低滲透油藏應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)新方法

許 濤，黃海龍，修德艷，康海軍，孫紅桃

(中油冀東油田分公司，河北 唐山 063006)

引 言

應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際油藏條件存在較大差距，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。SY/T5358-2002[1]與 SY/T5358-2010[2]中有關(guān)應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)提出2種實(shí)驗(yàn)方式，但實(shí)驗(yàn)條件是否與實(shí)際油藏匹配未做任何說(shuō)明。蘭林、康毅力等[3]指出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有充分考慮油氣藏原始地應(yīng)力情況;郭平[4]指出油氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程無(wú)法改變上覆壓力，變化的僅僅是地層壓力;羅瑞蘭、程林松等人[5]認(rèn)為巖石應(yīng)力變化過(guò)程分為3個(gè)階段，不同階段的規(guī)律不同，所以應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)應(yīng)建立在油藏條件上才具有意義[6-9]。

高深南沙三2+3油藏位于南堡凹陷高尚堡油田深層，屬于低孔、低滲巖性構(gòu)造油藏，埋藏深度為3 200～3 800 m，構(gòu)造類型為潛山披覆背斜，扇三角洲沉積相，平均孔隙度為16.3%，平均滲透率為30×10-3μm2，為常規(guī)稀油油藏。該區(qū)塊采出程度僅為7.66%，采油速度為0.23%，綜合含水為80.1%，自然遞減率達(dá)到37.69%，地層壓力存在不同程度的降低，局部地區(qū)無(wú)法注進(jìn)采出，壓裂增產(chǎn)效果變差。以高深南區(qū)沙三2+3油藏為例，對(duì)應(yīng)力敏感作出分析，并與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，證明了后者存在缺陷。

1 等效壓力計(jì)算

根據(jù)Terzaghi有效應(yīng)力原理，可得:

式中:p上覆為地層上覆壓力，MPa;A為巖石面積，m2;p孔為孔隙壓力，MPa;σ為巖石骨架應(yīng)力，MPa;φ為孔隙度。

將式(1)化簡(jiǎn)并轉(zhuǎn)化到實(shí)驗(yàn)室條件下:

式中:p圍為實(shí)驗(yàn)條件下圍壓，MPa;p回為地層壓力或驅(qū)替回壓，MPa;p等為等效壓力，MPa。

2 地層上覆壓力計(jì)算

地層上覆壓力大小受各層巖石密度的影響，常用的方法有密度測(cè)井法、聲波測(cè)井法和地震法等。針對(duì)老油田，采用經(jīng)驗(yàn)公式法[10]:

式中:a為上覆壓力梯度系數(shù)，取值范圍為0.020 6～0.027 5;Hz為油藏中深，m。

高深南區(qū)沙三2+3油藏上覆壓力梯度系數(shù)取0.022 0，以油層中深為3 600 m計(jì)算得到上覆地層壓力為79.2 MPa。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理

選取無(wú)油層缺失的2口取心井，共鉆取巖樣36塊，測(cè)得驅(qū)替回壓為0.2 MPa，圍壓為2～40 MPa，選取具有代表性的10塊巖心繪制滲透率隨圍壓變化曲線(圖1)。

圖1 滲透率隨圍壓變化曲線

圖2 滲透率比值隨等效壓力變化曲線

利用式(2)將圖1中滲透率—圍壓曲線轉(zhuǎn)化成滲透率比值(該實(shí)驗(yàn)條件下滲透率與初始滲透率之間的比值)—等效壓力曲線(圖2)。由圖2可知應(yīng)力敏感性很強(qiáng)，但實(shí)際上并非如此。巖樣從地層取至地面，經(jīng)歷了上覆壓力與孔隙壓力的泄壓與釋放，巖心顆粒間因接觸所受到的擠壓力變得非常小，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化。巖心經(jīng)過(guò)切割、鉆樣，放入孔-滲聯(lián)測(cè)儀內(nèi)加載圍壓后，再加載非常小的驅(qū)動(dòng)壓力，就會(huì)出現(xiàn)滲透率急劇下降的現(xiàn)象。在油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，受應(yīng)力敏感因素影響，當(dāng)上覆壓力保持不變、孔隙壓力降低時(shí)，會(huì)引起滲透率的降低，從而影響產(chǎn)能。所以應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)過(guò)程也應(yīng)保持與上覆壓力一致的圍壓，而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T5358-2002/2010對(duì)實(shí)驗(yàn)圍壓與驅(qū)動(dòng)壓力是否與油藏條件一致無(wú)強(qiáng)制規(guī)定。

前人研究認(rèn)為低滲透油藏應(yīng)力敏感性很強(qiáng)，不同滲透率級(jí)別應(yīng)力敏感變化規(guī)律不同，因此，作出等效壓力為40 MPa條件下滲透率與最小滲透率比值的散點(diǎn)圖(圖3)。由圖3可知，最小滲透率比值存在明顯區(qū)間性:滲透率在10×10-3μm2以下，最小滲透率比值分布范圍較大，為0.30～0.65，平均為0.45，其主要原因是受泥質(zhì)含量、膠結(jié)方式、顆粒接觸關(guān)系等的影響[5]，特低滲儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，呈現(xiàn)多樣性，也有可能與測(cè)試時(shí)未消除啟動(dòng)壓力梯度有關(guān);滲透率為10×10-3～50×10-3μm2時(shí)，最小滲透率比值為0.7左右;滲透率為50×10-3μm2以上時(shí)，最小滲透率比值為0.8左右。

圖3 等效壓力40MPa下滲透率比值與初始滲透率

將圖2中處理后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按照初始滲透率大小分類平均，得到不同滲透率級(jí)別下滲透率比值與等效壓力的散點(diǎn)圖，采用冪函數(shù)擬合，擬合效果較好(圖4)。

4 應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)

4.1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)方法

SY/T5358-2010行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有效壓力下巖心滲透率變化率公式為:

式中:Ki為初始滲透率，μm2;Kn為第n次凈壓力下巖心滲透率，μm2;Dstn為滲透率變化率;Dst為最大巖心滲透率損害率。

圖4 滲透率比值隨等效壓力變化曲線

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定將圖4中第1個(gè)等效壓力點(diǎn)的滲透率作為初始滲透率，計(jì)算得到最大巖心滲透率損害率在第6個(gè)等效壓力點(diǎn)。

4.2 應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)新方法

沙三2+3油藏原始地層壓力為39.6 MPa，上覆壓力為79.2 MPa，由圖4中擬合公式計(jì)算得到上覆壓力79.2 MPa條件下不同地層壓力對(duì)應(yīng)的滲透率比值(圖5)。圖5中粉色線右側(cè)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，粉色虛線對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為油藏原始?jí)毫l件下滲透率比值，粉色虛線左側(cè)是油藏壓力下降后滲透率比值變化趨勢(shì)，可知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)均不在油藏范圍內(nèi)，進(jìn)一步說(shuō)明按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的的應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)所得到的滲透率變化規(guī)律無(wú)法代表油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中的變化規(guī)律。

圖5 上覆壓力79.2MPa條件下滲透率比值變化曲線

4.3 結(jié)果分析

采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5358-2010中應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，等效壓力計(jì)算得到該油藏條件下地層壓力下降到0 MPa時(shí)，滲透率損害率為4.9% ～13.5%，屬于弱到無(wú);而采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到滲透率損害率為20.2% ～48.2%，應(yīng)力敏感為中等偏弱(表1)。2種分析方法評(píng)價(jià)結(jié)果差異較大，證明行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件與油藏條件相差較大，存在缺陷。

表1 應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)結(jié)果

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5358-2010相比SY/T5358-2002有較大改進(jìn)，但仍然存在缺陷:①標(biāo)準(zhǔn)中承認(rèn)存在不可逆滲透率損害，已說(shuō)明巖石儲(chǔ)層在一定條件下發(fā)生非彈性形變，同時(shí)也承認(rèn)了恒定回壓變圍壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際油藏存在一定差距，但仍然保留在標(biāo)準(zhǔn)之中;②標(biāo)準(zhǔn)中雖然說(shuō)明了可根據(jù)油藏實(shí)際情況選擇凈壓力或有效壓力點(diǎn)，但未強(qiáng)制規(guī)定油藏上覆壓力和油藏壓力為實(shí)驗(yàn)圍壓和驅(qū)替回壓;③在低滲透儲(chǔ)層滲透率測(cè)試時(shí)，應(yīng)測(cè)試多個(gè)不同驅(qū)替速度下的壓差，以消除啟動(dòng)壓力梯度或其他因素對(duì)滲透率的影響;④在計(jì)算巖心滲透率變化率時(shí)，初始凈壓力的概念未做明確規(guī)定，未指出是油藏上覆壓力和地層壓力條件下的凈壓力。

5 結(jié)論和建議

(1)特低滲、低滲與中滲儲(chǔ)層應(yīng)力敏感規(guī)律差異較大，說(shuō)明了儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)的油藏應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)需要分類研究。

(2)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5358-2002和SY/T5358-2010對(duì)應(yīng)力敏感評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)方法與油藏生產(chǎn)規(guī)律差異太大，無(wú)法指導(dǎo)生產(chǎn)，主要原因是在現(xiàn)場(chǎng)取心時(shí)巖心內(nèi)部骨架應(yīng)力已經(jīng)釋放，不恢復(fù)油藏條件的應(yīng)力場(chǎng)而直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)果，缺少合理性。

(3)等效壓力雖然能夠?qū)F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到油藏條件下，但該擬合公式預(yù)測(cè)結(jié)果存在一定風(fēng)險(xiǎn)，最好應(yīng)用恢復(fù)到油藏條件下的應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)才具有指導(dǎo)意義。

[1]朱斌，羅蔓莉，張建國(guó)，等.SY/T5358—2002儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法[S].國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)，2002:9-11.

[2]曲巖濤，房會(huì)春，朱健，等.SY/T5358—2010儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法[S].國(guó)家能源局，2010:18-21.

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