模擬氣藏條件下滲透率應力敏感性研究

林琳，孫利永，陳琳琳，白志濤，李曼子，路小兵

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500；2.中國石油長慶油田分公司隴東天然氣項目部，甘肅慶陽745000）

模擬氣藏條件下滲透率應力敏感性研究

林琳1，孫利永2，陳琳琳1，白志濤1，李曼子1，路小兵1

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500；2.中國石油長慶油田分公司隴東天然氣項目部，甘肅慶陽745000）

本文通過選取靖邊氣田部分氣井巖芯，建立模擬氣藏開發(fā)過程中的應力敏感性實驗方法，分析滲透率應力敏感性，為進一步進行儲層改造等措施提供依據。

應力敏感；圍壓；孔隙度；滲透率

常規(guī)的滲透率應力敏感實驗是在樣品兩端建立一個固定的驅替壓差，逐漸升高圍壓，從而得到不同有效應力下的氣相有效滲透率。由于以常規(guī)滲透率為基準，這種實驗方法得到的滲透率損害率往往在70%以上，甚至達到99%，應力敏感性表現(xiàn)為強到極強。

然而，氣藏衰竭開發(fā)過程，實際上是地層孔隙壓力逐漸下降的過程，即儲層凈有效上覆壓力逐漸升高的過程。根據這個原理，建立模擬氣藏開發(fā)過程中的應力敏感性實驗方法。

1　氣藏應力敏感性實驗步驟

（1）將已測定物性參數的樣品抽真空飽和地層水，然后采用濕氣驅替法建立樣品的束縛水飽和度（第一個點采用干巖心）。

（2）按實驗要求將樣品裝入巖心夾持器，并接好實驗流程。

（3）保持圍壓與孔隙壓力之差為定值，緩慢并同步給樣品施加圍壓和孔隙壓力，直到樣品中孔隙流體壓力達到20 MPa左右，然后再將圍壓升高到30 MPa。關閉巖心夾持器進出口，將樣品在應力作用下老化12 h以上。

（4）樣品老化結束后，調節(jié)巖心夾持器進口壓力或回壓以得到實驗需要的孔隙壓力，然后開始實驗。

（5）保持圍壓不變，利用巖心夾持器出口端回壓閥調節(jié)出口壓力，當流動穩(wěn)定時，記錄流動壓差、流量和時間，計算樣品的滲透率。

（6）保持圍壓不變，繼續(xù)利用巖心夾持器出口端回壓閥降低出口壓力，但必須保持流動壓差不變，此時樣品實際承受的有效凈應力增加。當流動穩(wěn)定時，記錄流動壓差、流量和時間，計算樣品的滲透率。

（7）重復第6步，直到出口壓力降到實驗要求的廢棄壓力為止，從而得到不同有效應力下的氣體有效滲透率。整個實驗過程與氣藏衰竭式開采過程一致。實驗結束后，取出樣品稱重，并計算含水飽和度的變化。

模擬氣藏開發(fā)過程的滲透率應力敏感性實驗原理（見圖1）。當巖心在上覆壓力下從地層中取出后，經歷了應力釋放過程。在這個過程中，巖石的孔隙結構發(fā)生了變化，這時儲層巖石的滲透率是增大還是降低，目前還沒有統(tǒng)一的認識。模擬氣藏開發(fā)過程中的滲透率應力敏感性實驗，首先就是將巖心恢復到原始油藏條件，然后老化12 h時。根據實驗條件和設備情況，本次實驗研究的上覆壓力為30 MPa，初始孔隙壓力為20 MPa。顯而易見，模擬氣藏衰竭開發(fā)過程中的應力敏感性實驗，更符合生產實際情況。

2　氣藏應力敏感性實驗結果

根據上述模擬氣藏開發(fā)過程中的滲透率應力敏感性實驗方法，結合現(xiàn)場實際的取樣資料（A井3-57/85號樣品、B井1-68/95號樣品、C井1-45/60號樣品及D井1-42/55號），經實驗室測定可得每一樣品在不同含水飽和度及不同有效應力下的氣相滲透率（見表1～表4）；同時可得各樣品在不同含水飽和度下的氣相有效滲透率損失率（見表5）。

圖1　模擬氣藏開發(fā)過程的滲透率應力敏感性實驗原理圖

表1　A井3-57/85號樣品應力敏感實驗數據（孔隙度=9.74%，滲透率=0.691 mD）

表2　B井1-68/93號樣品應力敏感實驗數據（孔隙度=4.34%，滲透率=1.27 mD）

表3　C井1-45、60號樣品應力敏感實驗數據（孔隙度=5.59%，滲透率=0.042 7 mD）

2.1氣藏應力敏感性分析

根據模擬氣藏開發(fā)過程中的滲透率應力敏感性實驗結果，可分別作出4個樣品的滲透率應力敏感性分析曲線（見圖2～圖5）；匯總可得滲透率應力敏感性分析表（見表6）；同時可作出4個樣品在含水飽和度均為零時，4個樣品滲透率應力敏感性分析曲線的對比曲線（見圖6）；最后依據不同含水飽和度下的氣相有效滲透率損失率數據（見表5），可作出氣相有效滲透率損失率曲線（見圖7）。

表4　D井1-42/55號樣品應力敏感實驗數據（孔隙度=6.02%，滲透率=15.6 mD）

表5　不同含水飽和度下的氣相有效滲透率損失率

圖2　A井樣品應力敏感分析曲線

圖3　B井樣品應力敏感分析曲線

圖4　C井樣品應力敏感分析曲線

圖5　D井樣品應力敏感分析曲線

3　認識

（1）無論高滲儲層、低滲儲層還是中滲儲層，儲層樣品的氣相滲透率與凈應力的變化關系成乘冪形式，二者具有較好的一致性；隨著凈應力的增加，滲透率成乖冪形式降低，即凈應力增加的初期，滲透率下降較快，而隨著凈應力的進一步增加，滲透率的下降變慢，后期滲透率保持在一個相對穩(wěn)定的值。

（2）含水飽和度對滲透率的應力敏感性研究具有很大的影響，在相同的凈應力條件下，隨著儲層含水飽和度的增加，氣相滲透率降低，滲透率應力敏感性增強。在較低的含水飽和度下，水雖然處于束縛水狀態(tài)，基本不參與流動，但水占據了滲流通道，減少了氣相的自由流動空間，使得氣相有效滲透率降低。在較高的含水飽和度下，巖心中的水，可能參與流動，進一步降低了氣相的有效滲透率。

（3）無論高滲儲層、低滲儲層還是中滲儲層，儲層樣品的滲透率敏感性均較強，隨著凈應力的增加，各儲層樣品的滲透率均有較大幅度的降低。

圖6　各樣品應力敏感分析曲線對比

圖7　氣相有效滲透率損失率曲線對比圖

表6　滲透率應力敏感性分析表

（4）原始滲透率存在差異的樣品，即高滲儲層、低滲儲層及中滲儲層的滲透率應力敏感性存在差異。高滲儲層受應力敏感影響之后，其滲透率仍保持在相對較高水平；而低滲儲層受應力敏感影響之后，滲透率值進一步降低，保持在更低的水平。由于低滲儲層本身滲透率很低，加上滲透率應力敏感的影響，使得儲層滲透率進一步降低。因此，對低滲氣藏儲層而言，滲透率應力敏感性的影響不容忽視。

（5）隨著含水飽和度的增加，各儲層樣品（高、中、低滲）的氣相滲透率損失率均不同程度的增加，但由于儲層樣品物性的差異，各儲層樣品氣相滲透率損失率增加的形式與程度存在差異。

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油氣地質

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.05.017

TE311

A

1673-5285（2015）05-0072-05

2015－03-01

林琳，女（1978-），工程師，本科，主要從事天然氣開發(fā)工作。