地層壓力下降幅度較大，隨著地層壓力的降低，在上覆巖層壓力不變的情況下，儲(chǔ)層巖石受到的凈有效上覆壓力增加，進(jìn)而造成儲(chǔ)層孔隙度和滲透率隨之變化，本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，研究靖邊氣田儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感，為進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

應(yīng)力敏感；圍壓；孔隙度；滲透率

應(yīng)力敏感是指隨著氣藏的不斷開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)層孔隙壓力不斷下降，在上覆巖層壓力不變的情況下，儲(chǔ)層巖石受到的凈有效上覆壓力增加，導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而造成儲(chǔ)層孔隙度和滲透率隨之變化的現(xiàn)象。儲(chǔ)層有效上覆壓力為上覆巖層壓力與孔隙壓力之差。

1952年，F(xiàn)att通過(guò)砂巖實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明在圍壓達(dá)到34 MPa時(shí)，滲透率和孔隙度與未加壓相比分別下降了25%和5%。在礦場(chǎng)計(jì)算中，孔隙度的變化可以忽略不計(jì)，但絕不能忽略滲透率的變化。Jose G.的實(shí)驗(yàn)研究表明，隨著圍壓增加，致密氣藏的滲透率損失高達(dá)90%，這一結(jié)果與過(guò)去的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。M.Latchie等利用純砂巖和泥質(zhì)砂巖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明高滲透性純砂巖的原始滲透率大約有4%不能恢復(fù)，而低滲透泥質(zhì)砂巖的滲透率有60%不能恢復(fù)。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明巖石變形既有彈性變形，也有彈塑性和塑性變形。

可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于低滲儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的研究很多，并且有比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，即低滲儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性強(qiáng)于中、高滲儲(chǔ)層。

表1　覆壓孔隙度測(cè)定對(duì)比結(jié)果

1　常規(guī)應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)及分析

常規(guī)應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)是在保持驅(qū)替壓差不變的條件下，首先逐漸升高圍壓，測(cè)定樣品孔隙度和滲透率隨有效上覆壓力升高而降低的情況，然后再逐漸降低圍壓，測(cè)定孔隙度和滲透率隨有效上覆壓力降低而恢復(fù)的情況。覆壓孔隙度和覆壓滲透率測(cè)定是在CMS-300孔滲測(cè)定儀上完成的。

1.1覆壓孔隙度測(cè)定及分析

利用靖邊氣田統(tǒng)19井4個(gè)樣品，分別在長(zhǎng)慶研究院實(shí)驗(yàn)室和西南石油大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了孔隙度的應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的凈有效上覆壓力為2.5MPa、6MPa、8MPa、10MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa、30 MPa、35 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1），覆壓孔隙度實(shí)驗(yàn)是采用同一個(gè)樣品，是在兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)室之間完成的。

長(zhǎng)慶和西南兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的上覆壓力孔隙度測(cè)定具有較好的一致性。在35 MPa的凈有效上覆壓力下，孔隙度的損害率在10%～14%，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與大量的文獻(xiàn)資料比較吻合。

利用表1中原始數(shù)據(jù)資料作出各樣品的孔隙度應(yīng)力敏感性分析曲線（見(jiàn)圖1～圖5）。

圖1　19井1號(hào)樣品分析曲線

圖2　19井17號(hào)樣品分析曲線

圖3　19井18號(hào)樣品分析曲線

圖4　19井46號(hào)樣品分析曲線

圖5　儲(chǔ)層孔隙度應(yīng)力敏感性分析曲線

同時(shí)根據(jù)圖1～圖5及相應(yīng)的覆壓孔隙度測(cè)定結(jié)果，匯總可得孔隙度應(yīng)力敏感性分析匯總（見(jiàn)表2）。

表2　孔隙度應(yīng)力敏感性分析表

根據(jù)儲(chǔ)層樣品覆壓孔隙度的測(cè)定結(jié)果及儲(chǔ)層孔隙度應(yīng)力敏感性的分析曲線，對(duì)孔隙度的應(yīng)力敏感性進(jìn)行分析可得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）儲(chǔ)層樣品的孔隙度與有效上覆壓力的變化關(guān)系成乘冪形式，二者具有較好的一致性；隨著有效上覆壓力的增加，孔隙度成乖?xún)缧问浇档停从行细矇毫υ黾拥某跗?，孔隙度下降較快，而隨著上覆壓力的進(jìn)一步增加，孔隙度的下降變慢，后期孔隙度保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值。

（2）原始孔隙度存在差異的樣品其孔隙度應(yīng)力敏感性存在差異。原始孔隙度高的儲(chǔ)層受應(yīng)力敏感影響之后，其孔隙度仍保持在相對(duì)較高水平；而原始孔隙度低的低孔儲(chǔ)層受應(yīng)力敏感影響之后，孔隙度值進(jìn)一步降低，保持在更低的水平。但總體而言，孔隙度的應(yīng)力敏感性相對(duì)較弱，孔隙度的下降相對(duì)較小。

1.2覆壓滲透率測(cè)定及分析

利用靖邊氣田19井4個(gè)樣品，分別在長(zhǎng)慶研究院實(shí)驗(yàn)室和西南石油大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了滲透率的應(yīng)力敏感性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的凈有效上覆壓力為2.5 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa、30 MPa、35 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表3），與覆壓孔隙度測(cè)定相同，覆壓滲透率測(cè)定是采用同一個(gè)樣品，也是在兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)室之間完成的。

表3　覆壓滲透率測(cè)定對(duì)比結(jié)果

長(zhǎng)慶和西南兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的上覆壓力滲透率測(cè)定同樣具有較好的一致性，主要表現(xiàn)在上覆壓力下的滲透率曲線形態(tài)比較接近。在35 MPa的最高上覆壓力下，滲透率下降最小達(dá)86.4%，最高可達(dá)98.0%。

利用表3中長(zhǎng)慶實(shí)驗(yàn)室的原始數(shù)據(jù)資料作出各樣品的滲透率應(yīng)力敏感性分析曲線（見(jiàn)圖6～圖10）。

圖6　19井1號(hào)樣品分析曲線

圖7　19井17號(hào)樣品分析曲線

圖8　19井18號(hào)樣品分析曲線

圖9　19井46號(hào)樣品分析曲線

同時(shí)根據(jù)圖6～圖10及相應(yīng)的覆壓滲透率測(cè)定結(jié)果，匯總可得滲透率應(yīng)力敏感性分析匯總（見(jiàn)表4）。

表4　滲透率應(yīng)力敏感性分析表

根據(jù)儲(chǔ)層樣品覆壓滲透率的測(cè)定結(jié)果及儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感性的分析曲線，對(duì)滲透率的應(yīng)力敏感性進(jìn)行分析可得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）儲(chǔ)層樣品的滲透率與有效上覆壓力的變化關(guān)系成乘冪形式，二者具有較好的一致性；隨著有效上覆壓力的增加，滲透率成乖?xún)缧问浇档?，即有效上覆壓力增加的初期，滲透率下降較快，而隨著上覆壓力的進(jìn)一步增加，滲透率的下降變慢，后期滲透率保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值。

（2）原始滲透率存在差異的樣品其滲透率應(yīng)力敏感性存在差異。原始滲透率高的儲(chǔ)層受應(yīng)力敏感影響之后，其滲透率仍保持在相對(duì)較高水平；而原始滲透率低的低滲儲(chǔ)層受應(yīng)力敏感影響之后，滲透率值進(jìn)一步降低，保持在更低的水平。

（3）與孔隙度的應(yīng)力敏感性相比，滲透率的應(yīng)力敏感性更強(qiáng)。無(wú)論是高滲儲(chǔ)層還是低滲儲(chǔ)層，滲透率隨有效上覆壓力的變化均很大。尤其對(duì)低滲儲(chǔ)層而言，由于儲(chǔ)層本身滲透率很低，加上滲透率應(yīng)力敏感的影響，使得儲(chǔ)層滲透率進(jìn)一步降低。因此，對(duì)低滲氣藏儲(chǔ)層而言，滲透率應(yīng)力敏感性的影響不容忽視。

1.3孔隙度與滲透率的關(guān)系分析

根據(jù)上述覆壓孔隙度與覆壓滲透率的測(cè)定資料，可作出同一樣品在有效上覆壓力變化范圍內(nèi)（2.5 MPa～35 MPa），孔隙度與滲透率的關(guān)系曲線（見(jiàn)圖11～圖14）；同時(shí)可作出不同樣品在不同有效上覆壓力情況下時(shí)，孔隙度與滲透率的關(guān)系曲線（見(jiàn)圖15）。

圖11　19井1號(hào)樣品孔滲關(guān)系曲線

圖12　19井17號(hào)樣品孔滲關(guān)系曲線

圖13　19井18號(hào)樣品孔滲關(guān)系曲線

圖14　19井46號(hào)樣品孔滲關(guān)系曲線

圖15　不同有效上覆壓力下的孔滲關(guān)系曲線

從同一樣品在有效上覆壓力變化范圍內(nèi)（2.5 MPa～35 MPa），孔隙度與滲透率的關(guān)系曲線圖11～圖14可以看出以下幾點(diǎn)：

（1）同一樣品在有效上覆壓力變化范圍內(nèi)（2.5 MPa～35 MPa），孔隙度與滲透率的關(guān)系曲線成二階多項(xiàng)式關(guān)系，二者具有較好的一致性。

（2）孔隙度與滲透率的應(yīng)力敏感性存在差異；隨著有效上覆壓力的增加，孔隙度減小，滲透率降低，相對(duì)于孔隙度的減小而言，滲透率降低劇烈。即滲透率的應(yīng)力敏感性大大強(qiáng)于孔隙度的應(yīng)力敏感性。

從不同有效上覆壓力下的孔滲關(guān)系曲線圖15可以看出：（1）不同有效上覆壓力條件下，孔滲關(guān)系曲線存在差異，但孔滲關(guān)系基本上都符合乘冪形式，滲透率隨孔隙度的降低以乘冪的形式降低；（2）隨著有效上覆壓力的增加，不同樣品的孔隙度降低程度均較小，但滲透率的降低劇烈，表明滲透率的應(yīng)力敏感性大大強(qiáng)于孔隙度的應(yīng)力敏感性。

2　認(rèn)識(shí)

室內(nèi)應(yīng)力敏感性試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）孔隙度的應(yīng)力敏感性相對(duì)較弱，孔隙度的下降相對(duì)較小。

（2）隨著有效上覆壓力的增加，滲透率的降低劇烈，表明滲透率的應(yīng)力敏感性大大強(qiáng)于孔隙度的應(yīng)力敏感性。尤其對(duì)低滲儲(chǔ)層而言，由于儲(chǔ)層本身滲透率很低，加上滲透率應(yīng)力敏感的影響，使得儲(chǔ)層滲透率進(jìn)一步降低。因此，對(duì)低滲氣藏儲(chǔ)層而言，滲透率應(yīng)力敏感性的影響不容忽視。

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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.030

TE311

A

1673-5285（2015）06-0110-05

2015－04-27

林琳，女（1978-），漢族，遼寧，工程師，本科，主要從事天然氣開(kāi)發(fā)工作。