羅 超，顧岱鴻，周曉峰，閆子旺，趙 超

(中國(guó)石油大學(xué)·石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

超低滲巖心滲透率應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比

羅 超，顧岱鴻，周曉峰，閆子旺，趙 超

(中國(guó)石油大學(xué)·石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

利用變圍壓的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)長(zhǎng)慶油田的6塊巖樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低滲透儲(chǔ)層具有較為明顯的應(yīng)力敏感性，巖心滲透率與有效覆壓呈乘冪函數(shù)關(guān)系。用應(yīng)力敏感性系數(shù)法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，滲透率比值的立方根與對(duì)應(yīng)的有效覆壓比值的對(duì)數(shù)顯示出很好的線性相關(guān)性；對(duì)比不同應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)指標(biāo)表明，應(yīng)力敏感性系數(shù)法和油藏評(píng)價(jià)法在儲(chǔ)層應(yīng)力損害等級(jí)評(píng)價(jià)上表現(xiàn)出很好的一致性，推薦使用應(yīng)力敏感性系數(shù)來度量?jī)?chǔ)層的應(yīng)力敏感程度。

低滲透儲(chǔ)層；滲透率；有效覆壓；應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)

滲透率應(yīng)力敏感效應(yīng)在低滲透儲(chǔ)層中表現(xiàn)突出[1-3]，具體表現(xiàn)在應(yīng)力敏感性對(duì)井網(wǎng)部署、開采壓差、油氣井配產(chǎn)以及最終采收率等方面的影響。國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，確立有效覆壓是影響儲(chǔ)層滲透率的主要因子，并用指數(shù)式[4-6]、乘冪式[7-8]和多項(xiàng)式[9-12]等關(guān)系描述了滲透率與有效覆壓之間的函數(shù)關(guān)系，然后對(duì)儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感性進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。目前，常用的應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有3種：實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)評(píng)價(jià)、油氣藏評(píng)價(jià)及應(yīng)力敏感性系數(shù)法。室內(nèi)評(píng)價(jià)從實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)出發(fā)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法“儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法(SY/T5358-2010)”[13]。油氣藏評(píng)價(jià)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合油氣藏實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。應(yīng)力敏感性系數(shù)法則是先將滲透率和有效覆壓無因次化，再擬合其函數(shù)關(guān)系式，以擬合得到的應(yīng)力敏感系數(shù)來評(píng)價(jià)滲透率應(yīng)力敏感程度。但是，由于應(yīng)力敏感性的特殊性，目前關(guān)于應(yīng)力敏感性的數(shù)據(jù)處理及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍存在較大爭(zhēng)議。筆者根據(jù)長(zhǎng)慶油田6塊巖樣的應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較這3種評(píng)價(jià)方法計(jì)算的滲透率損害率程度，并探討不同評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 儲(chǔ)層巖石應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

選取6塊長(zhǎng)慶油田巖心，巖樣氣測(cè)滲透率平均值為1.89×10-3μm2,屬于特低滲透儲(chǔ)層。實(shí)驗(yàn)方法參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法(SY/T5358-2010)”。本實(shí)驗(yàn)通過改變巖樣的圍壓來改變巖心所受的有效覆壓，共設(shè)定了12個(gè)圍壓上升點(diǎn)和圍壓下降點(diǎn)，每個(gè)圍壓上升點(diǎn)的穩(wěn)定時(shí)間為45 min，每個(gè)圍壓下降點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)間為1 h。當(dāng)圍壓穩(wěn)定時(shí)間到達(dá)后，利用氣測(cè)滲透率儀測(cè)試該圍壓下的氣測(cè)滲透率，采用Terzaghi有效覆壓方程計(jì)算有效覆壓。

1.2 滲透率與有效覆壓的關(guān)系

對(duì)6塊巖心進(jìn)行應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)得到氣測(cè)滲透率與有效覆壓的特征曲線，回歸分析后發(fā)現(xiàn)，所有關(guān)系式中以乘冪的相關(guān)系數(shù)最高，絕大部分相關(guān)系數(shù)在0.98以上，二次多項(xiàng)式次之，而指數(shù)式的相關(guān)系數(shù)最低。因此選取乘冪式[7-8]來回歸擬合滲透率與有效覆壓的關(guān)系：

k=m×σ-n

(1)

式中：k——?dú)鉁y(cè)滲透率，10-3μm2；m——擬合系數(shù)；n——擬合指數(shù)；σ——凈上覆壓力，MPa。

6塊巖心的基本參數(shù)及m、n回歸結(jié)果和相關(guān)系數(shù)R2見表1。

2 儲(chǔ)層巖石滲透率應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)

2.1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法

在考察圍壓對(duì)巖心氣測(cè)滲透率的影響時(shí)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以升圍壓時(shí)第一個(gè)圍壓點(diǎn)(2.5 MPa)的氣測(cè)滲透率作為最大滲透率值k1,以最大圍壓點(diǎn)(50 MPa)的氣測(cè)滲透率值為最小滲透率值k50；以降圍壓恢復(fù)過程的最后一個(gè)圍壓點(diǎn)(2.5 MPa)的氣測(cè)滲透率為最大滲透率值k1dl，該值為研究過程最大滲透率恢復(fù)值。利用k1，k50，k1dl計(jì)算該過程最大滲透率損害程度Dk和滲透率不可恢復(fù)度Dkir。

表1 實(shí)驗(yàn)巖心基本參數(shù)及滲透率與有效覆壓的擬合結(jié)果

(2)

(3)

2.2 油藏評(píng)價(jià)法

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)綜合利用升圍壓和降圍壓過程氣測(cè)滲透率的變化趨勢(shì)、最大滲透率傷害程度Dk和滲透率不可恢復(fù)度Dkir，評(píng)價(jià)圍壓對(duì)巖心氣測(cè)滲透率的影響。但是滲透率損害率的大小與實(shí)驗(yàn)中選擇的初始有效覆壓有關(guān)。因此，需要考慮真實(shí)儲(chǔ)層應(yīng)力狀態(tài)對(duì)儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性做出合理的評(píng)價(jià)。鑒于上述原因，油藏評(píng)價(jià)方法使用原地有效覆壓作為初始計(jì)算點(diǎn)，來計(jì)算最大滲透率損害程度和滲透率不可恢復(fù)度，則式(2)、(3)可改寫為：

(4)

(5)

式中：Rk——有效覆壓為iMPa時(shí)的滲透率損害率；kri——原地有效覆壓對(duì)應(yīng)的巖心滲透率，10-3μm2；ki——各有效覆壓測(cè)點(diǎn)的巖心滲透率，10-3μm2；Rkir和kridl——有效覆壓恢復(fù)到原地有效覆壓時(shí)的滲透率不可恢復(fù)度和滲透率。

6塊巖心所在區(qū)塊平均上覆巖層密度為2.50 g/cm3,地層壓力梯度為0.8 MPa/100 m，可以求取這6塊巖心的原始地層有效覆壓。利用滲透率與有效覆壓的乘冪關(guān)系，求取不同有效覆壓下的滲透率，然后以原始地層有效覆壓為初始點(diǎn)，進(jìn)行最大滲透率損害程度和滲透率不可恢復(fù)度計(jì)算。

2.3 應(yīng)力敏感性系數(shù)法

根據(jù)張浩，康毅力，蘭林等人的研究[14-16]，滲透率比值的立方根與對(duì)應(yīng)有效覆壓比值的對(duì)數(shù)具有很好的線性相關(guān)性，即(6)式。

(6)

式中：a=1；Ss——應(yīng)力敏感性系數(shù)；σ——有效覆壓，MPa；k—— 對(duì)應(yīng)的滲透率，10-3μm2；σ0、k0——初始測(cè)點(diǎn)的有效覆壓和滲透率，MPa，10-3μm2。表2為應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 應(yīng)力敏感性系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

6塊巖心的線性擬合結(jié)果如表3所示。由于實(shí)驗(yàn)存在一定的誤差，所以表3中各個(gè)擬合式的a值并不是嚴(yán)格等于1。

表3 應(yīng)力敏感性系數(shù)擬合結(jié)果

2.3.1 應(yīng)力敏感性系數(shù)與初始滲透率的關(guān)系

從表3可看出，巖石滲透率越小，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力敏感性系數(shù)越大。對(duì)6塊巖心的應(yīng)力敏感性系數(shù)與巖心初始滲透率k1進(jìn)行曲線擬合，回歸分析發(fā)現(xiàn)其關(guān)系曲線以乘冪式的相關(guān)系數(shù)最高，如圖1所示。其回歸式為：

(7)

從圖1可看出，當(dāng)巖心滲透率小于1×10-3μm2以后，應(yīng)力敏感系數(shù)急劇增加。由此可見，應(yīng)力敏感效應(yīng)對(duì)特低、超低滲油氣儲(chǔ)層巖心滲透率的影響顯著增強(qiáng)。

圖1 應(yīng)力敏感性系數(shù)與初始滲透率的關(guān)系

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比

表4是根據(jù)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)所選6塊巖樣滲透率損害結(jié)果，可以看出，巖心滲透率越低，其滲透率應(yīng)力敏感性越強(qiáng)。行業(yè)評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果為：該儲(chǔ)層巖石的應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果為中等偏強(qiáng)。油藏評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)結(jié)果為：該儲(chǔ)層巖石的應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果為弱。所以按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)得到的評(píng)價(jià)結(jié)果夸大了有效覆壓對(duì)儲(chǔ)層滲透率的損害。應(yīng)力敏感性系數(shù)法和油藏評(píng)價(jià)法得到的損害等級(jí)一致。

表4 不同指標(biāo)的滲透率損害評(píng)價(jià)結(jié)果

圖2是應(yīng)力敏感性系數(shù)和油藏評(píng)價(jià)法算得的滲透率損害率的線性擬合圖，也表現(xiàn)為較好的相關(guān)性。而且，與油藏評(píng)價(jià)法相比，應(yīng)力敏感性系數(shù)法可以在既不知道油藏原始地應(yīng)力，也不需要多個(gè)應(yīng)力敏感測(cè)試點(diǎn)的情況下得到比較切實(shí)的油藏應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)。因此，應(yīng)力敏感性系數(shù)法使用起來更加簡(jiǎn)單方便。但是，應(yīng)力敏感性系數(shù)是由實(shí)驗(yàn)得到的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到，每一巖樣對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)力敏感性系數(shù)，該系數(shù)的物理意義不如滲透率損害率直觀，而且不能反映出油氣藏開發(fā)過程中每個(gè)階段的應(yīng)力敏感狀態(tài)，不利于工程應(yīng)用。雖然如此，應(yīng)力敏感性系數(shù)法仍得到廣泛應(yīng)用。

圖2 應(yīng)力敏感性系數(shù)與滲透率損害率(以原始有效覆壓為初始點(diǎn))的線性關(guān)系

4 結(jié)論

(1)用乘冪函數(shù)關(guān)系可以表征巖心的滲透率與有效覆壓的關(guān)系。

(2)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選用2.5 MPa圍壓下的滲透率為初始點(diǎn)計(jì)算滲透率損害率將夸大實(shí)際油藏有效覆壓對(duì)滲透率的損害，應(yīng)以原地有效覆壓下的滲透率作為參考點(diǎn)來計(jì)算滲透率損害率。

(3)應(yīng)力敏感性系數(shù)與初始滲透率呈乘冪關(guān)系，初始滲透率小于1×10-3μm2以后，應(yīng)力敏感系數(shù)急劇增加，特低滲巖心滲透率應(yīng)力敏感性顯著。

(4)應(yīng)力敏感性系數(shù)和油藏評(píng)價(jià)法算得的滲透率損害率有較好的一致性，建議使用應(yīng)力敏感性系數(shù)法來評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性。

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編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0094-04

2015-03-10

羅超，1989年生，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程專業(yè)，在讀碩士生，研究方向：滲流理論與油氣藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)。

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