不同閉合壓力下測試時間對巖心導(dǎo)流能力的影響

劉 享 ，伊向藝 ，2，王彥龍 ，李 丹 ，李 沁

（1. 成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；2. 成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室）

不同閉合壓力下測試時間對巖心導(dǎo)流能力的影響

劉 享1，伊向藝1，2，王彥龍1，李 丹1，李 沁1

（1. 成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；2. 成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室）

利用擬三軸巖心夾持器對劈裂巖心進(jìn)行加壓，考察了測試時間對裂縫導(dǎo)流能力的影響。實驗表明：隨著測試時間的增加，巖心導(dǎo)流能力逐漸降低，60 min之前下降速度較快，60 min之后下降較慢。加壓前期，曲線擬合的誤差相對較大，隨著加壓時間的延長，誤差逐漸減小。利用擬合公式對加壓后期的導(dǎo)流能力進(jìn)行預(yù)測，從而減少實驗的工作量。當(dāng)裂縫處于閉合階段時，巖石受到壓縮，與儲層的實際情況相符，此階段實驗結(jié)果可用于對儲層進(jìn)行導(dǎo)流能力評價，更真實地反映油藏條件下裂縫導(dǎo)流能力與應(yīng)力之間的關(guān)系。

加壓時間；閉合壓力；導(dǎo)流能力；裂縫寬度

實驗室對導(dǎo)流能力的測量大部分以研究閉合壓力對導(dǎo)流能力的影響，很少研究在某一閉合壓力下，測試時間對裂縫導(dǎo)流能力的影響。通過改變圍壓進(jìn)行導(dǎo)流能力實驗，每一個圍壓的改變需要一段時間達(dá)到相對穩(wěn)定[1–3]。測試裂縫導(dǎo)流能力的閉合時間越短，實驗效率越高，但實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較低。因此，在測定裂縫導(dǎo)流能力的過程中，多長閉合時間所獲得的實驗數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確對于研究裂縫短期導(dǎo)流能力具有重要的參考作用。

1 實驗步驟

實驗選取6塊巖心，巖心參數(shù)見表1。巖心全部來自塔河油田碎屑巖儲層，巖石主要以細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主，砂巖以中粗粒砂狀結(jié)構(gòu)為主，平均粒徑 0.12～0.31 mm；膠結(jié)物中含有方解石，巖心中石英含量達(dá)到90%以上。

表1實驗巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

實驗步驟為: ①對巖心進(jìn)行縱向人工造縫，清除斷面上的破碎顆粒，將兩部分用膠帶固定，放入巖心夾持器中；②圍壓設(shè)為4 MPa；向巖心中注入配好的標(biāo)準(zhǔn)鹽水，直到巖心另一端出水時開始計時，測定其實際流量；③每隔30 min測定出口的實際流量；④改變圍壓重復(fù)前三步，測定其它巖心的圍壓分別為5 MPa，10 MPa，15 MPa，20 MPa，25 MPa。

2 實驗結(jié)果及分析

導(dǎo)流能力隨閉合時間的變化用導(dǎo)流能力下降率表示[4]， 導(dǎo)流能力下降率 = （初始導(dǎo)流能力－任意時刻導(dǎo)流能力）÷ 累計閉合時間。

實驗結(jié)果（圖1）表明：①隨著時間的增加，導(dǎo)流能力逐漸降低；②在加壓初期，導(dǎo)流能力下降較快，下降率10%～22%；③60 min之后，導(dǎo)流能力下降速度減慢。

對巖心實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)冪函數(shù)很好地擬合實驗曲線（表2），擬合表達(dá)式為：

式中：C為裂縫導(dǎo)流能力，10–3μm2·cm/min；T為裂縫閉合時間，min；a，b為系數(shù)。

由圖2可以看出，閉合壓力與b值有一定的相關(guān)性；通過擬合，得到b值與閉合壓力的關(guān)系為：

圖1 導(dǎo)流能力下降率與閉合時間關(guān)系

表2 不同巖心實驗擬合參數(shù)統(tǒng)計

圖2 b值與閉合壓力的關(guān)系曲線

由圖3可看出，雙對數(shù)坐標(biāo)中，a值與初始導(dǎo)流能力有很好的線性關(guān)系；通過擬合，a值和初始導(dǎo)流能力在雙對數(shù)坐標(biāo)中呈線性關(guān)系，由此可得到：

圖3 a與初始導(dǎo)流能力的關(guān)系曲線

利用擬合的導(dǎo)流能力公式，計算不同閉合時間下的裂縫導(dǎo)流能力；利用擬合公式求得15 MPa圍壓下導(dǎo)流能力隨閉合時間的變化，對比計算值與實測的裂縫導(dǎo)流能力。由圖4可看出，加壓前期曲線擬合的誤差相對較大；隨著加壓時間的延長，誤差逐漸減小。利用擬合公式對加壓后期的導(dǎo)流能力進(jìn)行預(yù)測，從而減少實驗工作量。

圖4 導(dǎo)流能力實測值與計算值對比

3 裂縫寬度預(yù)測

式中：Kf為裂縫滲透率，10–3μm2；W為裂縫寬度，μm；D為裂縫間距，cm；

裂縫導(dǎo)流能力與裂縫寬度關(guān)系為：

把實驗得到裂縫導(dǎo)流能力和加壓時間進(jìn)行回歸得到冪指數(shù)關(guān)系代入公式（4）和（5）：得到裂縫寬度與加壓時間的關(guān)系：

前人研究得到的裂縫寬度與滲透率的關(guān)系為[5]:

由圖5可看出，60 min之前裂縫寬度減小速度較快，60 min之后減小速度逐漸變緩，它與導(dǎo)流能力隨時間的變化具有相同規(guī)律。本文引用平行板模型將裂縫假設(shè)成理想的平行板模型，沒有考慮實際裂縫兩表面的粗糙程度的影響。在實際裂縫中，裂縫表面的形態(tài)十分復(fù)雜，多組裂縫之間互相交錯，裂縫的延伸方向變化不定等，會對裂縫內(nèi)流體的流動會產(chǎn)生極大的影響。因此，本文利用該模型預(yù)測的裂縫寬度只能作為一個參考，實際應(yīng)用中則需要進(jìn)一步考慮各種因素。

圖5 不同巖心裂縫寬度隨加壓時間變化預(yù)測

4 結(jié)論

（1）裂縫導(dǎo)流能力隨加壓時間的延長而減小，以60 min為拐點，60 min之前導(dǎo)流能力下降較快，60 min之后下降緩慢。

（2）加壓前期曲線擬合的誤差相對較大，隨著加壓時間的延長，誤差會逐漸減小。因此，可以利用擬合的公式對加壓后期的導(dǎo)流能力進(jìn)行預(yù)測，從而減少實驗的工作量。

（3）當(dāng)裂縫處于閉合階段時，巖石受到壓縮，與儲層的實際情況相符，此階段的實驗結(jié)果可用于對儲層進(jìn)行導(dǎo)流能力評價，更真實地反映油藏條件下裂縫導(dǎo)流能力與應(yīng)力之間的關(guān)系。效應(yīng)力作用時間的響應(yīng)[J]. 鉆采工藝，2007，30（3）：105–107.

[2] 高艷霞. 川西致密儲層巖石力學(xué)特性及裂縫應(yīng)力敏感性研究[D]. 四川成都：成都理工大學(xué)，2008.

[3] 紀(jì)國法，張公社，許冬進(jìn)，等.頁巖氣體積壓裂支撐裂縫長期導(dǎo)流能力研究現(xiàn)狀與展望[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2016，16（14）：78–88.

[4] 邱小龍，伊向藝，岳曉軍，等. 閉合時間對裂縫導(dǎo)流能力影響實驗研究[J]. 中外能源，2012，17（9）：55–57.

[5] 李瑩. 裂縫間距分布規(guī)律對導(dǎo)流能力的影響研究[D]. 四川成都：成都理工大學(xué)，2013.

[6] 郭保華，田采霞. 巖石裂隙的法向蠕變及滲流的影響[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，31（4）：403–408.

[7] 李俊，林鋒，孟陸波，等. 變加載方式灰?guī)r蠕變試驗研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15（28）：67–70.

TE357

A

1673–8217（2017）06–0119–03

2017–04–18

劉享，碩士研究生，1991年出生，2015年畢業(yè)于成都理工大學(xué)能源學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)為成都理工大學(xué)碩士研究生，研究方向為儲層保護(hù)與儲層改造。基金項目：國家自然科學(xué)青年基金“碳酸鹽巖儲層酸巖反應(yīng)表面形態(tài)與演化”（51504200）。

張 凡

[1] 王業(yè)眾，康毅力，張浩，等. 碳酸鹽巖應(yīng)力敏感性對有