油氣儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)程度對(duì)地質(zhì)力學(xué)的影響規(guī)律

李燕 侯歡 肖倩 王歆 徐慧

摘要：為了研究油氣儲(chǔ)層在開(kāi)采過(guò)程中所引起的孔隙壓力變化特征對(duì)地質(zhì)力學(xué)所造成的影響。需要建立多個(gè)介質(zhì)彈性儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)模型，分析正應(yīng)力與剪應(yīng)力之間的關(guān)系，從而研究?jī)?chǔ)層壓力變化，對(duì)儲(chǔ)層附近的應(yīng)力所帶來(lái)的影響，恐懼壓力的變化會(huì)使斷層附近產(chǎn)生剪應(yīng)力，并且造成儲(chǔ)層地應(yīng)力場(chǎng)的大小發(fā)生明顯變化，在檢驗(yàn)應(yīng)力的影響下，低應(yīng)力的大小發(fā)生程度會(huì)呈現(xiàn)線性降低，低應(yīng)力方向也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角是孔隙壓力變化以及斷層夾角之間的函數(shù)關(guān)系，在充分考慮到脫水作用以后，儲(chǔ)層壓力的變化會(huì)對(duì)上面覆蓋層的地應(yīng)力造成一定的影響。

關(guān)鍵詞：油氣儲(chǔ)層;地質(zhì)力學(xué);影響規(guī)律

油氣田在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，隨著儲(chǔ)層內(nèi)流體的不斷被采出，孔隙壓力也會(huì)發(fā)生明顯變化，在注水井附近又會(huì)形成異常的高壓狀態(tài)。結(jié)合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明孔隙壓力變化對(duì)地應(yīng)力的變化尤為重要。因此在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，只有確保地應(yīng)力控制在合理范圍內(nèi)，才能夠確保鉆井的安全性。壓力衰竭游蕩實(shí)施增產(chǎn)作業(yè)時(shí)衰竭所引起的低應(yīng)力變化，會(huì)對(duì)裂縫的擴(kuò)展收支模型造成直接影響。假如低應(yīng)力發(fā)生劇烈變化，很有可能導(dǎo)致油氣藏邊緣的斷層激活，嚴(yán)重威脅到油田的開(kāi)采。因此加強(qiáng)對(duì)油氣田在開(kāi)采過(guò)程中合理控制儲(chǔ)層地應(yīng)力場(chǎng)的研究尤為重要。

1地質(zhì)特征

通過(guò)對(duì)油藏的地質(zhì)進(jìn)行分析，我國(guó)部分油藏的地質(zhì)特性均以席狀砂、壩砂為主，且地層的厚度變化不是特別大，地形也比較平穩(wěn)，通過(guò)利用電位曲線來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)地質(zhì)，可以看出地形中的幅度變化比較大。油藏的地質(zhì)特征比較復(fù)雜，而且開(kāi)發(fā)難度比較大，主要的開(kāi)發(fā)難點(diǎn)為：油層物性不理想，沒(méi)有自然產(chǎn)能，儲(chǔ)層之間相互聯(lián)系，施工難度大，在進(jìn)行油藏的開(kāi)發(fā)中，不僅要控制各個(gè)儲(chǔ)層之間的溝通，還要實(shí)現(xiàn)壓裂砂的支撐，由于在壓裂的過(guò)程中儲(chǔ)層慮失率比較大，會(huì)造成采收率低的情況，常規(guī)的注水方式會(huì)造成能耗增加的現(xiàn)象，并且受到經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，如果說(shuō)該油藏儲(chǔ)量比較少，要求布置井距必須要合理，只有這樣才能完成驅(qū)替壓差，但是在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)于井網(wǎng)和井距的確定難度比較大。

在油藏中主要的滲流機(jī)理就是體相流體和邊界流體，但是由于油藏中孔隙比較小，邊界流體所占的比例比較大。流體在巖石的空隙中往往會(huì)產(chǎn)生一些化學(xué)作用，對(duì)滲流規(guī)律造成很大的影響，油水在油層中進(jìn)行流動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)受到這些因素的影響而產(chǎn)生阻力。只有克服掉這些阻力，才能讓流體流動(dòng)起來(lái)，邊界流體往往會(huì)存在這些附加阻力，當(dāng)孔隙兩端的壓力達(dá)到一定數(shù)值以后，巖石孔隙中的流體才會(huì)進(jìn)行流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生啟動(dòng)壓力，想要克服啟動(dòng)壓力單純依靠自然產(chǎn)能是不可能完成的。

2儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)對(duì)儲(chǔ)層地應(yīng)力大小的影響

油氣田開(kāi)發(fā)會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層水平內(nèi)方向的低應(yīng)力發(fā)生明顯變化，通過(guò)對(duì)地應(yīng)力的研究可以看出游前在長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)過(guò)程中，地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生明顯改變。水平最小的地應(yīng)力變化量與孔隙度壓力變化相會(huì)呈現(xiàn)成正比例關(guān)系，儲(chǔ)層壓力降低水平，最小的地應(yīng)力也會(huì)呈現(xiàn)出下降區(qū)。對(duì)于不同邊界條件和地層性質(zhì)的郵政，可以建立單軸壓縮模型，結(jié)合相應(yīng)的比例系數(shù)分析研究結(jié)果。根據(jù)孔溪縣彈性理論的研究結(jié)果可以看出，儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)為均質(zhì)各向同性的底層單向壓縮，且忽略橫向變形的條件下水平對(duì)應(yīng)力的變化與空氣壓力會(huì)呈現(xiàn)出正比例關(guān)系。

3儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)對(duì)儲(chǔ)層地應(yīng)力方向的影響

通過(guò)對(duì)密閉斷層控制的油氣儲(chǔ)層進(jìn)行分析，如果斷層走向與原始的水平地應(yīng)力方向存在差異性，這會(huì)在斷層附近形成有曲的剪應(yīng)力。此時(shí)斷層地帶的低應(yīng)力方向不會(huì)與原來(lái)的低應(yīng)力方向保持一致，而且會(huì)形成一定的夾角，根據(jù)相應(yīng)的地穴質(zhì)力學(xué)模型分析油氣儲(chǔ)層在開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)地應(yīng)力方向的影響規(guī)律，其主要的模型包括儲(chǔ)層存在非滲透性斷層，另外在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中要忽略地層溫度的變化。

4低應(yīng)力對(duì)開(kāi)發(fā)的影響

地應(yīng)力對(duì)油田的開(kāi)發(fā)影響主要體現(xiàn)在凈網(wǎng)部署，注水管理和壓力改造等方面。由于我國(guó)部分油站的儲(chǔ)層物形下非均質(zhì)性較強(qiáng)，天然裂縫發(fā)育不完全，通過(guò)水力壓裂改造是其中的一種重要的增產(chǎn)措施，在進(jìn)行水利壓力過(guò)程中，人工壓裂的裂縫形態(tài)與延伸方向會(huì)受到地應(yīng)力狀態(tài)的控制。通常情況下，人工壓裂縫一般會(huì)垂直于最小主應(yīng)力的方向進(jìn)行分布。通過(guò)對(duì)第一應(yīng)力研究可以看出，地應(yīng)力狀態(tài)與壓力裂縫之間的關(guān)系。壓裂縫的形態(tài)會(huì)受到最大主應(yīng)力狀態(tài)的控制，因此人工壓力裂縫的走向與水平最大主應(yīng)力的方向一致。

裂縫強(qiáng)制閉合和快速反排會(huì)導(dǎo)致地層巖石的體積發(fā)生應(yīng)變。體積應(yīng)變是指巖石多孔介質(zhì)在變形過(guò)程中巖體的體積會(huì)發(fā)生改變，在流一固耦合滲流和變形模型間起著傳遞耦合的作用。利用數(shù)值模擬可以得出，地層最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力之間的差值，進(jìn)而可以確定進(jìn)行第2次施工的設(shè)計(jì)參數(shù)。

由于裂縫強(qiáng)制閉合和快速反排會(huì)對(duì)最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力的差值產(chǎn)生影響，在進(jìn)行裂縫強(qiáng)制閉合和快速反排后，地層中最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力的差值會(huì)變小，根據(jù)所得差值進(jìn)行人工裂縫優(yōu)化，繼續(xù)加砂可以實(shí)現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向。

通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明并結(jié)合儲(chǔ)層的實(shí)際特點(diǎn)，可以得出在一樣的地質(zhì)條件下，如果想要新裂縫轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)發(fā)揮得更好，充分發(fā)揮自身的作用，在進(jìn)行新裂縫轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該減少縫間距的影響，縮短人工裂縫和天然裂縫之間的距離，并且需要對(duì)施工的規(guī)模進(jìn)行擴(kuò)大，才能提高人工裂縫的波及范圍以及轉(zhuǎn)向功能，使人工裂縫和天然裂縫形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而提高油層中的滲流能力，在很大程度上能夠提高油井的開(kāi)采量。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，油氣儲(chǔ)層在長(zhǎng)期處在不平衡的狀態(tài)下會(huì)直接導(dǎo)致地層的孔隙壓力發(fā)生明顯改變，并且會(huì)進(jìn)一步造成促成低應(yīng)力大小和方向發(fā)生明顯變化，其中低應(yīng)力大小的變化幅度可以通過(guò)線性模型進(jìn)行計(jì)算而得出其敏感性和儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)和斷層封閉狀態(tài)等有著直接關(guān)系，因此在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，一定要控制好地層地應(yīng)力的改變，才能夠有效提高油田的開(kāi)采效率。

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