裂縫型儲層應(yīng)力敏感與裂縫角度關(guān)系實驗研究

趙光宇

(勝利油田魯明油氣勘探開發(fā)有限公司)

目前大多數(shù)油田都是采用的衰竭式開發(fā)方式。隨著地下流體的不斷采出，地層壓力得不到及時補充，巖石所受有效應(yīng)力增加，引起巖石骨架顆粒發(fā)生結(jié)構(gòu)變化如變形或壓縮，造成顆粒間孔隙和喉道空間的不斷減少，表現(xiàn)出滲透率隨有效應(yīng)力的增加而降低的現(xiàn)象。因此，儲層應(yīng)力敏感性分析在油田開采中就顯得尤為重要[1]。

學者們針對儲層應(yīng)力敏感進行了不同程度的研究。李閩、喬國安等[2]通過引入雙重有效應(yīng)力理論，對開采過程中有效應(yīng)力隨凈應(yīng)力的變化關(guān)系進行了重新校正和評價。李大奇、康毅力等[3]開展?jié)B透率應(yīng)力敏感性及巖石力學實驗研究，并分析巖石物性及巖石力學性質(zhì)對碳酸鹽巖儲層滲透率應(yīng)力敏感性的影響。陽建平、劉志斌等[4]通過隨機孔隙網(wǎng)絡(luò)模型建立滲透率與有效應(yīng)力的關(guān)系，解釋滲透率應(yīng)力敏感機理。張睿、寧正福等[5]探討了Walsh模型的冪律公式的適用性并對5種不同孔隙類型的應(yīng)力敏感公式進行分類。目前關(guān)于應(yīng)力敏感方面的研究主要集中在滲透率隨有效應(yīng)力的變化關(guān)系方面，應(yīng)力敏感系數(shù)基于裂縫角度的變化研究較少。因此，本文以某深層、高溫、高壓裂縫型干氣氣藏為研究對象，通過常規(guī)應(yīng)力敏感評價實驗，系統(tǒng)的評價儲層的應(yīng)力敏感程度，并分析裂縫角度對儲層應(yīng)力敏感性的影響，完善了應(yīng)力敏感實驗在裂縫角度方面的因素評價。

一、應(yīng)力敏感實驗

1. 樣品準備

實驗樣品取自某地區(qū)某高溫高壓裂縫型干氣氣藏，巖樣共計6組，其中3組為天然裂縫，3組人工壓制裂縫，裂縫角度范圍在0～30°之間。

氣測滲透率范圍0.02～33.5 mD，孔隙度范圍0.03% ～2.5%。

2. 實驗步驟

本實驗所采用的實驗儀器為SCMS-C3型全自動巖心孔滲測量系統(tǒng)，其主要原理是穩(wěn)態(tài)法測量滲透率。具體實驗步驟如下：

(1)測量巖樣長度、直徑，稱重。

(2)巖樣裝入測試儀器測量巖樣初始物性參數(shù)。

(3)設(shè)定實驗條件：圍壓范圍10～81 MPa，每次的增幅為10 MPa，測試氣源壓力為2 MPa，測試增壓條件下的巖樣滲透率值，將圍壓再分別從81 MPa的圍壓依次減小到10 MPa測試卸壓過程中的巖樣滲透率。

(4)對加壓、卸壓過程進行一次循環(huán)，測試二次加載、卸載過程中的滲透率。

(5)計算應(yīng)力敏感系數(shù)進行應(yīng)力敏感性評價，見式(1)。

(1)

3. 實驗結(jié)果分析

根據(jù)實驗結(jié)果做出滲透率隨圍壓變化曲線，對公式(1)進行數(shù)學轉(zhuǎn)換得到公式(2)，式中對有效應(yīng)力和滲透率進行無因次化，分別求σ/σ0以10為底的對數(shù)和K/K0的1/3次冪，結(jié)果減小了有效應(yīng)力項的增加，將其控制在1附近，并減小了滲透率項的降低，然后將它們擬合直線，斜率的相反數(shù)即為應(yīng)力敏感性系數(shù)[6]。

(2)

以下列出2組巖心的實驗結(jié)果分析圖，見圖1～圖4。

圖1 巖心1滲透率隨圍壓變化曲線

圖2 巖心1應(yīng)力敏感系數(shù)擬合曲線

圖3 巖心2滲透率隨圍壓變化曲線

圖4 巖心2應(yīng)力敏感系數(shù)擬合曲線

從以上實驗結(jié)果中可以看出：

(1)2組巖樣的實驗結(jié)果變化趨勢一致，初始增壓過程中滲透率下降極快，當圍壓增加到20 MPa時滲透率降幅已經(jīng)超過20%，滲透率變化的臨界壓力均為10 MPa。

(2)卸壓過程中滲透率變化微小，應(yīng)力敏感性滯后現(xiàn)象嚴重，說明裂縫已經(jīng)發(fā)生塑性變形，滲透率無法大幅恢復。

(3)人工縫的應(yīng)力敏感系數(shù)介于0.82～0.93之間，天然縫的應(yīng)力敏感系數(shù)介于0.78～0.81之間，分布較為均勻，應(yīng)力敏感程度強。

(4)人工縫整體應(yīng)力敏感程度略高于天然縫，可能與人工縫的裂縫開度高于天然縫有關(guān)。

4. 裂縫角度與應(yīng)力敏感系數(shù)的關(guān)系分析

根據(jù)公式(1)的計算結(jié)果，進一步通過繪制了裂縫角度與應(yīng)力敏感系數(shù)的關(guān)系曲線圖，如圖5所示。

圖5 裂縫角度與應(yīng)力敏感系數(shù)關(guān)系曲線

圖5中可以發(fā)現(xiàn)，隨著裂縫角度的增加，其應(yīng)力敏感系數(shù)線性增加。

二、結(jié)論

(1)某地區(qū)某高溫、高壓裂縫型儲層應(yīng)力敏感系數(shù)介于0.75～0.95之間，分布較為均勻，且應(yīng)力敏感程度表現(xiàn)為強。

(2)卸壓過程的應(yīng)力敏感性滯后現(xiàn)象嚴重，裂縫產(chǎn)生塑性變形。

(3)人工縫整體應(yīng)力敏感程度略高于天然縫，與人工縫裂縫開度高于天然縫有關(guān)。

(4)隨著裂縫角度的增加，其應(yīng)力敏感系數(shù)呈線性增加。

[1]李飛飛. 應(yīng)力敏感性的實驗室研究[J]. 石化技術(shù),2015(7):101-142.

[2]李閩,喬國安,陳昊. 低滲砂巖儲層巖石應(yīng)力敏感實驗與理論研究[J]. 鉆采工藝,2006,29(4):91-93.

[3]李大奇,康毅力,游利軍. 碳酸鹽巖儲層滲透率應(yīng)力敏感性實驗研究[J]. 天然氣地球科學,2014,25(3):409-413.

[4]陽建平,劉志斌,喻曉琳,等. 基于隨機孔隙網(wǎng)絡(luò)模擬的滲透率應(yīng)力敏感機理[J]. 吉林大學學報(地球科學版),2017,7(2):626-632.

[5]張睿,寧正福,張海山,謝僉. 裂縫性致密儲層應(yīng)力敏感機理新認識[J]. 天然氣地球科學,2016,27(5):918-923.

[6]蘭林,康毅力,陳一健,楊建,等. 儲層應(yīng)力敏感性評價實驗方法與評價指標探討[J]. 鉆井液與完井液,2005,22(3):1-4.

[7]李傳亮,朱蘇陽. 關(guān)于應(yīng)力敏感測試方法的認識誤區(qū)[J]. 巖性油氣藏,2015,27(6):1-4.

[8]SY/T5358-2002儲層敏感性流動試驗評價方法[S].北京:石油工業(yè)出版社, 2002.

[9]李傳亮.儲層巖石的應(yīng)力敏感性評價方法[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā), 2006, 25(1): 40-42.