殷代印，陳鑫燃

（東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶163318）

常規(guī)應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)是在固定流體壓力,改變圍壓的方式來進(jìn)行敏感性研究。這種實(shí)驗(yàn)方法模擬的是地層凈壓力的變化。而實(shí)際地下儲(chǔ)層的應(yīng)力變化是由孔隙流體壓力的降低所引起的[1-12]。為了解由孔隙流體壓力的改變而導(dǎo)致的儲(chǔ)層巖石滲透率的變化規(guī)律,本文針對(duì)朝陽溝油田特低滲透儲(chǔ)層開展巖心滲流和滲透率隨凈壓力變化的實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備的改進(jìn),采用固定圍壓改變流體壓力的實(shí)驗(yàn)方法以模擬研究地下儲(chǔ)層真實(shí)應(yīng)力變化情況下的儲(chǔ)層敏感性。

1 實(shí)驗(yàn)方法及流程

選取朝陽溝薩葡油層（深度1 200 m）天然巖心，參考實(shí)際地層油藏條件[8-9]，油藏溫度為45 ℃左右，地層中巖石初始圍壓（上覆巖層壓力）19 MPa 左右，選定實(shí)驗(yàn)測(cè)試溫度為45 ℃，巖心實(shí)驗(yàn)圍壓為19 MPa，以飽和鹽水作為實(shí)驗(yàn)流體，采用回壓閥來控制流體壓力，實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程如圖1 所示。

圖1 流體壓力變化下的實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Experimental flow chart under the change of fluid pressure

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）測(cè)定巖樣的滲透率分別為2.44、4.46、8.05 mD(標(biāo)記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），將巖樣分成兩組，進(jìn)行應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)。

（2）將第一組巖樣裝入加持器，加密封壓力并施加一定的流動(dòng)壓力，然后逐步增加圍壓、進(jìn)口壓力及回壓至設(shè)計(jì)壓力值，老化樣品。

（3）保持圍壓不變，同時(shí)逐步降低進(jìn)口壓力及回壓，保持樣品進(jìn)、出口壓差不變，每一次降壓且流動(dòng)穩(wěn)定后，測(cè)定滲透率。

（4）將第二組巖樣裝入加持器，加密封壓力并施加一定的流動(dòng)壓力，然后逐步增加圍壓、進(jìn)口壓力及回壓至設(shè)計(jì)壓力值，老化樣品。

（5）仍然保持圍壓不變，同時(shí)逐步增加進(jìn)口壓力及回壓，保持樣品進(jìn)、出口壓差不變，每一次升壓且流動(dòng)穩(wěn)定后，測(cè)定滲透率。

（6）繪制滲透率與凈壓力的關(guān)系曲線。

（7）回歸滲透率與凈壓力關(guān)系模型。

2 結(jié)果分析

巖樣2.44、4.46、8.05 mD 在流體壓力上升和下降階段，滲透率及滲透率變化率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，滲透率與凈壓力的關(guān)系如圖2 所示。

表1 滲透率應(yīng)力敏感性分析實(shí)驗(yàn)Table 1 Permeability stress sensitivity analysis experiment

圖2 不同巖心滲透率、滲透率變化率隨凈壓力變化Fig.2 Variation curve of core permeability and percent?age change about core permeability with net pressure

從圖2（a）可以看出，隨著地層孔隙流體壓力的上升，滲透率隨壓力上升增加的幅度逐漸減小，說明隨著凈應(yīng)力的減小，巖石滲透率均略有增加，但是變化率不大，原因是在圍壓一定的條件下，隨著孔隙流體壓力的增加，只是減少了巖石骨架自身承受的凈應(yīng)力，在固定圍壓的條件下，巖石骨架可壓縮的空間已經(jīng)很小，所以孔隙滲透率變化不大；隨著孔隙流體壓力從原始地層壓力開始逐漸下降，巖石骨架承受的凈應(yīng)力逐漸增加，滲透率逐漸下降，當(dāng)流體壓力下降到一定程度后，下降幅度變緩。滲透率下降幅度隨著滲透率的降低逐漸減小，這是因?yàn)闈B透率較低的巖心巖石致密，可壓縮空間較小，骨架應(yīng)力結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，滲透率隨孔隙流體壓力下降而降低的絕對(duì)值較小，但由于低滲透巖心原始滲透率很小，即使降低的絕對(duì)值較小，但滲透率變化率較高。

從圖2（b）可以看出，對(duì)于滲透率2.44 mD 的巖心，流體升壓過程滲透率增加5.95%，流體降壓過程滲透率減少22.39%；對(duì)于滲透率4.46 mD 的巖心，流體升壓過程滲透率增加4.87%，流體降壓過程滲透率減少20.72%；對(duì)于滲透率8.05 mD 的巖心，流體升壓過程滲透率增加3.96%，流體降壓過程滲透率減少18.33%。

由此可以看出，對(duì)于特低滲透儲(chǔ)層的巖心，滲透率越高的巖心壓力敏感性越強(qiáng)，升壓后滲透率增加幅度較小，降壓后滲透率降低幅度較大，接近20%。對(duì)于該類滲透率的儲(chǔ)層，不能繼續(xù)采用常規(guī)開采方式，會(huì)導(dǎo)致采收率降低。因此，可采取超前注水方式。

3 滲透率與壓力的關(guān)系模型

根據(jù)已有的研究成果[11-13,14]，得到滲透率與圍壓之間的函數(shù)關(guān)系主要有以下3 種：

（1）冪關(guān)系:

（2）指數(shù)關(guān)系

（3）多項(xiàng)式關(guān)系

式中，K 為巖樣滲透率，mD；K0為巖樣初始滲透率，mD；Pc為圍壓，MPa；a、d、γ、θ 分別為回歸系數(shù)。

為進(jìn)一步研究滲透率與凈壓力的關(guān)系，根據(jù)上述巖心實(shí)驗(yàn)所得凈壓力和滲透率的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)3種不同滲透率的巖心，在孔隙內(nèi)流體不同變化階段，進(jìn)行分段擬合。以8.05 mD 的巖樣，其孔隙內(nèi)流體壓力處于減少階段為例，其最優(yōu)擬合結(jié)果如圖3所示。

圖3 8.05 mD 巖樣滲透率與凈壓力多項(xiàng)式擬合Fig.3 Polynomial fitting of 8.05 mD permeability and net pressure for rock samples in the stage of decreasing body pressure

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，用3 種函數(shù)關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如表2 所示。分析表2 可知，在孔隙內(nèi)流體壓力下降階段，巖心滲透率與凈壓力的關(guān)系用多項(xiàng)式擬合的效果最好，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.998 8。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，針對(duì)3 種不同巖樣，用上述3 種公式進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如表3 所示。通過比較得出，巖樣不管是在孔隙內(nèi)流體增加階段還是減少階段，用多項(xiàng)式函數(shù)描述滲透率隨凈壓力變化關(guān)系的擬合程度最高，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.99 左右。

表2 8.05 mD 巖樣流體壓力減少階段滲透率與凈壓力擬合參數(shù)Table 2 Fitting parameters of permeability and net pressure for fluid pressure reduction stage of 8.05 mD rock sample

表3 3 種巖樣各階段滲透率與凈壓力擬合結(jié)果Table 3 Fitting results of permeability and net pressure for three rock samples at different stages

4 結(jié) 論

（1）在特低滲透油藏中，滲透率越低，應(yīng)力敏感性越明顯。隨著凈壓力變化，滲透率不論增加還是減少，其變化都是初始階段比較顯著，然后變化幅度越來越小。

（2）在孔隙內(nèi)流體壓力減少階段，凈壓力逐漸增加，滲透率逐漸下降，當(dāng)流體壓力下降到一定程度后，滲透率下降幅度隨著滲透率的降低逐漸減小，滲透率隨孔隙流體壓力下降而降低的絕對(duì)值較小，但由于特低滲透巖心原始滲透率很小，即使降低的絕對(duì)值較小，但滲透率變化率較高，約20%。

（3）在孔隙內(nèi)流體壓力增加階段，隨著凈壓力的減少，滲透率隨壓力上升的幅度逐漸減小，說明隨著凈應(yīng)力的減小，巖石滲透率均略有增加，但是滲透率變化率不大，約5%。

（4）在特低滲透儲(chǔ)層中，在壓敏效應(yīng)條件下，利用曲線擬合對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，滲透率隨有效壓力的變化規(guī)律基本符合二項(xiàng)式關(guān)系，相關(guān)系數(shù)基本達(dá)到0.99。