袁浩偉，陳　昉，劉夢(mèng)云

[中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)資源勘查工程，北京100083]

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致密氣藏應(yīng)力敏感性研究

袁浩偉，陳昉，劉夢(mèng)云

[中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)資源勘查工程，北京100083]

應(yīng)力敏感現(xiàn)象是目前制約致密氣開采的關(guān)鍵因素，結(jié)合目前應(yīng)力敏感研究的前沿結(jié)果，分析應(yīng)力敏感的影響因素，建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停⒀芯繎?yīng)力敏感對(duì)滲透率和孔隙度的影響結(jié)果。結(jié)果表明，應(yīng)力敏感性的影響因素分為內(nèi)因和外因，內(nèi)因包括巖石組分、巖石壓縮系數(shù)、含水飽和度、天然裂縫、啟動(dòng)壓力和儲(chǔ)層溫度等；外因包括工作液侵入、重復(fù)施壓、加壓時(shí)間等。定外壓變內(nèi)壓的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行致密氣應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)表明，致密氣藏不存在強(qiáng)應(yīng)力敏感性、儲(chǔ)層內(nèi)孔隙流體壓力降低導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率和孔隙度均不斷下降，且滲透率和孔隙度損失無(wú)法完全恢復(fù)，致密氣儲(chǔ)層滲透率越低滲透率敏感性越弱；孔隙度敏感性總體較弱，基本可以忽略。以蘇里格氣田為例探討應(yīng)力敏感性對(duì)致密氣藏產(chǎn)能預(yù)測(cè)影響，發(fā)現(xiàn)放壓生產(chǎn)時(shí)應(yīng)力敏感對(duì)氣井產(chǎn)能的影響遠(yuǎn)大于控壓生產(chǎn)。

應(yīng)力敏感；影響因素；產(chǎn)能；模型；機(jī)理

1 致密氣簡(jiǎn)介

1.1 致密氣

致密氣在目前一般指低孔、低滲的天然氣(圖1)，其含氣飽和度較低，含水飽和度高，氣體在儲(chǔ)層中流動(dòng)極其緩慢。

致密氣在全球分布廣泛，尤其是北美地區(qū)已探明儲(chǔ)量巨大，是全球較早投入工業(yè)化開發(fā)的非常規(guī)油氣之一。部分致密氣與常規(guī)天然氣在資源量上存在交叉，兩者混合共生，因此有學(xué)者建議將致密氣比例達(dá)到65%以上的氣區(qū)整體劃為致密氣，若埋藏較淺、開采條件較好，也可歸為常規(guī)天然氣開采[1]。

1.2 致密氣的特點(diǎn)

(1)分布隱蔽，常規(guī)的勘探方法難以發(fā)現(xiàn)。

(2)短期內(nèi)難以認(rèn)識(shí)并作出客觀評(píng)價(jià)。

(3)當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，必須經(jīng)過特殊工程處理方可成為可采儲(chǔ)量。

1.3 我國(guó)致密氣發(fā)展現(xiàn)狀及前景

中國(guó)致密氣廣泛分布于鄂爾多斯、塔里木、四川、準(zhǔn)噶爾、松遼等10余個(gè)盆地，有利勘探面積約為32×104km2，勘探開發(fā)潛力巨大。致密氣具有平面上大面積分布、縱向上多層疊置、豐度相對(duì)較低和井控儲(chǔ)量較小等特點(diǎn)。中國(guó)已發(fā)現(xiàn)的致密氣藏可分為透鏡體多層疊置型、層狀型和塊狀型3種類型。層狀型致密氣藏有松遼盆地的登婁庫(kù)組，氣層厚達(dá)60m；松遼盆地南部透鏡體多層疊置型致密氣藏目前通過水平井形式開發(fā)，產(chǎn)量高達(dá)7.1×104m3/d，已具一定規(guī)模；典型塊狀型的致密油氣為塔里木盆地山前侏羅系的依南氣田，整體儲(chǔ)層厚達(dá)300m以上，孔隙度平均為5.2%～9.6%。據(jù) Wood Mackenzie 和中國(guó)國(guó)土資源部等機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)[2]，2020年中國(guó)天然氣產(chǎn)量將達(dá)到2150×108m3,其中致密氣產(chǎn)量為300×108m3；到2030年，預(yù)計(jì)中國(guó)天然氣產(chǎn)量可達(dá)(2500～3000)×108m3，其中致密氣產(chǎn)量為(400～600)×108m3。

在當(dāng)前形勢(shì)下，雖然常規(guī)油氣在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍將處于主導(dǎo)地位，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，資源總量更加豐富的非常規(guī)天然氣將在能源格局中占據(jù)越來(lái)越重要的席位。目前，致密氣已探明的儲(chǔ)量十分巨大，具備進(jìn)一步開發(fā)的條件，是非常規(guī)油氣中最現(xiàn)實(shí)的資源。

1.4 我國(guó)致密氣研究中存在的問題

(1)資源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。由于非常規(guī)天然氣的成藏理論還不完善，因此評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)都暫時(shí)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

(2)高效開發(fā)致密氣難度仍較高。致密氣的開發(fā)具有高難度、高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)。并且在開發(fā)過程中極易出現(xiàn)鉆井液漏失、井噴、產(chǎn)能衰竭過快等工程問題。如何科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、高效地開發(fā)致密氣仍是一個(gè)重大難題。

應(yīng)力敏感性問題的研究會(huì)嚴(yán)重制約致密油氣藏的開發(fā)。在油氣田開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，很多鉆井工程事故的發(fā)生是沒有充分考慮應(yīng)力敏感而造成的，因此造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了更有效地開發(fā)致密油氣田，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化，對(duì)此國(guó)內(nèi)外專家進(jìn)行了大量的研究工作。在致密氣藏的流體滲流規(guī)律中，應(yīng)力敏感性分析就占有重要地位。到目前為止，對(duì)應(yīng)力敏感性的實(shí)驗(yàn)分析都是通過模擬樣品有效應(yīng)力，建立基于致密油氣藏的流固耦合模型，在此基礎(chǔ)上結(jié)合單井產(chǎn)能公式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開發(fā)進(jìn)行指導(dǎo)。

2 應(yīng)力敏感性分析

2.1 應(yīng)力敏感現(xiàn)象

在油氣田勘探開發(fā)過程中，隨著孔隙中流體被采出，巖石所受應(yīng)力增加，表現(xiàn)為儲(chǔ)層滲透率隨應(yīng)力增加而降低，這即為儲(chǔ)層應(yīng)力敏感現(xiàn)象。有學(xué)者將孔隙度與應(yīng)力敏感性聯(lián)系在一起，但事實(shí)證明致密砂巖儲(chǔ)層的滲透率應(yīng)力敏感性比孔隙度應(yīng)力敏感性強(qiáng)很多。

2.2 儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性產(chǎn)生機(jī)理

2.2.1 孔隙喉道變細(xì)收縮

巖石在地下埋藏過程中經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的壓實(shí)，但巖石顆粒間的填隙物(尤其是泥質(zhì))往往容易變形。鉆井過程中外力使得填隙物形狀改變，孔喉直徑縮小，結(jié)果直接導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降。

2.2.2 微粒在孔隙內(nèi)運(yùn)移

大多數(shù)含油氣地層中存在細(xì)小的礦物微粒，油氣在孔隙中流動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)礦物微粒流動(dòng)，微粒遇到細(xì)小孔隙會(huì)發(fā)生滯留，堵塞孔隙使儲(chǔ)層滲透率降低。

2.2.3 裂縫開度下降

若地層中發(fā)育大量解理和構(gòu)造裂縫或納米級(jí)微裂縫時(shí)，高壓差衰竭式開采會(huì)造成裂縫中的油氣快速流動(dòng)。而此時(shí)地層壓力不能從基質(zhì)中得到及時(shí)有效補(bǔ)充，導(dǎo)致裂縫系統(tǒng)內(nèi)流體壓力下降較快，微裂縫開度下降甚至閉合。導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率變差，表現(xiàn)為應(yīng)力敏感性較強(qiáng)。

2.3 致密氣應(yīng)力敏感性研究現(xiàn)狀

傅春梅通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蘇里格氣田致密儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性很強(qiáng)，且隨應(yīng)力敏感系數(shù)增大，氣田的廢棄壓力變大，氣藏采收率變低[3]。劉鵬程對(duì)塔里木盆地低滲氣藏的應(yīng)力敏感性進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，得出應(yīng)力敏感影響低滲氣井的產(chǎn)能，生產(chǎn)壓差越大，應(yīng)力敏感就越強(qiáng)。茹婷認(rèn)為低滲砂巖氣藏在降壓開采過程中，氣相滲透率隨有效壓力的增加而減小，且減小幅度越來(lái)越緩慢[4]。楊波研究了以原始儲(chǔ)層有效壓力為初始有效壓力起點(diǎn)的應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)方法，認(rèn)為應(yīng)力敏感效應(yīng)對(duì)氣井產(chǎn)能影響明顯并存在分段現(xiàn)象，且其對(duì)高壓氣井產(chǎn)能的影響大于低壓氣井。李傳亮[5]則認(rèn)為越致密的儲(chǔ)層，其應(yīng)力敏感程度越低，致密儲(chǔ)層應(yīng)采用有效應(yīng)力來(lái)評(píng)價(jià)應(yīng)力敏感性，傳統(tǒng)的Terzaghi有效應(yīng)力會(huì)高估巖石的應(yīng)力敏感性質(zhì)；同時(shí)認(rèn)為增加外部壓力的巖心應(yīng)力敏感測(cè)試方法不能體現(xiàn)由內(nèi)壓降低造成的儲(chǔ)層應(yīng)力敏感，因?yàn)槎叩膽?yīng)力敏感機(jī)制不同。鄭榮臣、劉忠群分別對(duì)大牛地和鄂北致密氣儲(chǔ)層進(jìn)行了應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)結(jié)果差異很大，建議采用符合實(shí)際采氣條件的定圍壓、變內(nèi)壓評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)更具合理性。羅瑞蘭對(duì)國(guó)內(nèi)外曾提出的應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，定義了新的應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用二重乘冪函數(shù)式表征任意初始滲透率隨有效覆壓變化的關(guān)系。

綜上所述，應(yīng)力敏感性物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)將巖心圍壓擬定為巖層原始的軸向壓力，內(nèi)壓設(shè)定為地層中流體壓力，實(shí)驗(yàn)過程中保持圍壓恒定，通過改變內(nèi)壓來(lái)進(jìn)行致密氣藏的應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)。通過雙重乘冪來(lái)計(jì)算儲(chǔ)層非均質(zhì)的應(yīng)力敏感性。

3 致密氣藏應(yīng)力敏感性研究

3.1 評(píng)價(jià)模型法

3.1.1 有效應(yīng)力

1923年，Terzaghi在含水飽和土壤力學(xué)特征研究基礎(chǔ)上提出了有效應(yīng)力原理，即有效應(yīng)力等于上覆壓力減去孔隙壓力。1942 年Boit在研究三軸壓縮力學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)低滲多孔介質(zhì)(如巖石)不適用 Terzaghi原理，隨后提出修正的有效應(yīng)力原理，在原來(lái)的基礎(chǔ)上加入等效孔隙壓力系數(shù)，有效應(yīng)力等于圍壓減去等效孔隙壓力。

有效應(yīng)力計(jì)算公式[5]為：

σeff=pc-αp

(1)

式中σeff——有效應(yīng)力,MPa；

pc——圍壓，MPa；

α——等效孔隙壓力系數(shù)；

p——孔隙流體壓力，MPa。

將應(yīng)力敏感性當(dāng)成因變量，有效應(yīng)力就成為影響應(yīng)力敏感性自變量。

3.1.2 應(yīng)力敏感性影響因素分析

應(yīng)力敏感性的影響因素分為內(nèi)因和外因。內(nèi)因包括巖石壓縮系數(shù)、巖石組分、含水飽和度、天然裂縫、啟動(dòng)壓力和儲(chǔ)層溫度等；外因包括工作液侵入、重復(fù)施壓、加壓時(shí)間等。

(1)內(nèi)因

①巖石壓縮系數(shù)：應(yīng)力敏感性與應(yīng)力敏感指數(shù)成正比關(guān)系。李傳亮【5】提出巖石的應(yīng)力敏感性與巖石壓縮系數(shù)存在密切關(guān)系。給出了巖石壓縮系數(shù)與應(yīng)力敏感指數(shù)之間的關(guān)系式：

SIp=cpΔp

(2)

其中：

Δp=pi-p

式中SIp——應(yīng)力敏感指數(shù)；

cp——巖石壓縮系數(shù)，MPa-1；

Δp——油氣藏壓降，MPa；

pi——原始地層壓力，MPa。

從式中可以看出，應(yīng)力敏感指數(shù)與巖石壓縮系數(shù)成正比。

②巖石組分：儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性和黏土礦物含量成正比。鄧玉珍[6]對(duì)勝利油區(qū)樣品進(jìn)行應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同的有效上覆壓力作用下，巖樣的黏土礦物含量和滲透率保留率成反比?？狄懔7]和張浩等在研究鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏時(shí)得出了相同的結(jié)論。

③含水飽和度：儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性和含水飽和度成正比。巖石孔隙中束縛水的存在導(dǎo)致流動(dòng)性變差，進(jìn)而使儲(chǔ)層的滲透率降低。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)束縛水含量較大的巖石應(yīng)力敏感更強(qiáng)。

④天然裂縫：天然裂縫發(fā)育的儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性較強(qiáng)。游利軍[8]等研究了不同滲透率儲(chǔ)層(巖性相同，天然裂縫數(shù)量不同)的應(yīng)力敏感系數(shù)，發(fā)現(xiàn)天然裂縫儲(chǔ)層數(shù)量較多的儲(chǔ)層滲透率較高，其應(yīng)力敏感性更高。

⑤啟動(dòng)壓力：儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性和啟動(dòng)壓力梯度成正比。致密砂巖氣藏普遍存在啟動(dòng)壓力梯度，滲透率越低，啟動(dòng)壓力梯度越高,即致密儲(chǔ)層具有更強(qiáng)的應(yīng)力敏感性。

⑥儲(chǔ)層溫度：儲(chǔ)層溫度對(duì)應(yīng)力敏感性有一定的影響，張浩[9]在恒定有效應(yīng)力下進(jìn)行了溫度的滲透率損害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，溫度增加滲透率會(huì)有明顯下降，且不同巖性儲(chǔ)層滲透率隨溫度改變的效應(yīng)也不相同，砂巖的效果更加明顯一些。但蔡樹行[10]研究得出了不同的結(jié)論，他認(rèn)為地層溫度變化范圍內(nèi)，溫度不是滲透率的主要影響因素，對(duì)應(yīng)力敏感性的影響可以忽略。

(2)外因

①工作液侵入，使儲(chǔ)層應(yīng)力敏感更強(qiáng)。楊建[8]等從外來(lái)工作液的壓力和液體配伍性兩個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為鉆井液、完井液損害會(huì)加劇致密砂巖儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性。

②重復(fù)施壓，使得儲(chǔ)層應(yīng)力敏感程度更強(qiáng)?？狄懔7]等通過重復(fù)施壓應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)分析了重復(fù)施壓對(duì)致密砂巖的影響，認(rèn)為一次加壓過程中滲透率的應(yīng)力敏感損害程度最大，二次、三次加壓過程中滲透率仍呈不斷下降的趨勢(shì)，每次卸壓后滲透率都不能恢復(fù)到初始加壓時(shí)的狀態(tài)。所以，在作業(yè)時(shí)應(yīng)盡量減少重復(fù)施壓。

③加壓時(shí)間: 實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)儲(chǔ)層加壓時(shí)間不同，表現(xiàn)出的應(yīng)力敏感性也不相同。王業(yè)眾研究發(fā)現(xiàn)，加壓時(shí)間越長(zhǎng)，儲(chǔ)層巖石整體變形程度越大，孔隙、裂縫、微裂縫變形嚴(yán)重，開度下降甚至閉合。導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低，發(fā)生應(yīng)力敏感現(xiàn)象[9]。

3.1.3 評(píng)價(jià)模型法結(jié)論

儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)有多種評(píng)估模型，這些模型的影響因素也不相同。影響因素的復(fù)雜性導(dǎo)致模型驗(yàn)證擬合性很差。開發(fā)過程中應(yīng)該結(jié)合儲(chǔ)層特點(diǎn)和開發(fā)需要，綜合考慮內(nèi)因和外因?qū)?chǔ)層應(yīng)力敏感性的影響效應(yīng)[11]。

3.2 致密氣藏應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)

儲(chǔ)層巖石所受到的壓力主要包括上覆地層壓力(外壓)和孔隙流體壓力(內(nèi)壓)，有效應(yīng)力為上覆地層壓力減去孔隙流體壓力。當(dāng)儲(chǔ)層巖石所受的有效應(yīng)力發(fā)生改變，巖石就會(huì)發(fā)生變形，孔隙度和滲透率也會(huì)變化。目前實(shí)驗(yàn)室應(yīng)力敏感性研究都是通過模擬有效應(yīng)力的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要通過定內(nèi)壓、變外壓或定外壓、變內(nèi)壓的方法模擬有效應(yīng)力的變化。

3.2.1 定內(nèi)壓、變外壓

變外壓比變內(nèi)壓在實(shí)驗(yàn)上更簡(jiǎn)單易行，大多數(shù)學(xué)者在進(jìn)行應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)時(shí)均使用此方法。

蘇里格氣田屬于典型的致密砂巖氣，何亞寧等[9]對(duì)蘇里格致密砂巖儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以初始有效應(yīng)力下 (σeff=3.45MPa)的滲透率為基準(zhǔn)[12]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蘇里格氣田在不同有效應(yīng)力下滲透率變化規(guī)律不同。儲(chǔ)層存在較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性，隨著有效應(yīng)力增大，儲(chǔ)層滲透率降低，其中滲透率越低的儲(chǔ)層，應(yīng)力敏感性越強(qiáng)(圖2)。

蘇里格氣田儲(chǔ)層有效滲透率在 0.1mD以下的占80%，當(dāng)氣田開發(fā)至衰竭壓力2MPa 時(shí)，滲透率變?yōu)樵贾档?68.2%，即開發(fā)后期儲(chǔ)層滲透率總體降低約1/3，這是應(yīng)力敏感的影響?？梢娙舨豢紤]應(yīng)力敏感，對(duì)氣田的可采儲(chǔ)量評(píng)估可能會(huì)存在較大的誤差。

3.2.2 定外壓、變內(nèi)壓

大多數(shù)學(xué)者使用的定內(nèi)壓、變外壓的方法并不符合油氣田生產(chǎn)實(shí)際。因?yàn)樵谟蜌獠亻_發(fā)過程中，上覆地層壓力(外壓)往往被視為常量，而隨著儲(chǔ)層流體不斷被采出，孔隙流體壓力(內(nèi)壓)會(huì)不斷降低。因此，定外壓、變內(nèi)壓的方法更能反映儲(chǔ)層在開發(fā)過程中的真實(shí)情況。

(1)滲透率應(yīng)力敏感性。

由圖3可知，隨著孔隙流體壓力的降低，巖心的滲透率也隨之降低，前期滲透率降低的幅度較大，后期趨于穩(wěn)定[13]。

將圖3中的6個(gè)不同滲透率巖心(初始滲透率分別為： 0.247mD、0.197mD、0.099mD、0.048mD、0.03mD、0.017mD)的應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著儲(chǔ)層滲透率的降低，滲透率隨孔隙流體壓力降低而降低的幅度越來(lái)越小，孔隙流體壓力上升導(dǎo)致的滲透率恢復(fù)曲線越來(lái)越接近于直線，滲透率恢復(fù)曲線也越來(lái)越接近于滲透率下降曲線。這說明隨著儲(chǔ)層滲透率的降低，滲透率應(yīng)力敏感性逐漸降低。

不同巖心的滲透率損害率公式[14]為：

(3)

式中DK——孔隙流體壓力不斷降低產(chǎn)生的滲透率損害率最大值，%；

K1——第一個(gè)孔隙流體壓力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的巖心滲透率，mD；

Kmin——達(dá)到臨界應(yīng)力后巖心滲透率的最小值，mD。

隨著巖心滲透率降低，滲透率損害率也逐漸降低，即滲透率應(yīng)力敏感性逐漸減弱。滲透率損害程度從中等偏強(qiáng)降至中等偏弱，大部分巖心的滲透率損害程度均為中等偏弱。結(jié)果表明致密氣藏不存在強(qiáng)滲透率應(yīng)力敏感性。

(2)孔隙度應(yīng)力敏感性：

①隨著孔隙流體壓力減小，滲透率降低，此時(shí)孔隙度變化趨勢(shì)是先明顯降低，后趨于一條平緩直線。

②隨著孔隙流體壓力升高，儲(chǔ)層孔隙度也明顯升高，在孔隙流體壓力恢復(fù)中，巖心孔隙度成一條直線，即應(yīng)力變化導(dǎo)致的孔隙度損失無(wú)法徹底恢復(fù)。隨著巖心原始孔隙度降低，孔隙度恢復(fù)曲線和孔隙度下降曲線距離越來(lái)越近，孔隙度最低的巖心兩條曲線基本重合，說明孔隙度較低的儲(chǔ)層孔隙度應(yīng)力敏感性較弱。

3.2.3 兩種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比

定內(nèi)壓、變外壓的方法認(rèn)為，蘇里格氣田致密儲(chǔ)層巖石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔隙吼道細(xì)小， 80%的儲(chǔ)層有效滲透率在 0.1mD以下， 屬典型致密氣藏，當(dāng)氣田開發(fā)至衰竭壓力 2MPa 時(shí)，儲(chǔ)層滲透率總體降低約1/3，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性強(qiáng)[14]。

定外壓、變內(nèi)壓的方法研究表明：

(1)致密氣藏不存在強(qiáng)應(yīng)力敏感性[15]。

(2)油氣田開發(fā)過程時(shí)，儲(chǔ)層內(nèi)孔隙流體壓力降低，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率和孔隙度均不斷下降，且滲透率和孔隙度損失無(wú)法完全恢復(fù)。

(3)致密氣儲(chǔ)層滲透率越低滲透率敏感性越弱；致密氣儲(chǔ)層孔隙度敏感性總體較弱，基本可以忽略。

比較而言，定外壓、變內(nèi)壓的實(shí)驗(yàn)方法更詳細(xì)地分析了致密氣儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性，并在貼近氣藏開采的實(shí)際情況下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M，結(jié)果更為可信。

4 應(yīng)力敏感對(duì)氣井產(chǎn)能的影響

以蘇里格氣田為例探討應(yīng)力敏感性對(duì)氣井產(chǎn)能的影響。

(1)不考慮應(yīng)力敏感條件下不同地層壓力氣井產(chǎn)能。

目前一般采用的氣井穩(wěn)定二項(xiàng)式產(chǎn)能方程為：

(4)

qg——產(chǎn)出氣體壓力；

A、B——待定系數(shù)。

當(dāng)不考慮應(yīng)力敏感時(shí)，地層壓力變化對(duì)產(chǎn)能方程待定系數(shù)的影響主要是天然氣偏差因子和黏度，且不同地層壓力條件下二項(xiàng)式待定系數(shù)滿足：

(5)

式中A1、B1——井1 的二項(xiàng)產(chǎn)能系數(shù)；

Z1——井1天然氣偏差因子；

μg1——井1中氣體動(dòng)力黏度，mPa·s；

A2、B2——井2 的二項(xiàng)產(chǎn)能系數(shù)；

Z2——井2天然氣偏差因子；

μg2——井2中氣體動(dòng)力黏度，mPa·s。

(2)考慮應(yīng)力敏感的不同地層壓力下氣井產(chǎn)能方程[16]。

根據(jù)Pedrosa(1986 年)的定義，在儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感的實(shí)驗(yàn)分析中，引入滲透率壓力敏感系數(shù)α(或變異系數(shù))，則：

(6)

式中p——儲(chǔ)層孔隙流體壓力；

K——儲(chǔ)層滲透率。

此時(shí)產(chǎn)能關(guān)系式為：

(7)

可見應(yīng)力敏感性對(duì)氣井產(chǎn)能影響十分重要。

(3)實(shí)例。

蘇S井為一口高滲高孔氣井，根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)并經(jīng)過修正確定產(chǎn)能公式中A為28.95，B為0.057。取原始地層壓力為28.4MPa，井底流壓為0.101MPa，得到該氣井的二項(xiàng)式產(chǎn)能方程，計(jì)算得到初始無(wú)阻流量qAOF=26.48×104m3/d。

引進(jìn)壓力敏感系數(shù)，通過對(duì)測(cè)試巖樣測(cè)試得到回歸應(yīng)力敏感常數(shù)，進(jìn)而得到如下蘇S井的滲透率衰減公式[12]。

K=1.04e-0.115(pi-p)

(8)

計(jì)算蘇S井的儲(chǔ)層滲透率為 1.04mD，滲透率應(yīng)力敏感系數(shù)為 0.115MPa-1。

根據(jù)產(chǎn)量變化趨勢(shì)，利用式(8)，結(jié)合壓降法確定的累計(jì)產(chǎn)氣與地層壓力變化關(guān)系可得到不同地層壓力條件下蘇 S 井的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)。按照無(wú)阻流量1/3配產(chǎn)量時(shí)，得到生產(chǎn)實(shí)際的產(chǎn)量曲線，從中明顯發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行應(yīng)敏修正后的產(chǎn)量預(yù)測(cè)曲線和生產(chǎn)實(shí)際產(chǎn)量基本重合，擬合情況十分好，而無(wú)應(yīng)敏修正的預(yù)測(cè)則偏離幅度較大(圖4)。

由圖5可知，低配產(chǎn)時(shí)受到應(yīng)敏影響較??；但是從圖中可以很明顯發(fā)現(xiàn)，在開采壓力較低時(shí)(即壓降很大時(shí))應(yīng)敏修正后的的產(chǎn)量曲線和不考慮應(yīng)力敏感的曲線產(chǎn)量相差達(dá)10m3，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)開采指導(dǎo)來(lái)說，誤差不可忽略。

以蘇S井實(shí)例的結(jié)果表明：

(1)經(jīng)過應(yīng)敏修復(fù)的壓力產(chǎn)量曲線相關(guān)系數(shù)R2可達(dá)0.9669，可以對(duì)用修復(fù)后產(chǎn)量曲線對(duì)蘇S井開采進(jìn)行指導(dǎo)。

(2)蘇S井由于通過降低地層壓力時(shí)，考慮應(yīng)力敏感的氣井產(chǎn)能明顯大幅減低，表明具有明顯的應(yīng)力敏感性。所以生產(chǎn)過程中要著重考慮應(yīng)力敏感的影響，并且應(yīng)力敏感造成的產(chǎn)量降低不可忽略。

(3)如果壓力降至原始地層壓力 2/3，在高配產(chǎn)時(shí)，考慮應(yīng)敏產(chǎn)能降幅為無(wú)應(yīng)敏產(chǎn)能降幅的 67%；低配產(chǎn)時(shí)，考慮應(yīng)敏產(chǎn)能降幅為無(wú)應(yīng)敏產(chǎn)能降幅的 35%。因此，放壓生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)力敏感對(duì)氣井產(chǎn)能影響遠(yuǎn)大于控壓生產(chǎn)情形?？梢栽趯?shí)際生產(chǎn)時(shí)參考此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。

(4)根據(jù)該區(qū)多口井測(cè)定的應(yīng)敏常數(shù)平均值對(duì)該區(qū)所有生產(chǎn)井進(jìn)行產(chǎn)能公式修正，以使該區(qū)的產(chǎn)能預(yù)測(cè)和實(shí)際擬合程度更高。

(5)根據(jù)圖5對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開采給出建議：對(duì)于壓敏嚴(yán)重地層，在開采初期應(yīng)該進(jìn)行低配產(chǎn)，這樣才可以減少應(yīng)敏影響，使總產(chǎn)量最高達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化。

5 結(jié)　論

(1)致密氣藏儲(chǔ)層低孔、低滲影響應(yīng)力敏感性的因素很多，目前對(duì)應(yīng)力敏感的研究也僅僅局限于外壓和內(nèi)壓的研究方法。只有建立大型巖石力學(xué)研究基地，在考慮儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的基礎(chǔ)上模擬地下真實(shí)情況，才能更準(zhǔn)確地描述應(yīng)力敏感性。

(2)應(yīng)力敏感性對(duì)致密氣藏開發(fā)影響十分明顯，隨著深度增加，井筒徑向應(yīng)力與周向應(yīng)力的改變導(dǎo)致應(yīng)力敏感性的改變，從而改變整個(gè)井的產(chǎn)能。開發(fā)過程中必須把應(yīng)力敏感性考慮在內(nèi)，才能使預(yù)測(cè)產(chǎn)能更接近真實(shí)產(chǎn)能。

(3)通過對(duì)蘇里格氣田的產(chǎn)能分析，如果壓力降至原始地層壓力的2/3，在高配產(chǎn)時(shí)，考慮應(yīng)力敏感的產(chǎn)能降幅為無(wú)應(yīng)力敏感產(chǎn)能降幅的 67%；低配產(chǎn)時(shí)，考慮應(yīng)力敏感產(chǎn)能降幅為無(wú)應(yīng)力敏感產(chǎn)能降幅的 35%。因此，放壓生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)力敏感性對(duì)氣井的產(chǎn)能影響遠(yuǎn)大于控壓生產(chǎn)。

測(cè)出區(qū)塊中典型井的應(yīng)敏常數(shù)，取平均并以此為根據(jù)對(duì)其他井的產(chǎn)量曲線進(jìn)行調(diào)整，以此給出現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)意見，使得經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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Research on the Stress Sensitivity of Tight Gas Reservoir

Yuan Haowei，Chen fang，Liu Mengyun

(ChinaUniversityofGeosciences,ResourceExplorationEngineering,Beijing100083,China)

Stress sensitivity phenomenon is the key factor to restrict the exploitation of tight gas currently, so, combined the current research result on stress sensitivity with analysis of affecting factors, an experimental mode for studying the influence of stress sensitivity on permeability and porosity has been established. Results showed that the affecting factors of stress sensitivity are divided into internal and external factors,but the internal factors include rock component, compression coefficient of rock, water saturation, natural fracture, start-up pressure and reservoir temperature, etc; external factors include the working fluid invision, repeated pressure, pressure time and so on.The experimental method,keeping the external pressure constant and the internal pressure changed to evalute the stress sensitivity of tight gas, showed that no strong stress sensitivity in tight gas reservoir, the permeability and porosity are decreased with the drop of pore fluid pressure in the reservoir,and the loss of permeability and porosity can not be fully recovered. The lower the permeability of tight gas reservoir, the weaker the sensitivity of permeability.Porosity sensitivity is generally weak,and basically can be ignored. Take the Sulige gas field as an example,the effect of stress sensitivity on the productivity prediction of tight gas reservoir has been studied, the results indicated that the influlence of stress sensitivity on gas well productivity when releasing pressure is much greater than that of pressure controlled production.

pressure sensibility；affecting factor ；productivity；model；mechanism

袁浩偉 (1994年生)，男，本科，研究方向?yàn)橘Y源勘查(新能源地質(zhì)與工程)。郵箱： yuanatcugb@163.com。

TE348文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A