陳 禮 鄧 惠 陳 松 何亞彬 張皓虔

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

儲層應力敏感性，是指當儲層巖石所受外力改變時，會出現(xiàn)孔喉通道變形、裂縫閉合或裂縫張開等現(xiàn)象，從而導致其滲透能力隨之發(fā)生變化的特性。室內實驗結果表明，深層氣藏受高溫高壓因素的影響，在衰竭式開發(fā)過程中壓力敏感性十分明顯，從而導致儲層巖石孔隙結構發(fā)生改變，影響開發(fā)效果[1-7]。深層氣藏儲層巖心高溫高壓下有效覆壓與孔隙度、滲透率的變化關系，是一項重要的研究課題。四川盆地GM地區(qū)震旦系燈四氣藏儲層原始地層壓力為56 MPa，地層溫度為100 ℃，其儲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、晶間溶孔為主要儲集空間。本次研究將以GM地區(qū)燈四氣藏儲層為研究對象，通過模擬氣藏覆壓及改變流壓的方式，測試燈四氣藏儲層各類型巖心的孔隙度及滲透率應力敏感性。

1 巖心孔隙度及滲透率應力敏感性實驗

1.1 實驗巖心

選取GM地區(qū)震旦系燈四氣藏天然儲層巖心為實驗巖心，開展孔隙度、滲透率應力敏感性室內評價實驗研究。巖心類型包括孔隙型、孔洞型、裂縫-孔洞型[8]。由于裂縫-孔洞型巖心在應力敏感試驗中發(fā)生堵塞，因此僅針對孔隙型和孔洞型儲層巖心進行研究。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。這兩類巖心所在儲層屬于特低孔滲儲層，其滲透率為0.02×10-6～ 260.00×10-6μm2，孔隙度為2.24%～6.21%。表1所示為實驗巖心參數(shù)?？紫缎蛶r心的儲集空間以孔隙為主，溶洞和孔道所占比例很小，儲層物性較差；孔洞型巖心的儲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。孔洞的密度決定著巖心物性的優(yōu)劣，對孔隙之間的溝通起到關鍵作用。若孔洞發(fā)育良好，將會在一定程度上增強儲層的滲流能力。

1.2 實驗裝置

針對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，在本次應力敏感性實驗中采用了TC180-高溫高壓巖心驅替裝置。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、氣體流量計和氣體增壓系統(tǒng)等。圖1所示為實驗裝置圖。

1.3 實驗步驟

本實驗參照相關行業(yè)標準進行[9-10]。為了盡可能符合氣田開發(fā)生產的實際情況，通過調節(jié)內壓以改變巖心凈上覆壓力的方式進行巖心滲透率及孔隙度應力敏感性測試。

表1 實驗巖心參數(shù)

1 — 高純氮氣瓶；2 — 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；11 — 回壓泵

圖1實驗裝置圖

在此測試中，實驗圍壓為135 MPa，實驗流壓為56 MPa，實驗溫度為 100 ℃。按照以下過程完成實驗：

(1) 降孔隙壓力(提升有效覆壓)過程。每次以5 MPa的間隔逐級降低內壓，增大凈上覆壓力，在每個凈上覆壓力點測量氣體滲透率和孔隙度。

(2) 升孔隙壓力(降低有效覆壓)過程。每次以5 MPa的間隔逐級增加回壓，降低凈上覆有效應力，在每個凈上覆壓力點測量氣體滲透率和孔隙度。

2 實驗結果分析

2.1 儲層滲透率應力敏感性實驗結果分析

(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，滲透率達到最低值，后期略有上升。當廢棄壓力約10 MPa時，滲透率保持率為52.07%。在提升孔隙壓力(注氣恢復)的過程中，隨著孔隙壓力升高(有效覆壓降低)，巖心滲透率呈上升趨勢。當孔隙壓力恢復至56 MPa時，滲透率保持率為58.59%。在一個完整的降升輪次中不可逆損害為41.41%，表明應力敏感性中等偏弱。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程(采氣過程)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，下降速度均勻。當孔隙壓力下降至15 MPa時，滲透率達到最低值。當廢棄壓力為10 MPa時，滲透率保持率為49.49%。在提升孔隙壓力(注氣恢復)的過程中，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，上升速度較慢?？紫秹毫?0 MPa恢復至56 MPa的過程中，滲透率有輕微波動。當孔隙壓力恢復至56 MPa時，滲透率保持率為63.43%。在一個完整的降升輪次中，采氣過程滲透率損失較大，充氣過程中滲透率恢復能力中等，部分滲透率無法恢復。不可逆損害為36.47%，應力敏感性中等偏弱。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力敏感曲線實驗結果顯示，GM地區(qū)震旦系燈四氣藏儲層滲透率應力敏感性均屬中等，大部分為中等偏弱。表2所示為降壓過程中的巖心滲透率應力敏感性對比。由表2可看出，孔隙型巖心初始滲透率遠低于孔洞型巖心，其應力敏感性強于大部分孔洞型巖心。孔洞型巖心的初始滲透率越大，應力敏感性越弱。

表2 降壓過程中的巖心滲透率應力敏感對比

2.2 儲層孔隙度應力敏感性實驗結果分析

(1) 孔隙型巖心。以4#巖心為例，在采氣過程中，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，下降速度緩慢。當孔隙壓力下降至10 MPa時，孔隙度達到第1次采氣過程中的最低值,廢棄壓力約為10 MPa，孔隙度保持率為77.91%。在充氣恢復過程中，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，上升速度均勻但緩慢，當有效覆壓降低至85 MPa(孔隙壓力恢復至56 MPa)時，孔隙度保持率為85.06%。在一個完整輪次中，采氣過程中的孔隙度損失較小，充氣過程的孔隙度恢復能力為中等，存在部分孔隙度無法恢復的情況。不可逆損害約為14.94%，應力敏感性較弱。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，下降速度非常緩慢。當孔隙壓力下降至20 MPa時，孔隙度達到第1次采氣過程中的最低值,廢棄壓力約為20 MPa，孔隙度保持率為84.02%。在充氣恢復過程中，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，孔隙度損失較小。當有效覆壓降低至85 MPa(孔隙壓力恢復至56 MPa)時，孔隙度保持率為93.09%。在一個完整的孔隙壓力降升輪次中，采氣過程中的孔隙度損失很小，充氣過程的孔隙度恢復能力中等，存在較小部分孔隙度無法恢復的情況。不可逆損害約為6.91%，應力敏感性弱。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。通過對比可知，在一個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%，孔隙度應力敏感性較弱?？紫缎蛶r心(4#巖心)的孔隙度恢復能力最弱，孔洞型巖心(7#巖心)的孔隙度恢復能力最強。表3所示為降壓過程中的孔隙度應力敏感對比。

表3 降壓過程中的孔隙度應力敏感對比

3 結 語

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，測試了儲層不同類型巖心的孔隙度及滲透率應力敏感性。根據儲層應力敏感性實驗結果，認為GM地區(qū)震旦系燈四氣藏儲層的滲透率應力敏感性為中等或中等偏弱，孔隙度應力敏感相對較弱，且孔隙型巖心應力敏感性強于孔洞型巖心。在深層巖溶風化殼碳酸鹽巖氣藏開發(fā)過程中，應該采用合理的生產壓差，減少儲層應力敏感性傷害，確保該類氣藏的高效開發(fā)。