李傳亮

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

低滲透儲層很特殊嗎
——回應(yīng)竇宏恩先生

李傳亮

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

低滲透儲層存在許多錯(cuò)誤認(rèn)識，如巖石高壓縮性、強(qiáng)應(yīng)力敏感、啟動(dòng)壓力梯度和滑脫效應(yīng)。這些都是實(shí)驗(yàn)室里的結(jié)論，都沒有經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，都不是科學(xué)認(rèn)識，它們是由實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差所致。大量的生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)表明，低滲透儲層不存在強(qiáng)應(yīng)力敏感。泥巖烴源層中的油氣能夠運(yùn)移，說明啟動(dòng)壓力梯度并不存在。低滲透儲層其實(shí)并不特殊，與中高滲透儲層也沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是孔隙稍小、物性稍差、泥質(zhì)稍多、產(chǎn)能稍低而已。中高滲透儲層沒有出現(xiàn)的奇特現(xiàn)象，低滲透儲層也不會出現(xiàn)。

低滲透;油藏;巖石壓縮系數(shù);應(yīng)力敏感;啟動(dòng)壓力梯度

引 言

傳統(tǒng)的體積法測量的巖石壓縮系數(shù)呈現(xiàn)出邏輯反轉(zhuǎn)的規(guī)律，即低孔高壓縮和高孔低壓縮(Hall圖版)［1］，這顯然違背了固體力學(xué)的基本原理。筆者在文獻(xiàn)［2］中糾正了這一規(guī)律，并在文獻(xiàn)［3］中給出了巖石壓縮系數(shù)的測量新方法(彈性模量法)。新方法的測量結(jié)果已呈現(xiàn)出正確的邏輯關(guān)系，即低孔低壓縮和高孔高壓縮。

低滲透儲層還存在許多其他的錯(cuò)誤認(rèn)識，如啟動(dòng)壓力梯度、強(qiáng)應(yīng)力敏感和滑脫效應(yīng)等。然而，竇宏恩先生對筆者的觀點(diǎn)很不認(rèn)同，曾經(jīng)發(fā)文質(zhì)疑筆者的觀點(diǎn)［4－5］，筆者也曾做出過回應(yīng)［6－7］。竇先生最近又撰文質(zhì)疑筆者的觀點(diǎn)［8］，現(xiàn)就有關(guān)問題繼續(xù)做出回應(yīng)。

1 科學(xué)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)問題

竇先生在文獻(xiàn)［8］中提出了一個(gè)新的命題，即“實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，而哲學(xué)中認(rèn)為“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。實(shí)踐包括人類的生產(chǎn)活動(dòng)、社會活動(dòng)和科學(xué)試驗(yàn)，其中并沒有特別指明實(shí)驗(yàn)，而試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)是有區(qū)別的!試驗(yàn)是在原型上做的科學(xué)研究，實(shí)驗(yàn)是在模型上做的科學(xué)研究。一個(gè)認(rèn)識是否正確，可以直接通過生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行檢驗(yàn)，也可以通過科學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，但卻不能通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。開展科學(xué)試驗(yàn)的目的，是為了規(guī)避直接生產(chǎn)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。一般是先進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)成功之后再推廣到生產(chǎn)。油田上開辟生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)的目的就在于此。而實(shí)驗(yàn)則是在科學(xué)試驗(yàn)之前進(jìn)行的一種科學(xué)探索。由于實(shí)驗(yàn)條件與生產(chǎn)條件相差甚遠(yuǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一定可靠，也不能直接推廣到生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確必須通過科學(xué)試驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行檢驗(yàn)?；瘜W(xué)驅(qū)油的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)效果再好也不能立即推廣，必須通過一定的科學(xué)試驗(yàn)(先導(dǎo)試驗(yàn))證明確實(shí)有效之后才能夠推廣。事實(shí)證明，許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是錯(cuò)誤的，如Hall圖版和低滲透儲層的強(qiáng)應(yīng)力敏感等。竇先生的新命題顯然違背了哲學(xué)的基本原理。

筆者曾經(jīng)撰文認(rèn)為低滲透儲層不存在強(qiáng)應(yīng)力敏感、滲流過程不存在啟動(dòng)壓力梯度和滑脫效應(yīng)［9－11］，竇先生認(rèn)為這些認(rèn)識都沒有經(jīng)過任何的實(shí)踐檢驗(yàn)［8］，其實(shí)是竇先生不了解情況，筆者的這些認(rèn)識都直接來自于生產(chǎn)實(shí)踐，而不是來自于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)認(rèn)識需要生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，而實(shí)踐認(rèn)識則是直接被檢驗(yàn)過了的。例如，低滲透致密儲層生產(chǎn)過程中沒有出現(xiàn)地層垮塌和地表沉降現(xiàn)象，而高滲透疏松地層生產(chǎn)過程卻出現(xiàn)了地層垮塌和地表沉降現(xiàn)象［12－13］，因此，低滲透儲層不存在強(qiáng)應(yīng)力敏感是一個(gè)實(shí)踐結(jié)論，何談沒有被實(shí)踐檢驗(yàn)?而室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出的低滲透儲層存在強(qiáng)應(yīng)力敏感的結(jié)論，恰恰與生產(chǎn)實(shí)踐相違背，是沒有經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的認(rèn)識。

2 巖石的壓縮系數(shù)問題

竇先生在文獻(xiàn)［8］中認(rèn)為“巖石壓縮系數(shù)”與“巖石孔隙壓縮系數(shù)”不是同一個(gè)概念，而筆者并未說過它們是同一個(gè)概念!筆者在文獻(xiàn)［7］中認(rèn)為，巖石有9個(gè)壓縮系數(shù)，孔隙體積的壓縮系數(shù)只是其中之一。但是，油藏工程只使用孔隙壓縮系數(shù)，另外8個(gè)都不使用，因此，在這種情況下人們才把孔隙體積的壓縮系數(shù)直接稱為巖石壓縮系數(shù)，這么做并不會產(chǎn)生混亂，而且也是為了簡潔和與流體壓縮系數(shù)相對應(yīng)。

筆者曾經(jīng)建立了巖石孔隙體積的壓縮系數(shù)與骨架壓縮系數(shù)以及孔隙度之間的關(guān)系式［2］:

式中:φ為巖石的孔隙度;cp為孔隙壓縮系數(shù)，MPa－1;cs為骨架壓縮系數(shù)，MPa－1。

分別由下式定義:

式中:p為巖石的孔隙壓力，MPa;σs為骨架應(yīng)力，MPa;Vp為孔隙體積，m3;Vs為骨架體積，m3。

竇先生認(rèn)為筆者提出的式(1)不正確，他在文獻(xiàn)［4］中給出的關(guān)系式(8)才是正確的，即:

筆者在回應(yīng)文章中未對式(4)進(jìn)行評價(jià)［6］，竇先生質(zhì)疑為何不評價(jià)［8］，現(xiàn)在分析一下式(4)的錯(cuò)誤。

式(4)中的cf定義如下:

式中:Vb為巖石的外觀體積，m3。

竇先生認(rèn)為cf是指在圍壓不變的情況下，單位巖石體積在壓力變化一個(gè)壓力單位時(shí)孔隙體積的變化率(單位為MPa－1)。式(5)定義的cf是外觀體積的變化率［4］，而非竇先生所認(rèn)為的孔隙體積的變化率。其實(shí)，式(5)定義的巖石壓縮系數(shù)應(yīng)該用符號cbp表示，即巖石外觀體積對孔隙壓力的壓縮系數(shù)。cf在油層物理中完全是另外一個(gè)概念［14－15］。

由于巖石的3個(gè)體積滿足下面的關(guān)系式:

因此，竇先生得出下式:

式中:csp為巖石骨架體積對孔隙壓力的壓縮系數(shù)，MPa－1。

由下式定義:

竇先生由式(7)得出下式:

然后又引用下式:

竇先生認(rèn)為式(10)引自斯坦福大學(xué)教授Gary Mavko、Tapan Mukerji和 Jack Dvorikin的著作《巖石物理手冊》，可是竇先生文章中的參考文獻(xiàn)［9］并不是該著作［4］，不知引自何處?

竇先生認(rèn)為式(10)中的cpp為在孔隙壓力不變情況下單位巖石孔隙體積的壓縮系數(shù)，現(xiàn)在需要確定什么是單位孔隙體積的壓縮系數(shù)?壓縮系數(shù)一般定義為單位壓力的體積變化率。竇先生沒有給出壓縮系數(shù)cpp的定義式，筆者不便猜測。但按照式(8)中csp的定義方式，cpp的第1個(gè)下標(biāo)p應(yīng)代表孔隙體積，第2個(gè)下標(biāo)p應(yīng)代表孔隙壓力，可竇先生認(rèn)為孔隙壓力不變，不知cpp該如何計(jì)算?

竇先生認(rèn)為式(10)中的cs為巖石骨架的壓縮系數(shù)，也是沒有給出定義，不知是哪個(gè)壓縮系數(shù)，因?yàn)楣羌艿膲嚎s系數(shù)有3個(gè)，但從符號分析應(yīng)該為本文式(3)定義的壓縮系數(shù)。

在引用式(10)后，竇先生又引用了下式［4］:

由式(10)和式(11)直接得出了上面的式(4)。既然由引用的式(10)和式(11)可以得出式(4)，竇先生給出式(5)～(9)又有何用?

根據(jù)前面的分析，cpp應(yīng)該與cp為同一個(gè)壓縮系數(shù)，這樣一來式(11)就完全錯(cuò)誤了。

竇先生在摘要中認(rèn)為“巖石的壓縮系數(shù)較巖石孔隙體積壓縮系數(shù)小”［8］，這種說法有何依據(jù)?巖石有多個(gè)壓縮系數(shù)，有比孔隙壓縮系數(shù)大的，也有比孔隙壓縮系數(shù)小的，卻不能一概而論!

3 啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感問題

筆者否定啟動(dòng)壓力梯度的存在是按照科學(xué)研究的基本原則行事的，“科學(xué)不允許有例外”是科學(xué)研究的基本原則，若某個(gè)理論存在一個(gè)例外，這個(gè)理論即可被否定［16－18］。

如果說低滲透儲層中的流體流動(dòng)需要啟動(dòng)壓力梯度，那么滲透率更低的泥巖地層中的啟動(dòng)壓力梯度數(shù)值會更大，流體更加不可能流動(dòng)，可是泥巖烴源層生成的油氣順利運(yùn)移進(jìn)入了儲集層，說明泥巖沒有啟動(dòng)壓力梯度，砂巖更加不可能有。竇先生認(rèn)為油氣運(yùn)移是一種學(xué)說、而不是理論［8］，不知油氣運(yùn)移之說來自哪里?愛因斯坦的學(xué)說也不能稱為理論嗎?

竇先生認(rèn)為筆者沒有證明啟動(dòng)壓力梯度不存在的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說明竇先生還不了解科學(xué)研究的基本方法，大自然把試驗(yàn)研究都做好了，筆者還有必要再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究嗎?竇先生認(rèn)為大量的國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了啟動(dòng)壓力梯度的存在［8］，可這也僅僅是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還沒有被科學(xué)試驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐所檢驗(yàn)，怎么能夠算得上是科學(xué)認(rèn)識呢?

筆者在文獻(xiàn)［6］中認(rèn)為“儲層巖石的應(yīng)力敏感與巖石的壓縮性密切相關(guān)，若巖石為剛體不可壓縮，就不可能產(chǎn)生變形，也就不可能存在應(yīng)力敏感”。竇先生認(rèn)為筆者假設(shè)“巖石為剛體不可壓縮”的條件不符合油藏開發(fā)實(shí)際［8］，難道筆者是認(rèn)為地下的巖石為剛體不可壓縮嗎?

竇先生認(rèn)為“目前許多油井都實(shí)施超前注水，降低了應(yīng)力敏感的影響，使低滲透油藏遞減減緩，不正是說明了低滲透儲層有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性?”現(xiàn)在要問竇先生的是，全世界的注水開發(fā)油藏甚多，都因?yàn)樽⑺巩a(chǎn)量遞減減緩，是不是所有注水開發(fā)的油藏都有極強(qiáng)的應(yīng)力敏感?

筆者認(rèn)為“疏松高滲透強(qiáng)應(yīng)力敏感儲層的開發(fā)，將出現(xiàn)地層垮塌和地表下沉現(xiàn)象”，竇先生認(rèn)為這是錯(cuò)誤認(rèn)識，并認(rèn)為“地層垮塌、地表下沉與諸多因素有關(guān)，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、采出地下過量物質(zhì)都會造成垮塌和下沉”［8］，竇先生的諸多因素其實(shí)只有2個(gè):區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力和采出地下過量物質(zhì)。油藏短時(shí)間的開采過程中，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力基本保持不變，顯然不是應(yīng)力敏感的主要因素，因此，采出地下過量物質(zhì)就是唯一的影響因素了，這個(gè)觀點(diǎn)與筆者完全相同，筆者也一直在認(rèn)為因?yàn)椴沙鲇筒亓黧w而導(dǎo)致地層壓力的下降，進(jìn)而導(dǎo)致地層垮塌和地表沉降。

其實(shí)，應(yīng)力敏感并不會影響油井的產(chǎn)量，相反還有利于驅(qū)油，因?yàn)榭紫侗仨毎哑渲械挠蜌馀懦鲋蟛拍軌嚎s，才能出現(xiàn)所謂的應(yīng)力敏感，因此，那種認(rèn)為應(yīng)力敏感對生產(chǎn)不利的觀點(diǎn)是極其錯(cuò)誤的［12］。竇先生認(rèn)為筆者將“流體”和“流體流動(dòng)”混淆［8］，而筆者何時(shí)將二者混淆了?

竇先生認(rèn)為開發(fā)壓裂是為了降低啟動(dòng)壓力梯度［8］，但是裂縫在地層中的延伸范圍十分有限，裂縫外面地層的啟動(dòng)壓力梯度會因?yàn)閴毫讯兴档蛦?

筆者在文獻(xiàn)［6］中認(rèn)為“低滲透儲層的自然產(chǎn)能低，不壓裂也能出油”，而竇先生卻反駁“若不壓裂，無論等待多長時(shí)間，都不可能出現(xiàn)工業(yè)油流”［8］，竇先生的反駁與筆者的觀點(diǎn)沒有任何交集——筆者認(rèn)為能出油，而竇先生說的工業(yè)油流。

竇先生說筆者認(rèn)為“低滲透儲層開發(fā)無應(yīng)力敏感性”［8］，筆者并未說過低滲透儲層無應(yīng)力敏感性，而是“低滲透儲層不存在強(qiáng)應(yīng)力敏感”［9］。

4 結(jié)束語

低滲透儲層其實(shí)并不特殊，與中高滲透儲層也沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是孔隙稍小、物性稍差、泥質(zhì)稍多、產(chǎn)能稍低而已，通過壓裂提高單井產(chǎn)能，通過井網(wǎng)優(yōu)化提高波及，通過水質(zhì)控制降低水敏和堵塞，是低滲透油藏開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。至于滑脫效應(yīng)、巖石壓縮性和應(yīng)力敏感、啟動(dòng)壓力梯度等研究內(nèi)容，對開發(fā)工作毫無意義，而且還會誤導(dǎo)低滲透儲層的開發(fā)實(shí)踐。

其實(shí)，低滲透儲層與中高滲透儲層之間的界限是十分模糊的，而且還經(jīng)常變化，中高滲透儲層開發(fā)過程中沒有出現(xiàn)的奇特現(xiàn)象，低滲透儲層也不會出現(xiàn)，像滑脫效應(yīng)、巖石強(qiáng)壓縮性和強(qiáng)應(yīng)力敏感、啟動(dòng)壓力梯度等，都屬于實(shí)驗(yàn)假象，是研究過程中出現(xiàn)的偏差，應(yīng)當(dāng)及時(shí)糾正，讓科學(xué)研究回到理性的軌道上來。

［1］Hall H N.Compressibility of reservoir rocks［J］.Trans，AIME，1953，(198):309 －311.

［2］李傳亮.巖石壓縮系數(shù)與孔隙度的關(guān)系［J］.中國海上油氣(地質(zhì))，2003，17(5):355 －358.

［3］李傳亮.巖石壓縮系數(shù)測量新方法［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2008，27(3):53 －54.

［4］竇宏恩.質(zhì)疑不存在啟動(dòng)壓力之觀點(diǎn)［J］.特種油氣藏，2009，16(1):53 －57.

［5］竇宏恩，白喜俊.低滲透和高滲透儲層都存在應(yīng)力敏感性［J］.石油鉆采工藝，2009，31(2):121－124.

［6］李傳亮.應(yīng)科學(xué)看待低滲透儲集層——回應(yīng)竇宏恩先生［J］.特種油氣藏，2009，16(4):97－100.

［7］李傳亮.低滲透儲層存在強(qiáng)應(yīng)力敏感嗎?——回應(yīng)竇宏恩先生［J］.石油鉆采工藝，2010，32(1):121－126.

［8］竇宏恩.正確對待巖石孔隙壓縮系數(shù)是認(rèn)識低滲透儲層的基礎(chǔ)［J］.特種油氣藏，2010，17(5):119－122.

［9］李傳亮.低滲透儲層不存在強(qiáng)應(yīng)力敏感［J］.石油鉆采工藝，2005，27(4):61 －63.

［10］李傳亮，楊永全.啟動(dòng)壓力其實(shí)并不存在［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30(3):167 －170.

［11］李傳亮.滑脫效應(yīng)其實(shí)并不存在［J］.天然氣工業(yè)，2007，27(10):85 －87.

［12］李傳亮，涂興萬.儲層巖石的2種應(yīng)力敏感機(jī)制［J］.巖性油氣藏，2008，20(1):111 －113.

［13］ Sulak R M，Danielsen J.Reservoir aspects of Ekofisk subsidence［J］.JPT，1989，41(7):709 －716.

［14］何更生.油層物理［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1994:23－25.

［15］李傳亮，姚淑影，李冬梅.油藏工程該使用哪個(gè)巖石壓縮系數(shù)? ［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(2):182－184.

［16］李傳亮，張學(xué)磊.對低滲透儲層的錯(cuò)誤認(rèn)識［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(6):177－180.

［17］李傳亮.啟動(dòng)壓力梯度真的存在嗎?［J］.石油學(xué)報(bào)，2010，31(5):867 －870.

［18］李傳亮.動(dòng)邊界其實(shí)并不存在［J］.巖性油氣藏，

2010，22(3 ):121 －123.

Are low permeability reservoirs very special—— Reply to Mr．Dou Hong －en

LI Chuan－liang
(State Key Laboratory of Oil＆Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan610500，China)

There are many misunderstandings about low permeability reservoirs，such as high rock compressibility，strong stress sensitivity，threshold pressure gradient and slippage effect，which all are misleading laboratory conclusions，not verified by practice，not scientific cognitions and resulted from experimental errors．A great quantity of production practice has manifested that low permeability reservoirs are not subjected to strong stress sensitivity．Oil and gas can migrate in mudstone source rock，meaning that threshold pressure gradient does not exist at all．In fact，low permeability reservoirs are not special and have no essential difference with medium －h(huán)igh permeability reservoirs except for lower porosity，poorer physical property，more shale content，and lower productivity．The peculiar phenomena not seen in medium － high permeability reservoirs also will not appear in low permeability reservoirs．

low permeability;reservoir;rock compressibility;stress sensitivity;threshold pressure gradient

TE311

A

1006－6535(2011)05－0131－04

20101112;改回日期20110314

李傳亮(1962－)，男，教授，1983年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院油氣田開發(fā)工程專業(yè)，2000年畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)流體力學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油藏工程教學(xué)和科研工作。

編輯 姜 嶺