孟陽

（中國石化勝利油田分公司開發(fā)處，山東東營257000）

WHZ油田致密儲層微觀特征及介質變形敏感實驗

孟陽

（中國石化勝利油田分公司開發(fā)處，山東東營257000）

致密儲層普遍存在應力敏感現象，會造成油井生產一段時間后產量大幅遞減。針對WHZ油田致密儲層開發(fā)過程中存在的問題，利用巖心核磁共振T2測試方法，得到孔喉半徑及T2截止值等參數，分析了WHZ油田致密儲層巖石組成、孔喉結構及孔滲分布等微觀特征，基于巖心流動實驗及統(tǒng)計分析方法，得到升、降圍壓過程中隨圍壓變化的滲透率，研究了致密儲層無因次滲透率與無因次圍壓之間的函數關系，分析了致密儲層介質變形影響因素，并結合礦場實際分析不同開發(fā)方式下的油田生產情況。結果表明：WHZ油田致密儲層多孔介質經過升、降圍壓后，滲透率將產生不可逆損失，且壓力降低會影響孔喉結構的重新分布，即使補充能量也難以恢復至初始值，存在儲層介質永久性傷害。WHZ油田實際資料表明，降壓開采使產能受損，同期產能同步注水開發(fā)高于未注水開發(fā)。因此，在油田開發(fā)過程中應盡量保持合理的地層壓力，避免因儲層介質變形引起產量損失。

致密儲層 微觀特征 應力敏感性 核磁共振 介質變形 圍壓

致密儲層孔喉結構復雜，在油藏開采前，儲層巖石受上覆地層壓力、孔隙流體壓力以及巖石骨架應力等綜合作用，一般處于平衡狀態(tài)。但隨著注入水的進入或地層流體的采出，巖石骨架的受力情況可能發(fā)生變化，導致其變形，從而影響儲層的物性參數，這種性質稱為巖石的應力敏感性［1-5］。薛永超等進行了不同級別滲透率巖心應力敏感實驗，認為應力敏感性的存在使得巖石滲透率發(fā)生不可逆變化，將最終影響油井產能和油藏開發(fā)效果［6］。但目前關于應力敏感性對油田生產的影響還缺乏定量研究，難以指導油田的合理開發(fā)。為此，筆者利用巖心核磁共振（NMR）測試和巖心流動實驗方法，結合礦場實際生產數據，分析了WHZ油田致密儲層微觀孔隙結構及介質變形特征，以期為合理開發(fā)致密儲層的方案制定提供理論和實驗依據。

1　基于NMR測試的致密儲層微觀特征

1.1礦物組成及微觀孔喉結構

實驗巖心取自WHZ油田某致密儲層，氣測滲透率為0.019×10-3～0.793×10-3μm2，孔隙度為3.44%～17.7%，屬于低孔致密油藏。巖石礦物以石英為主，占整個礦物組分的58.2%，長石次之，占18.8%，粘土占10.3%。通常在外力作用下，硬度越低越容易發(fā)生變形或破碎并發(fā)生位移，使儲層介質的孔隙體積縮小，甚至堵塞孔隙和喉道，降低了致密儲層介質的有效孔隙度和滲透率。

由繪制的氣測滲透率與孔隙度關系曲線（圖1）可以看出，該致密儲層隨著巖石滲透率的增大，孔隙度也相應增大，二者具有良好的指數關系。

圖1　WHZ油田某致密儲層氣測滲透率與孔隙度的關系Fig.1　Relationship between permeability and porosity in the tight reservoirsofWHZoilfield

致密儲層巖石孔隙結構通常為小孔和細孔型，大孔隙的體積占巖心總孔隙體積的比例很小。選擇3塊巖心（表1）進行測試，得到喉道半徑和孔隙半徑分布結果。結果（圖2）表明：致密儲層中喉道半徑和孔隙半徑分布規(guī)律相似，均呈近似正態(tài)分布特征；幾何尺寸絕對值較小的孔隙組成了致密巖心的有效孔隙。具體表現在：①巖心單位體積有效孔道個數越多，其氣測滲透率越高；②當巖心單位體積有效孔隙個數相近時，喉道和孔隙半徑越大，滲透率越大。反之，喉道和孔隙半徑越小，滲透率越??；③巖心喉道和孔隙數量越多，該巖心的孔隙體積相對越大。

表1　巖心流動實驗基本參數Table1　Basic parametersof the flow experiment of rock samples

圖2　WHZ油田某致密儲層喉道半徑和孔隙半徑分布結果Fig.2　Throat radiusand pore radiusdistribution in the tight reservoirsofWHZoilfield

1.2巖心流體飽和度

油藏中流體在儲層多孔介質中以束縛和可動兩類狀態(tài)存在。儲層孔隙空間的可動流體百分數越大，意味著束縛流體百分數越小，則儲層的滲流能力就越好。因此，流體可流動能力從某種程度上決定了油田實際開發(fā)潛力［7-9］。

由6塊致密砂巖巖心常規(guī)孔隙度和核磁孔隙度測定結果（表2）可以看出，當回波間隔為0.5ms時，核磁孔隙度大多略微小于常規(guī)孔隙度，常規(guī)孔隙度平均值為12.42%，核磁孔隙度平均值為12.34%。

NMR標準T2截止值作為區(qū)分可動流體與束縛流體的關鍵參數，其準確與否直接關系到束縛水飽和度和滲透率計算結果的準確性。6塊致密砂巖巖心核磁共振可動流體飽和度測試結果（表2）表明：可動流體飽和度與巖心滲透率、孔隙度具有一定的相關性；該致密儲層可動流體飽和度平均為26.77%～47.33%，核磁共振測試確定可動流體時，巖心的T2截止值平均為27.09ms，可將該值作為WHZ油田致密儲層T2截止值。

表2　致密砂巖巖心核磁共振實驗結果Table2　NMR resultsof the tightsandstone cores

2　儲層介質變形特征

2.1實驗方法

依據SY/T 5358—2010［10］，對WHZ油田某致密儲層的8塊巖心（表3）進行室內巖心流動實驗，測定不同圍壓下的巖心滲透率，通過改變巖心圍壓模擬儲層巖石受到的上覆壓力變化，并分析巖心滲透率隨圍壓的變化規(guī)律。實驗用水為礦化度為9 525 mg/L、粘度為1.005mPa·s的地層水。應力敏感實驗的步驟包括：①按照圖3安裝實驗流程，在溫度為25℃的條件下，保持巖心兩端壓力梯度恒定；②設定初始圍壓為5MPa，將圍壓依次增至10，15，20，30，40和50MPa，每個圍壓點保持30min，測定升壓過程中不同圍壓下的滲透率；③根據選擇的圍壓變化區(qū)間，再依次將圍壓由50MPa降至40，30，20，15， 10和5MPa，每個圍壓點保持1 h，測定降壓過程中不同圍壓下的巖心滲透率；④對于每塊巖心，均通過重復步驟②和③來模擬開采過程中地層降壓后又升壓的過程。

表3　應力敏感實驗所用巖心基本參數Table3　Basic parametersof the rock samples in the stresssensitivity experiments

圖3　應力敏感實驗流程Fig.3　Flowchartofstresssensitivity experiments

2.2圍壓對巖石滲透率的影響

由8塊致密巖心測得的滲透率與圍壓的關系曲線（圖4）可以看出：①無論升壓還是降壓過程，隨著圍壓的增大巖心滲透率均下降；②經過升壓和降壓過程后，滲透率均會產生損失，且該過程是不可逆的；③當圍壓為5～20MPa時，滲透率隨圍壓降低幅度較大，且滲透率最終不可逆損失率也較大；當圍壓為20～50MPa時，滲透率隨圍壓降低幅度較小，滲透率最終不可逆損失率也較小，為2%～4%。

圖4　巖心滲透率隨圍壓的變化關系Fig.4　Variationsof rock sample permeabilities with the confining pressure

2.3應力敏感系數

應力敏感系數可以定量表征儲層滲透率隨應力變化的敏感程度，其值越大說明儲層對壓力越敏感［11-13］。將8塊巖心的滲透率及圍壓進行無因次化處理后，分別繪制兩者的關系曲線（圖5），利用乘冪數學式對曲線進行擬合，所得擬合方程形式與Zhu-Suyang等研究結果［14-16］相同，且相關系數較高，為0.981 1～0.997 1，得到的滲透率與圍壓的關系式為

式中：Ks為某一圍壓下的滲透率，10-3μm2；Ki為圍壓為5MPa時的初始滲透率，10-3μm2；α和β均為系數；σs為圍壓，MPa；σi為初始圍壓，MPa。

圖5　實驗巖心Ks/Ki與σs/σi的關系Fig.5　Relationship between Ks/Kiandσs/σiof rock samples

筆者將式（1）中的β定義為應力敏感系數，8塊致密巖心的應力敏感系數為0.264～1.023。

巖石的滲透率和孔隙度均隨著應力條件變化而變化，但是孔隙度的變化幅度遠小于滲透率的變化幅度。根據圖1中孔隙度與滲透率的關系，假設應力敏感系數與初始滲透率和孔隙度的關系為

式中：?為孔隙度；K為氣測滲透率，10-3μm2。

根據WHZ油田8塊致密巖心的孔隙度、滲透率和應力敏感系數，繪制 β與?K0.4141的關系曲線，擬合得到相關性較高的冪函數關系為

分析初始滲透率、孔隙度與應力敏感系數的關系可知，巖心初始滲透率與孔隙度對應力敏感系數影響較大。滲透率和孔隙度越小，對應的應力敏感系數越大，且在一定范圍內應力敏感系數變化較大；當滲透率和孔隙度較大時，應力敏感系數變化較小。對于致密儲層，壓力的下降會影響孔喉結構的重新分布，造成滲透率和孔隙度的大幅損失，即使補充能量也難以恢復至初始值，即存在永久性傷害。這種傷害與孔喉微觀結構及有效應力密切相關，油藏開發(fā)過程中壓力下降越快，滲透率損失越大，產量遞減越快，對油田穩(wěn)產增產越不利。

3　實例分析

WHZ油田原始地層壓力為50MPa，滲透率為0.2×10-3μm2，儲層厚度為24m，地層原油粘度為0.78mPa·s。井組A采用同步注水開發(fā)方式，井組B采用天然能量開發(fā)方式，2井組儲層滲透率接近。由2個井組平均單井產油量曲線（圖6）可知：油藏開發(fā)初期，2個井組產能損失明顯，產油量均遞減較快，開采5 a的遞減率均約為50%；但同步注水開發(fā)效果明顯好于天然能量開發(fā)，同期產能同步注水開發(fā)高于天然能量開發(fā)，井組A注水見效后，油藏壓力恢復，產油量上升明顯，后期產油量下降趨勢比較緩慢，開采10 a后，產油量穩(wěn)定在4 t/d左右，而井組B，由于地層能量一直下降，產油量一直低于井組A，且一直處于遞減狀態(tài)。因此，在油田開發(fā)過程中應盡量保持合理的地層壓力，避免因儲層介質變形引起產量損失。

圖6　注水和未注水井組平均單井產油量對比曲線Fig.6　Comparison ofaverage daily oilproduction curvesbetweenwellgroupswith and withoutwater flooding

4　結論

WHZ油田致密儲層孔隙結構以幾何尺寸絕對值較小的小孔和細孔型為主，喉道半徑和孔隙半徑分布規(guī)律相近，均呈近似正態(tài)分布特征；油藏平均可動流體飽和度為25%～45%，且可動流體飽和度隨著巖心滲透率與孔隙度的增大而增大。在進行核磁共振確定可動流體時，可將27.09ms作為WHZ油田致密儲層T2截止值。巖石滲透率在升、降圍壓過程中存在一定的應力敏感性，當圍壓為0～20MPa時，滲透率降低幅度大；當圍壓為20～50MPa時，滲透率降低幅度小。升圍壓過程中孔喉結構重新分布，介質發(fā)生變形，造成滲透率大幅損失，且在經先升圍壓再降圍壓的過程后，滲透率產生不可逆的損失，即使地層壓力再升高滲透率也難以恢復至初始值。因此，高效開發(fā)致密油藏應保持合理的地層壓力，避免因儲層介質變形引起油井產量的損失。

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編輯常迎梅

Microscopic characteristicsand sensitivity experimentofmedium deformation in the tight reservoirsofWHZ oilfield

Meng Yang
（DevelopmentDepartment，ShengliOilfield Company，SINOPEC，Dongying City，Shandong Province，257000，China）

Common phenomenon of stress sensitivity in the tight reservoirsmay result in great decline of production after producing for some time for the oilwells.According to the development problem of the tight reservoirs inWHZ oilfield，T2testingmethod through core NMR was applied to obtain pore-throat radius and T2cutoff value and other parameters.The microscopic characteristics of rock composition，the pore-throat structure and the distribution of porosity and permeability in the tight reservoirsofWHZoilfield were analyzed.Based on the experimentof core flooding and themethod of statistical analysis，the variation of core permeability with the confining pressure was understood，and the function relationship between dimensionless permeability and dimensionless confining pressure for the tight reservoirswas researched.Influencing factors onmedium deformation for the tight reservoirswere analyzed and the oilfield production situation under various developmentmodeswas analyzed combined with the actual field situation.The result shows that the permeability damage of porousmedium is irreversible under loading and unloading confining pressure for the tight reservoirs inWHZ oilfield，and the re-distribution of pore-throat structuremay be affected in the process of pressure drop.It’s hard to recover the initial value and permanent damagemay form for the reservoir even if energy is supplemented.Actual data of theWHZ oilfield show that the productivity lossmay occur under pressure drop and the productivitywith synchronouswater floodingmay be higher than thatwith nowater flooding.Therefore，a reasonable formation pressure isnecessary in the processofoilfield development，whichmay avoid production loss resulted frommedium deformation of the reservoirs.

tight reservoir；microscopic characteristics；stresssensitivity；NMR；medium deformation；confining pressure

TE311

A

1009-9603（2015）03-0095-05

2015-03-03。

孟陽（1970—），男，山東嘉祥人，高級工程師，碩士，從事油田開發(fā)方面的研究。聯系電話：（0546）8711849，E-mail：mengyang. slyt@sinopec.com。

國家科技重大專項“勝利油田薄互層低滲透油田開發(fā)示范工程”（2011ZX05051）。