陳 禮 鄧 惠 陳 松 何亞彬 張皓虔

(1. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 100083； 2. 中國(guó)石油西南油氣田分公司， 成都 610051)

儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性，是指當(dāng)儲(chǔ)層巖石所受外力改變時(shí)，會(huì)出現(xiàn)孔喉通道變形、裂縫閉合或裂縫張開(kāi)等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致其滲透能力隨之發(fā)生變化的特性。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，深層氣藏受高溫高壓因素的影響，在衰竭式開(kāi)發(fā)過(guò)程中壓力敏感性十分明顯，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響開(kāi)發(fā)效果[1-7]。深層氣藏儲(chǔ)層巖心高溫高壓下有效覆壓與孔隙度、滲透率的變化關(guān)系，是一項(xiàng)重要的研究課題。四川盆地GM地區(qū)震旦系燈四氣藏儲(chǔ)層原始地層壓力為56 MPa，地層溫度為100 ℃，其儲(chǔ)層主要巖石類型為顆粒云巖和藻云巖，以次生孔隙中的粒間溶孔、格架間溶孔、晶間溶孔為主要儲(chǔ)集空間。本次研究將以GM地區(qū)燈四氣藏儲(chǔ)層為研究對(duì)象，通過(guò)模擬氣藏覆壓及改變流壓的方式，測(cè)試燈四氣藏儲(chǔ)層各類型巖心的孔隙度及滲透率應(yīng)力敏感性。

1 巖心孔隙度及滲透率應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)巖心

選取GM地區(qū)震旦系燈四氣藏天然儲(chǔ)層巖心為實(shí)驗(yàn)巖心，開(kāi)展孔隙度、滲透率應(yīng)力敏感性室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究。巖心類型包括孔隙型、孔洞型、裂縫-孔洞型[8]。由于裂縫-孔洞型巖心在應(yīng)力敏感試驗(yàn)中發(fā)生堵塞，因此僅針對(duì)孔隙型和孔洞型儲(chǔ)層巖心進(jìn)行研究。所選的6塊巖心樣品中，4#巖心為孔隙型，其余巖心為孔洞型。這兩類巖心所在儲(chǔ)層屬于特低孔滲儲(chǔ)層，其滲透率為0.02×10-6～ 260.00×10-6μm2，孔隙度為2.24%～6.21%。表1所示為實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)?？紫缎蛶r心的儲(chǔ)集空間以孔隙為主，溶洞和孔道所占比例很小，儲(chǔ)層物性較差；孔洞型巖心的儲(chǔ)集空間主要為孔隙及溶蝕孔洞，其中孔隙為連續(xù)相，孔洞為分散相?？锥吹拿芏葲Q定著巖心物性的優(yōu)劣，對(duì)孔隙之間的溝通起到關(guān)鍵作用。若孔洞發(fā)育良好，將會(huì)在一定程度上增強(qiáng)儲(chǔ)層的滲流能力。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

針對(duì)GM地區(qū)震旦系燈四氣藏地層壓力、地層溫度均較高的特點(diǎn)，在本次應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)中采用了TC180-高溫高壓巖心驅(qū)替裝置。該裝置的最高工作壓力為180 MPa，最高工作溫度為200 ℃，主要構(gòu)成部分包括高壓巖心夾持器、高壓中間容器、流壓泵、圍壓泵、氣體流量計(jì)和氣體增壓系統(tǒng)等。圖1所示為實(shí)驗(yàn)裝置圖。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)參照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[9-10]。為了盡可能符合氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的實(shí)際情況，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)壓以改變巖心凈上覆壓力的方式進(jìn)行巖心滲透率及孔隙度應(yīng)力敏感性測(cè)試。

表1 實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)

1 — 高純氮?dú)馄浚? — 流壓泵；3 — 氣體增壓系統(tǒng)；4 — 高壓中間容器；5 — 加熱套；6 — 高壓巖心夾持器；7 — 圍壓泵；8 — 壓力傳感器； 9 — 回壓閥；10 — 氣體流量計(jì)；11 — 回壓泵

圖1實(shí)驗(yàn)裝置圖

在此測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)圍壓為135 MPa，實(shí)驗(yàn)流壓為56 MPa，實(shí)驗(yàn)溫度為 100 ℃。按照以下過(guò)程完成實(shí)驗(yàn)：

(1) 降孔隙壓力(提升有效覆壓)過(guò)程。每次以5 MPa的間隔逐級(jí)降低內(nèi)壓，增大凈上覆壓力，在每個(gè)凈上覆壓力點(diǎn)測(cè)量氣體滲透率和孔隙度。

(2) 升孔隙壓力(降低有效覆壓)過(guò)程。每次以5 MPa的間隔逐級(jí)增加回壓，降低凈上覆有效應(yīng)力，在每個(gè)凈上覆壓力點(diǎn)測(cè)量氣體滲透率和孔隙度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(1) 孔隙型巖心。以4#巖心為例，在降低孔隙壓力(提升有效覆壓)過(guò)程中，隨著孔隙壓力的降低(有效覆壓的升高)，孔隙型巖心的滲透率逐漸下降。在有效覆壓升至100 MPa時(shí)，滲透率達(dá)到最低值，后期略有上升。當(dāng)廢棄壓力約10 MPa時(shí)，滲透率保持率為52.07%。在提升孔隙壓力(注氣恢復(fù))的過(guò)程中，隨著孔隙壓力升高(有效覆壓降低)，巖心滲透率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)孔隙壓力恢復(fù)至56 MPa時(shí)，滲透率保持率為58.59%。在一個(gè)完整的降升輪次中不可逆損害為41.41%，表明應(yīng)力敏感性中等偏弱。圖2所示為孔隙型巖心(4#巖心)滲透率隨有效覆壓變化曲線。

圖2 孔隙型巖心(4#巖心)滲透率隨有效覆壓變化曲線

(2) 孔洞型巖心。以3#巖心為例，在降低孔隙壓力的過(guò)程(采氣過(guò)程)中，隨著孔隙壓力降低(有效覆壓升高)，巖心滲透率呈逐漸下降趨勢(shì)，下降速度均勻。當(dāng)孔隙壓力下降至15 MPa時(shí)，滲透率達(dá)到最低值。當(dāng)廢棄壓力為10 MPa時(shí)，滲透率保持率為49.49%。在提升孔隙壓力(注氣恢復(fù))的過(guò)程中，隨著孔隙壓力升高(有效覆壓降低)，巖心滲透率整體呈上升趨勢(shì)，上升速度較慢。孔隙壓力從10 MPa恢復(fù)至56 MPa的過(guò)程中，滲透率有輕微波動(dòng)。當(dāng)孔隙壓力恢復(fù)至56 MPa時(shí)，滲透率保持率為63.43%。在一個(gè)完整的降升輪次中，采氣過(guò)程滲透率損失較大，充氣過(guò)程中滲透率恢復(fù)能力中等，部分滲透率無(wú)法恢復(fù)。不可逆損害為36.47%，應(yīng)力敏感性中等偏弱。圖3所示為孔洞型巖心(3#巖心)滲透率隨有效覆壓變化曲線。

圖3 孔洞型巖心(3#巖心)滲透率隨有效覆壓變化曲線

高溫高壓條件下的巖心滲透率應(yīng)力敏感曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，GM地區(qū)震旦系燈四氣藏儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感性均屬中等，大部分為中等偏弱。表2所示為降壓過(guò)程中的巖心滲透率應(yīng)力敏感性對(duì)比。由表2可看出，孔隙型巖心初始滲透率遠(yuǎn)低于孔洞型巖心，其應(yīng)力敏感性強(qiáng)于大部分孔洞型巖心?？锥葱蛶r心的初始滲透率越大，應(yīng)力敏感性越弱。

表2 降壓過(guò)程中的巖心滲透率應(yīng)力敏感對(duì)比

2.2 儲(chǔ)層孔隙度應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(1) 孔隙型巖心。以4#巖心為例，在采氣過(guò)程中，隨著孔隙壓力的降低(有效覆壓的升高)，孔隙型巖心孔隙度呈下降趨勢(shì)，下降速度緩慢。當(dāng)孔隙壓力下降至10 MPa時(shí)，孔隙度達(dá)到第1次采氣過(guò)程中的最低值,廢棄壓力約為10 MPa，孔隙度保持率為77.91%。在充氣恢復(fù)過(guò)程中，隨著孔隙壓力的升高(有效覆壓降低)，巖心孔隙度呈上升趨勢(shì)，上升速度均勻但緩慢，當(dāng)有效覆壓降低至85 MPa(孔隙壓力恢復(fù)至56 MPa)時(shí)，孔隙度保持率為85.06%。在一個(gè)完整輪次中，采氣過(guò)程中的孔隙度損失較小，充氣過(guò)程的孔隙度恢復(fù)能力為中等，存在部分孔隙度無(wú)法恢復(fù)的情況。不可逆損害約為14.94%，應(yīng)力敏感性較弱。圖4所示為孔隙型巖心(4#巖心)孔隙度隨有效覆壓變化曲線。

圖4 孔隙型巖心(4#巖心)孔隙度隨有效覆壓變化曲線

(2) 孔洞型巖心。以3#巖心為例，在采氣過(guò)程中，隨著孔隙壓力降低(有效覆壓升高)，孔洞型巖心孔隙度呈下降趨勢(shì)，下降速度非常緩慢。當(dāng)孔隙壓力下降至20 MPa時(shí)，孔隙度達(dá)到第1次采氣過(guò)程中的最低值,廢棄壓力約為20 MPa，孔隙度保持率為84.02%。在充氣恢復(fù)過(guò)程中，隨著孔隙壓力的升高(有效覆壓的降低)，巖心孔隙度呈緩慢上升趨勢(shì)，孔隙度損失較小。當(dāng)有效覆壓降低至85 MPa(孔隙壓力恢復(fù)至56 MPa)時(shí)，孔隙度保持率為93.09%。在一個(gè)完整的孔隙壓力降升輪次中，采氣過(guò)程中的孔隙度損失很小，充氣過(guò)程的孔隙度恢復(fù)能力中等，存在較小部分孔隙度無(wú)法恢復(fù)的情況。不可逆損害約為6.91%，應(yīng)力敏感性弱。圖5所示為孔洞型巖心(3#巖心)孔隙度隨孔隙壓力變化曲線。

圖5 孔洞型號(hào)巖心(3#巖心)孔隙度隨孔隙壓力變化曲線

巖心的孔隙度隨孔隙壓力(有效覆壓)發(fā)生變化。通過(guò)對(duì)比可知，在一個(gè)完整的采氣和充氣輪次中，孔隙度保持率平均為89.65%，傷害率平均為10.35%，孔隙度應(yīng)力敏感性較弱?？紫缎蛶r心(4#巖心)的孔隙度恢復(fù)能力最弱，孔洞型巖心(7#巖心)的孔隙度恢復(fù)能力最強(qiáng)。表3所示為降壓過(guò)程中的孔隙度應(yīng)力敏感對(duì)比。

表3 降壓過(guò)程中的孔隙度應(yīng)力敏感對(duì)比

3 結(jié) 語(yǔ)

在本次研究中，模擬四川盆地安岳GM地區(qū)震旦系燈四氣藏的高溫高壓條件，測(cè)試了儲(chǔ)層不同類型巖心的孔隙度及滲透率應(yīng)力敏感性。根據(jù)儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為GM地區(qū)震旦系燈四氣藏儲(chǔ)層的滲透率應(yīng)力敏感性為中等或中等偏弱，孔隙度應(yīng)力敏感相對(duì)較弱，且孔隙型巖心應(yīng)力敏感性強(qiáng)于孔洞型巖心。在深層巖溶風(fēng)化殼碳酸鹽巖氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)該采用合理的生產(chǎn)壓差，減少儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性傷害，確保該類氣藏的高效開(kāi)發(fā)。