趙光宇

(勝利油田魯明油氣勘探開發(fā)有限公司)

目前大多數(shù)油田都是采用的衰竭式開發(fā)方式。隨著地下流體的不斷采出，地層壓力得不到及時(shí)補(bǔ)充，巖石所受有效應(yīng)力增加，引起巖石骨架顆粒發(fā)生結(jié)構(gòu)變化如變形或壓縮，造成顆粒間孔隙和喉道空間的不斷減少，表現(xiàn)出滲透率隨有效應(yīng)力的增加而降低的現(xiàn)象。因此，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性分析在油田開采中就顯得尤為重要[1]。

學(xué)者們針對(duì)儲(chǔ)層應(yīng)力敏感進(jìn)行了不同程度的研究。李閩、喬國(guó)安等[2]通過引入雙重有效應(yīng)力理論，對(duì)開采過程中有效應(yīng)力隨凈應(yīng)力的變化關(guān)系進(jìn)行了重新校正和評(píng)價(jià)。李大奇、康毅力等[3]開展?jié)B透率應(yīng)力敏感性及巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，并分析巖石物性及巖石力學(xué)性質(zhì)對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感性的影響。陽建平、劉志斌等[4]通過隨機(jī)孔隙網(wǎng)絡(luò)模型建立滲透率與有效應(yīng)力的關(guān)系，解釋滲透率應(yīng)力敏感機(jī)理。張睿、寧正福等[5]探討了Walsh模型的冪律公式的適用性并對(duì)5種不同孔隙類型的應(yīng)力敏感公式進(jìn)行分類。目前關(guān)于應(yīng)力敏感方面的研究主要集中在滲透率隨有效應(yīng)力的變化關(guān)系方面，應(yīng)力敏感系數(shù)基于裂縫角度的變化研究較少。因此，本文以某深層、高溫、高壓裂縫型干氣氣藏為研究對(duì)象，通過常規(guī)應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)的評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感程度，并分析裂縫角度對(duì)儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的影響，完善了應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)在裂縫角度方面的因素評(píng)價(jià)。

一、應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)

1. 樣品準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)樣品取自某地區(qū)某高溫高壓裂縫型干氣氣藏，巖樣共計(jì)6組，其中3組為天然裂縫，3組人工壓制裂縫，裂縫角度范圍在0～30°之間。

氣測(cè)滲透率范圍0.02～33.5 mD，孔隙度范圍0.03% ～2.5%。

2. 實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)儀器為SCMS-C3型全自動(dòng)巖心孔滲測(cè)量系統(tǒng)，其主要原理是穩(wěn)態(tài)法測(cè)量滲透率。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)測(cè)量巖樣長(zhǎng)度、直徑，稱重。

(2)巖樣裝入測(cè)試儀器測(cè)量巖樣初始物性參數(shù)。

(3)設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件：圍壓范圍10～81 MPa，每次的增幅為10 MPa，測(cè)試氣源壓力為2 MPa，測(cè)試增壓條件下的巖樣滲透率值，將圍壓再分別從81 MPa的圍壓依次減小到10 MPa測(cè)試卸壓過程中的巖樣滲透率。

(4)對(duì)加壓、卸壓過程進(jìn)行一次循環(huán)，測(cè)試二次加載、卸載過程中的滲透率。

(5)計(jì)算應(yīng)力敏感系數(shù)進(jìn)行應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)，見式(1)。

(1)

3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出滲透率隨圍壓變化曲線，對(duì)公式(1)進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換得到公式(2)，式中對(duì)有效應(yīng)力和滲透率進(jìn)行無因次化，分別求σ/σ0以10為底的對(duì)數(shù)和K/K0的1/3次冪，結(jié)果減小了有效應(yīng)力項(xiàng)的增加，將其控制在1附近，并減小了滲透率項(xiàng)的降低，然后將它們擬合直線，斜率的相反數(shù)即為應(yīng)力敏感性系數(shù)[6]。

(2)

以下列出2組巖心的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖，見圖1～圖4。

圖1 巖心1滲透率隨圍壓變化曲線

圖2 巖心1應(yīng)力敏感系數(shù)擬合曲線

圖3 巖心2滲透率隨圍壓變化曲線

圖4 巖心2應(yīng)力敏感系數(shù)擬合曲線

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出：

(1)2組巖樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果變化趨勢(shì)一致，初始增壓過程中滲透率下降極快，當(dāng)圍壓增加到20 MPa時(shí)滲透率降幅已經(jīng)超過20%，滲透率變化的臨界壓力均為10 MPa。

(2)卸壓過程中滲透率變化微小，應(yīng)力敏感性滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，說明裂縫已經(jīng)發(fā)生塑性變形，滲透率無法大幅恢復(fù)。

(3)人工縫的應(yīng)力敏感系數(shù)介于0.82～0.93之間，天然縫的應(yīng)力敏感系數(shù)介于0.78～0.81之間，分布較為均勻，應(yīng)力敏感程度強(qiáng)。

(4)人工縫整體應(yīng)力敏感程度略高于天然縫，可能與人工縫的裂縫開度高于天然縫有關(guān)。

4. 裂縫角度與應(yīng)力敏感系數(shù)的關(guān)系分析

根據(jù)公式(1)的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步通過繪制了裂縫角度與應(yīng)力敏感系數(shù)的關(guān)系曲線圖，如圖5所示。

圖5 裂縫角度與應(yīng)力敏感系數(shù)關(guān)系曲線

圖5中可以發(fā)現(xiàn)，隨著裂縫角度的增加，其應(yīng)力敏感系數(shù)線性增加。

二、結(jié)論

(1)某地區(qū)某高溫、高壓裂縫型儲(chǔ)層應(yīng)力敏感系數(shù)介于0.75～0.95之間，分布較為均勻，且應(yīng)力敏感程度表現(xiàn)為強(qiáng)。

(2)卸壓過程的應(yīng)力敏感性滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，裂縫產(chǎn)生塑性變形。

(3)人工縫整體應(yīng)力敏感程度略高于天然縫，與人工縫裂縫開度高于天然縫有關(guān)。

(4)隨著裂縫角度的增加，其應(yīng)力敏感系數(shù)呈線性增加。

[1]李飛飛. 應(yīng)力敏感性的實(shí)驗(yàn)室研究[J]. 石化技術(shù),2015(7):101-142.

[2]李閩,喬國(guó)安,陳昊. 低滲砂巖儲(chǔ)層巖石應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)與理論研究[J]. 鉆采工藝,2006,29(4):91-93.

[3]李大奇,康毅力,游利軍. 碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 天然氣地球科學(xué),2014,25(3):409-413.

[4]陽建平,劉志斌,喻曉琳,等. 基于隨機(jī)孔隙網(wǎng)絡(luò)模擬的滲透率應(yīng)力敏感機(jī)理[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2017,7(2):626-632.

[5]張睿,寧正福,張海山,謝僉. 裂縫性致密儲(chǔ)層應(yīng)力敏感機(jī)理新認(rèn)識(shí)[J]. 天然氣地球科學(xué),2016,27(5):918-923.

[6]蘭林,康毅力,陳一健,楊建,等. 儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)探討[J]. 鉆井液與完井液,2005,22(3):1-4.

[7]李傳亮,朱蘇陽. 關(guān)于應(yīng)力敏感測(cè)試方法的認(rèn)識(shí)誤區(qū)[J]. 巖性油氣藏,2015,27(6):1-4.

[8]SY/T5358-2002儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法[S].北京:石油工業(yè)出版社, 2002.

[9]李傳亮.儲(chǔ)層巖石的應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)方法[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā), 2006, 25(1): 40-42.