鎮(zhèn)涇油田長8超低滲油藏應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)研究

周思賓，白 玲

（中國石化華北分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

鎮(zhèn)涇油田長8超低滲油藏應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)研究

周思賓，白 玲

（中國石化華北分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

用兩種方法對鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇油田長8油藏砂巖進(jìn)行了應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滲透率隨有效應(yīng)力的變化而變化幅度較大，內(nèi)壓較大時(shí)，滲透率隨圍壓的變化而變化幅度很大。應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)采用了三種方法，其中，采用應(yīng)力敏感指數(shù)法評(píng)價(jià)儲(chǔ)層為弱應(yīng)力敏感，此法符合實(shí)際生產(chǎn)過程，具有參考價(jià)值。

滲透率；應(yīng)力敏感性；低滲致密砂巖；有效應(yīng)力；應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)

鎮(zhèn)涇油田構(gòu)造上處于鄂爾多斯盆地西緣天環(huán)向斜的南段，地層平緩西傾，構(gòu)造比較簡單，局部發(fā)育寬幅度鼻狀隆起。三疊系延長組長8層處于辮狀河三角洲沉積體系發(fā)育的三角洲前緣上，儲(chǔ)集砂體比較發(fā)育，平均孔隙度為10.8%，平均滲透率0.4×10－3μm2，原生殘余粒間孔隙和次生溶蝕孔隙是該層最主要的孔隙類型，孔喉細(xì)小，連通性差，為一正常溫壓系統(tǒng)下的超低滲巖性油藏。

在超低滲油田開發(fā)過程中，是否存在應(yīng)力敏感，對油井的產(chǎn)能和補(bǔ)充能量的時(shí)機(jī)有直接的影響，從而影響油井的井網(wǎng)部署，以及最終采收率。因此，油氣田開發(fā)前認(rèn)識(shí)清楚儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性至關(guān)重要［1－4］。

本文針對鄂爾多斯南部長8超低滲儲(chǔ)層砂巖開展了兩種應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)采用三種應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)了儲(chǔ)層巖石的應(yīng)力敏感性并進(jìn)行了對比分析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)巖樣

實(shí)驗(yàn)裝置（見圖1）主要由三部分組成。第一部分是進(jìn)口壓力表之前的所有實(shí)驗(yàn)裝置，稱為高壓氣源部分；第二部分是進(jìn)口壓力和出口壓力之間的所有裝置（包括實(shí)驗(yàn)巖樣），稱為實(shí)驗(yàn)的主體部分；第三部分出口壓力表后面的所有裝置，稱為回壓裝置部分，主要是保持巖心內(nèi)壓不變，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)流體采用的是氮?dú)狻?/p>

實(shí)驗(yàn)巖樣（編號(hào)為HH12－9）滲透率為0.51×10－3μm2，孔隙度為10.16%，屬于低孔超低滲致密砂巖，巖樣以細(xì)粒巖屑長石砂巖為主，原生殘余粒間孔隙和次生溶蝕孔隙是樣品最主要的孔隙類型，為該區(qū)典型樣品。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

本文巖樣的應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)按兩種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)流體為氮?dú)?。?shí)驗(yàn)方案一是執(zhí)行部頒標(biāo)準(zhǔn)SY／T5358－2002中的有效圍壓的應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，方案二是修正的析因設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)之前對巖心均進(jìn)行了老化處理，因?yàn)槔匣幚硎欠浅１匾?，可以削弱滯后效?yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)是在不同圍壓下降低和增加內(nèi)壓下進(jìn)行的，共有三個(gè)內(nèi)壓循環(huán)，實(shí)驗(yàn)中的最高圍壓為51 MPa，最高內(nèi)壓為32 MPa，最小圍壓和內(nèi)壓分別是35 MPa和8 MPa。實(shí)驗(yàn)過程中內(nèi)壓不能超過圍壓。同時(shí)，采用穩(wěn)態(tài)法獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對每個(gè)點(diǎn)重復(fù)測試5次，取平均值作為該點(diǎn)的滲透率值。

1.3 方案一實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2、圖3是依照方案一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果圖。圖中的有效應(yīng)力為圍壓與內(nèi)壓的簡單差值，其中內(nèi)壓很小，可以視為零，圖中反映了鎮(zhèn)涇長8儲(chǔ)層滲透率隨有效應(yīng)力的變化關(guān)系。由加載曲線可以看出，滲透率隨著有效應(yīng)力升高而降低，有效應(yīng)力開始升高時(shí)滲透率下降很快，當(dāng)達(dá)到一定值后，滲透率下降幅度逐漸變緩。這是因?yàn)閹r石在開始受壓時(shí)，較大的孔隙也逐漸隨著壓力增加而減小，直到巖石的性質(zhì)變得更加穩(wěn)定的時(shí)候，壓力的增加將再很難引起喉道和孔隙的變形，此時(shí)滲透率下降的趨勢逐漸緩慢；由卸載曲線可以看出，隨著有效應(yīng)力的降低而恢復(fù)，但是滲透率并不能恢復(fù)到原來所對應(yīng)的大?。粡耐粯悠废嗤行?yīng)力大小下滲透率值來看，加載過程所測得的滲透率都大于卸載過程中的滲透率值，隨有效應(yīng)力的減小，這種現(xiàn)象越來越明顯，這種現(xiàn)象往往被稱為滲透率滯后效應(yīng)。

圖2 HH12－9升壓過程滲透率與有效應(yīng)力關(guān)系

圖3 HH12－9降壓過程滲透率與有效應(yīng)力關(guān)系

同時(shí)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析可以發(fā)現(xiàn)乘冪關(guān)系式的擬合效果最好，即滲透率和有效應(yīng)力的關(guān)系可以表述為：

加載：

卸載：

式中：k——滲透率，10－3μm2；σeff——有效應(yīng)力，MPa。式（1）和式（2）的相關(guān)系數(shù)分別為0.9872和0.968。

1.4 方案二實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（圖4，圖5）：滲透率隨著圍壓的增加而降低，隨著內(nèi)壓的增加而增加；在低圍壓時(shí)，滲透率受內(nèi)壓的影響相對較大，隨圍壓的增加，內(nèi)壓對滲透率的影響變?nèi)?；?nèi)壓大于25 MPa時(shí)，滲透率隨內(nèi)壓的增加而增加的幅度較大，表現(xiàn)出了非線性的特征，低于25 MPa時(shí)，滲透率隨內(nèi)壓的變化很小了，表現(xiàn)出線性的特征?；阪?zhèn)涇長8儲(chǔ)層的地層壓力特征（內(nèi)壓未超過25 MPa），因此，在不同圍壓循環(huán)下，滲透率隨內(nèi)壓的變化規(guī)律體現(xiàn)了一種線性的特征，這是數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)；同時(shí)，高圍壓下的滲透率隨內(nèi)壓變化的兩條曲線靠得較近，而油藏壓力折算的圍壓處于實(shí)驗(yàn)的高圍壓的范圍內(nèi)，因此，分析數(shù)據(jù)時(shí)，采用高圍壓的滲透率隨內(nèi)壓的變化關(guān)系曲線。

圖4 HH12－9降壓過程滲透率與內(nèi)壓關(guān)系

圖5 HH12－9升壓過程滲透率與內(nèi)壓關(guān)系

2 滲透率應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)

結(jié)合上面應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，下面采用三種敏感性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)。

（1）方法一：結(jié)合方案一卸載的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用部頒標(biāo)準(zhǔn)SY／T5358－200的評(píng)價(jià)方法。該方法需要引入滲透率損害率的概念，其定義為：

式中：Dk——滲透率損害率，無因次；K1——加載過程中第一個(gè)應(yīng)力點(diǎn)對應(yīng)的巖樣滲透率，10－3μm2；Kmin為達(dá)到臨界應(yīng)力后巖樣滲透率的最小值，10－3μm2。

根據(jù)上述定義，計(jì)算得到巖樣的滲透率損害率為74.3%，該巖樣的應(yīng)力敏感性為強(qiáng)應(yīng)力敏感。

（2）方法二：應(yīng)力敏感系數(shù)法是在方案一的基礎(chǔ)上，通過式（4）對所測定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到巖心的應(yīng)力敏感系數(shù)，然后根據(jù)表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對巖心進(jìn)行敏感程度評(píng)價(jià)。其表達(dá)式如下：

式中：K0、Ki——初始測試點(diǎn)和有效應(yīng)力為σi時(shí)對應(yīng)的樣品滲透率，10－3μm2；σ0、σi——初始測試點(diǎn)和其他測試點(diǎn)的有效應(yīng)力大小，MPa；Ss——滲透率應(yīng)力敏感系數(shù)。

表1 應(yīng)力敏感系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)力敏感系數(shù)公式中，Ss為直線斜率的相反數(shù)。Ss越小，表明該樣品的滲透率應(yīng)力敏感性越弱，反之越強(qiáng)。樣品加載時(shí)，滲透率應(yīng)力敏感系數(shù)為0.15，根據(jù)應(yīng)力敏感系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為弱敏感。

（3）方法三：李傳亮提出的應(yīng)力敏感指數(shù)法［5］是基于方案二的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照式（5）選取高圍壓（43MPa）條件下，孔隙流體壓力由22MPa下降10MPa時(shí)的滲透率的變化值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

式中：SI——應(yīng)力敏感指數(shù)，無因次；ki——原始地層條件下的滲透率，10－3μm2；k——某個(gè)地層條件下的滲透率，10－3μm2。按照李傳亮的方法，當(dāng)SI＜0.1時(shí)為弱應(yīng)力敏感，當(dāng)0.1≤SI≤0.3時(shí)為中等應(yīng)力敏感，當(dāng)SI＞0.3時(shí)為強(qiáng)應(yīng)力敏感。

通過計(jì)算得到HH12－9巖樣地層條件下應(yīng)力敏感指數(shù)在為0.02，根據(jù)應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)得到該低滲致密砂巖的應(yīng)力敏感性為弱應(yīng)力敏感。

綜合三種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果可以知道，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法得到的敏感性最強(qiáng)，為強(qiáng)應(yīng)力敏感。采用應(yīng)力敏感系數(shù)法得到評(píng)價(jià)結(jié)果為弱應(yīng)力敏感。方法三是最具參考價(jià)值的，因?yàn)樵摲椒ú煌h(huán)的內(nèi)壓是變化的，每個(gè)循環(huán)中的圍壓也是變化的，因此，可以得到一定圍壓下不同孔隙流體壓力對應(yīng)的滲透率值，這就得到了實(shí)際地層條件下圍壓不變而孔隙壓力變化時(shí)的滲透率改變值，評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際生產(chǎn)過程，因此認(rèn)定該巖樣為弱應(yīng)力敏感（表2）。

表2 不同方法應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）按部頒標(biāo)準(zhǔn)開展的實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)表明，巖石為強(qiáng)應(yīng)力敏感；基于應(yīng)力敏感系數(shù)法評(píng)價(jià)的為弱應(yīng)力敏感。

（2）按析因設(shè)計(jì)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用李傳亮應(yīng)力敏感指數(shù)法，評(píng)價(jià)儲(chǔ)層巖石的應(yīng)力敏感為弱應(yīng)力敏感。該實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法符合實(shí)際生產(chǎn)過程，因此，建議用這一方法評(píng)價(jià)儲(chǔ)層巖石的應(yīng)力敏感性。

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Zhengjing oilfield Chang 8 reservoir in south of Ordos basin is ultra low permeability lithologic reservoir，experiments have been carried out based on ministry standard and modified factorial design experiment.The experimental results show that the permeability changes a lot with the effective stress.Experimental data derived from modified factorial design show that when higher inner pressure is large，permeability change greatly with confining pressure.Three methods are evaluated based onstress sensitivity evaluation.For modified factorial design experiment scheme，sensitivity is weak by using the stress sensitivity coefficient method.This method is more consistent with the actual production process，therefore has more reference value.

110Chang 8ultra low permeable reservoir stress sensitivity lab experiment in Zhenjing oilfield

Zhou Sibin et al（North China Branch Company Exploration and Development Institute，Sinopec，Zhengzhou，Henan 450006）

permeability；stress sensitivity；low permeable tight sandstone；effective stress；stress sensitivity evaluation

TE312

A

1673－8217（2012）04－0110－03

2012－01－16；改回日期：2012－03－20

周思賓，工程師，1978年生，2003年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事石油工程地質(zhì)研究工作。

中國石油化工股份公司科技部項(xiàng)目（P08042）。

吳官生