裂縫貫穿程度對致密砂巖應(yīng)力敏感性影響研究

劉逸盛 李 軍 車星祥 張?zhí)煊?/p>

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059）

裂縫貫穿程度對致密砂巖應(yīng)力敏感性影響研究

劉逸盛 李 軍 車星祥 張?zhí)煊?/p>

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059）

致密砂巖氣藏開采過程中，裂縫貫穿程度直接影響儲層滲透率和流體滲流規(guī)律，從而影響產(chǎn)量的高低。為了研究裂縫貫穿程度對致密砂巖應(yīng)力敏感性的影響規(guī)律，使用安鵬深層儲層巖心，以陶粒為支撐劑，進行了應(yīng)力敏感實驗。結(jié)果表明：隨著圍壓上升，裂縫未貫穿巖心滲透率變化幅度最小，孔隙型巖心次之，裂縫貫穿巖心滲透率變化最大；孔隙型巖心臨界壓力較小，而裂縫貫穿巖心較大；孔隙型巖心和裂縫貫穿巖心應(yīng)力敏感損害率較高，且裂縫貫穿巖心加砂后不可逆應(yīng)力敏感損害率明顯高于孔隙型巖心的損害率；而未貫穿巖心無論是否加砂，其應(yīng)力敏感損害率均較小。因此在生產(chǎn)過程中，根據(jù)儲層裂縫貫穿程度，確定合理的應(yīng)力波動范圍，以避免應(yīng)力敏感損害儲層滲透率。同時，應(yīng)考慮應(yīng)力對填砂裂縫滲透率的損害。

裂縫貫穿程度；致密砂巖；應(yīng)力敏感

致密氣資源潛力巨大，為中國清潔能源供應(yīng)方面發(fā)揮著越來越重要的作用。致密砂巖氣藏儲層存在著較強的應(yīng)力敏感性，國內(nèi)學(xué)者建立了多種砂巖應(yīng)力敏感實驗評價方法[1-3]，也分析了巖石組分、裂縫、溫度、含水飽和度和施壓次數(shù)等影響應(yīng)力敏感性的因素[4-5]。針對裂縫這一影響因素，有學(xué)者對基質(zhì)、裂縫、填砂裂縫等不同巖心應(yīng)力敏感性進行了研究[6-7]，但對于裂縫貫穿程度對致密砂巖應(yīng)力敏感性影響的研究較少。

實驗選用安鵬深層第三系核桃園組儲層巖心，對裂縫未貫穿巖心、裂縫完全貫穿巖心及填砂裂縫巖心進行應(yīng)力敏感實驗。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與準(zhǔn)備

在實際制備巖樣（圖1）的過程中，選取裂縫不貫穿的長巖心，將其截取為兩段（圖2，圖3），一個裂縫未貫穿巖心，一個裂縫完全貫穿巖心。這樣也減小了巖心非均質(zhì)性對實驗結(jié)果的影響。實驗使用氮氣作為測試流體，因石英砂在高圍壓下易破碎，所以選用陶粒作為支撐劑。

圖1 巖樣制備示意圖

圖2 裂縫未貫穿巖心

圖3 裂縫完全貫穿巖心

1.2 實驗設(shè)計與計算

參考石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SYT5358-2010》進行實驗設(shè)計。設(shè)定進氣口壓力為1MPa，選取1.5MPa、2.5MPa、3.5MPa、5MPa、7MPa、9MPa、11MPa、15MPa、20MPa、26MPa、35MPa等11個圍壓點測試滲透率。

圍壓增加過程與降低過程中不同圍壓下巖心滲透率變化率Dstn、Dstn

計算公式為

式中：Dstn——應(yīng)力敏感損害率；

Ki——初始凈壓力巖心滲透率，10-3μm2；Kn——不同凈壓力巖心滲透率，10-3μm2。應(yīng)力敏感性損害評價指標(biāo)見表1

表1 應(yīng)力敏感性損害程度評價表

2 實驗結(jié)果分析

2.1 臨界壓力及滲透率變化分析

圖4 9號孔隙型巖心

圖5 20號孔隙型巖心

圖6 13-1號裂縫未貫穿巖心

圖7 13-1號裂縫未貫穿巖心

圖8 13-2號裂縫貫穿巖心

圖9 13-2號裂縫貫穿巖心

從滲透率的變化趨勢看，裂縫貫穿巖心隨圍壓上升滲透率的變化幅度最大，孔隙型巖心次之，裂縫未貫穿巖心最小。說明裂縫貫穿巖心的滲透率主要由裂縫決定，圍壓的上升導(dǎo)致裂縫逐漸閉合，從而巖心滲透率大幅下降。裂縫未貫穿巖心的滲透率和其他兩類相比，更接近孔隙型巖心，說明它的滲透率主要由基質(zhì)主導(dǎo)。但是隨著圍壓上升，它的變化規(guī)律又區(qū)別于后者，這主要是源于未貫穿巖心的裂縫在增壓過程中始終無法完全閉合，一定程度上彌補基質(zhì)巖塊的滲透率的傷害。

由上圖可知孔隙型巖心的臨界壓力（5～7MPa）小于裂縫貫穿巖心的臨界壓力（9～10MPa）。結(jié)合滲透率變化趨勢，盡管圍壓上升對裂縫貫穿巖心的滲透率傷害幅度更大，即應(yīng)力敏感損害率更高，但孔隙型巖心的臨界壓力更小，即孔隙型巖心只需較小的壓差，其滲透率的傷害就會趨于穩(wěn)定，從而最終的應(yīng)力敏感傷害率較小。

同時，由圖8、圖9可知，無論裂縫填砂與否，其臨界壓力都在9-10MPa之間。說明裂縫是否充填對巖心的臨界壓力沒有太大影響，巖石類型才是影響臨界壓力的主要因素。

2.2 應(yīng)力敏感損害分析

根據(jù)表2，孔隙型巖心與裂縫貫穿巖心應(yīng)力敏感損害率較高。35MPa時孔隙型巖心損害率為82.89%與87.08%，裂縫貫穿巖心損害率為88.57%，而加入支撐劑后損害率達到94.23%，說明孔隙型巖心應(yīng)力敏感程度總體低于裂縫貫穿巖心，且裂縫貫穿巖心加砂后因支撐劑嵌入、破碎等導(dǎo)致不可逆損害率增加。裂縫貫穿巖心不可逆應(yīng)力敏感損害率達到79.97%、92.43%（填砂），明顯高于孔隙型巖心的損害率62.99%與63.35%，更大幅高于裂縫未貫穿巖心損害率。且裂縫填砂后，應(yīng)力敏感損害率與不可逆恢復(fù)率均變大，因此在壓裂增產(chǎn)過程中應(yīng)考慮應(yīng)力對填砂裂縫滲透率的損害。

表2 應(yīng)力敏感性損害率

裂縫未貫穿巖心無論是否填砂，其應(yīng)力敏感損害率均較小，總體大幅低于孔隙型與裂縫貫穿巖心。而根據(jù)表2，孔隙型巖心與裂縫貫穿巖心均有明顯的應(yīng)力敏感性，且裂縫貫穿型大于孔隙型。說明在圍壓變化過程中，應(yīng)力先對裂縫段滲透率產(chǎn)生影響，然后才對基質(zhì)段滲透率產(chǎn)生影響。

說明裂縫不貫穿巖心的滲透率主要受基質(zhì)的影響，也就是說在雙重介質(zhì)油藏中，滲透率主要受基質(zhì)的影響。未貫穿巖心的裂縫對滲透率有一定的影響，由于不貫穿縫巖心中有全基質(zhì)面，當(dāng)流體流出全基質(zhì)面后進入裂縫面，則裂縫起到了很大的導(dǎo)流作用。因此裂縫對不貫穿縫的滲透率有一定的影響。

3 結(jié)論

3.1 隨圍壓上升，裂縫貫穿巖心滲透率變化幅度最大，孔隙型巖心次之，裂縫未貫穿巖心滲透率變化幅度最小。

3.2 孔隙型巖心臨界壓力在5～7MPa之間，小于裂縫貫穿巖心的9～10MPa，從而孔隙型巖心只需要較小的壓差，滲透率的變化就趨于穩(wěn)定，而裂縫貫穿巖心的滲透率變化則處于一個更大的壓差范圍內(nèi)。

3.3 孔隙型巖心與裂縫貫穿巖心應(yīng)力敏感損害率更高。35MPa時孔隙型巖心損害率為82.89%與87.08%，裂縫貫穿巖心損害率為88.57%，裂縫貫穿巖心填砂損害率為94.26%，裂縫未貫穿巖心損害率為20.12%，裂縫未貫穿巖心填砂損害率為26.71%.

3.4 裂縫填砂后，應(yīng)力敏感損害率與不可逆恢復(fù)率均變大，因此在壓裂增產(chǎn)過程中應(yīng)考慮應(yīng)力對填砂裂縫滲透率的損害。

［1］周思賓，白玲.鎮(zhèn)涇油田長8超低滲油藏應(yīng)力敏感性實驗研究［J］.石油地質(zhì)與工程，2012，4（26）：110-112.

［2］張琰，崔迎春.低滲氣藏應(yīng)力敏感性及評價方法的研究［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2001，15（4）：453-457.

［3］向陽，杜文博.致密砂巖氣藏應(yīng)力敏感的全模擬試驗研究［J］.成都理工學(xué)院學(xué)報，2002，29（6）：617-620.

［4］李寧，張清秀.裂縫型碳酸鹽巖應(yīng)力敏感性評價室內(nèi)實驗方法研究［J］.天然氣工業(yè)，2000，20（3）：30-33.

［5］張浩，康毅力，陳一健，等.巖石組分和裂縫對致密砂巖應(yīng)力敏感性影響［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（7）：55-57.

［6］康毅力，張浩，陳一健，等.鄂爾多斯盆地大牛地氣田致密砂巖氣層應(yīng)力敏感性綜合研究［J］.天然氣地球科學(xué)，2006，17 （3）：335-338.

［7］何健，康毅力，劉大偉，等.孔隙型與裂縫-孔隙型碳酸鹽巖儲層應(yīng)力敏感研究［J］.鉆采工藝，2005，28（2）：84-86.

The Stress Sensitivity Influence Study of the Extent of the fracture Penetration on the Tight Sandstone

Liu Yisheng Li Jun Che Xingxiang Zhang Tianyu
（School of Energy Resource，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059）

In the exploitation of tight sandstone gas reservoir,the extent of fracture penetration directly affects the reservoir permeability and the mechanism of the seepage flow,thus influencing its yield.With the aim of studying the effect law of different extent of fracture penetration on the stress sensitivity of tight sandstone,this study applies Anpeng reservoir core to conduct an experiment of stress sensitivity with ceramsite as the proppant.The results showed that with the increasing confining pressure,permeability of the core without fracture penetration had the smallest variation,pore type core took the second place,while permeability of fracture penetration core had the largest variation;critical pressure of pore type core was relatively small,yet that of fracture penetration core was high;pore type core and fracture penetration core had a higher damage rate of stress sensitivity,and for the fracture penetration core,after adding sand its irreversible damage rate of stress sensitivity was significantly higher than that of pore type core;but whether the sand was added or not,the damage rate of stress sensitivity for the core without fracture penetration was comparatively low.As a result,in the process of production,based on the extent of fracture penetration in reservoir,variation range of stress should be appropriately confirmed to avoid the damage of fracture permeability caused by stress sensitivity.Meanwhile,the damage of stress on sand filling fracture permeability should be taken into consideration.

extent of fracture penetration;tight sandstone;stress sensitivity

TE348

A

1003-5168（2015）03-150-4

2015-2-24

劉逸盛（1990.6-）,男.在讀碩士.研究方向:油氣藏工程及數(shù)值模擬。