李明軍，蘇崇華，劉雙棋，楊志興

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江524057)

低滲巖芯應(yīng)力敏感性升降法實(shí)驗(yàn)研究

李明軍，蘇崇華，劉雙棋，楊志興

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江524057)

研究了低滲巖芯的應(yīng)力敏感性，即油氣層的滲透率隨有效應(yīng)力的變化而發(fā)生改變的現(xiàn)象。在巖芯常規(guī)孔隙度、滲透率測(cè)試的基礎(chǔ)上，對(duì)CQ油田某區(qū)塊柱塞巖芯分別進(jìn)行變內(nèi)壓恒外壓和變外壓恒內(nèi)壓測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，變內(nèi)壓恒外壓更符合油田開發(fā)的實(shí)際，隨多次應(yīng)力敏感次數(shù)的增加，應(yīng)力敏感性變?nèi)?，甚至趨于一個(gè)極限。

低滲巖芯;應(yīng)力敏感;滲透率;特低滲透;有效應(yīng)力

油氣田開發(fā)前，儲(chǔ)層中巖柱壓力(外壓)、儲(chǔ)層壓力(流體內(nèi)壓)以及巖石骨架所承受的壓力(外壓與內(nèi)壓之差)處于平衡狀態(tài)［1－7］。油氣田投入開發(fā)后，隨著流體的采出，儲(chǔ)層壓力下降，凈上覆巖層壓力升高，孔隙介質(zhì)被壓縮變形，產(chǎn)生損害低滲透氣藏滲透率的壓敏效應(yīng)。一方面，壓敏效應(yīng)使儲(chǔ)集層被壓縮，而最先被壓縮閉合的是喉道以及狹窄的孔隙?？紫兑约昂淼榔骄霃捷p微減小將引起儲(chǔ)層滲透率顯著降低，因此巖芯滲透率會(huì)隨著有效應(yīng)力的增大而降低。隨著閉合的喉道數(shù)增加，滲透率傷害程度相應(yīng)增大，但是巖石的壓縮量也不是無限的，壓縮到一定程度之后，剩下的多為不易閉合的喉道，所以滲透率傷害程度逐漸減緩。另一方面，孔隙介質(zhì)變形，使依附在孔壁上的松散顆粒脫落，在孔隙中運(yùn)移并在狹窄孔隙或喉道處堆集，造成堵塞，使儲(chǔ)層滲透性降低。

1 實(shí)驗(yàn)原理

首先準(zhǔn)確測(cè)定出巖芯孔隙體積，將巖芯飽和煤油，在巖芯夾持器內(nèi)建立兩個(gè)相互獨(dú)立的靜水壓力系統(tǒng)，即圍壓和內(nèi)壓。其中圍壓模擬地層巖樣所承受的上覆巖石所產(chǎn)生的覆蓋壓力，內(nèi)壓則模擬油藏流體的壓力，大小由回壓閥控制。在測(cè)定時(shí)，通過改變圍壓或內(nèi)壓而改變有效應(yīng)力，在每個(gè)壓力點(diǎn)測(cè)定滲透率。測(cè)定完后再改變有效應(yīng)力進(jìn)行下一壓力點(diǎn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T6385—1999覆壓下巖石孔隙度和滲透率測(cè)定方法。

2 實(shí)驗(yàn)條件、方法及巖芯

實(shí)驗(yàn)的工作介質(zhì)為煤油。實(shí)驗(yàn)中固定圍壓25 MPa。實(shí)驗(yàn)溫度49℃、原始地層壓力11 MPa。實(shí)驗(yàn)測(cè)試采用兩種方法，即按變圍壓和定圍壓測(cè)試應(yīng)力敏感。變內(nèi)壓恒外壓測(cè)試，進(jìn)行四升四降測(cè)試。由于各區(qū)塊原始地層壓力均較低，因此為了取得較多的測(cè)試點(diǎn)數(shù)，圍壓恒定為25 MPa，內(nèi)壓從20 MPa左右下降到2～3 MPa后再恢復(fù)。變外壓恒內(nèi)壓測(cè)試，在地層溫度下，按流體壓力一定，圍壓逐漸上升并下降進(jìn)行四升四降測(cè)試。實(shí)驗(yàn)選擇不同類型巖芯5塊(見表1)。實(shí)驗(yàn)參照SY/T5358-2002儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法和SY/T6385-1999覆壓下巖石孔隙度和滲透率測(cè)定方法。

表1 巖芯參數(shù)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 變內(nèi)壓恒外壓測(cè)試

從5塊巖芯中選取有代表性的相對(duì)中滲巖芯2#，測(cè)試其滲透率的相對(duì)變化與凈有效上覆壓力之間的變化關(guān)系(見圖1)。其中K0為原始地層條件下滲透率，K為某一地層壓力下巖石的滲透率。

從圖1可以看出，在四次降內(nèi)壓過程中，巖芯滲透率相對(duì)值隨凈有效上覆壓力的升高而逐漸降低，且隨凈有效覆蓋壓力的增大，滲透率相對(duì)值下降的幅度逐漸變小，趨于恒定，說明此時(shí)凈有效覆蓋壓力對(duì)滲透率的影響達(dá)到了極限。而在每次升內(nèi)壓過程中，巖芯滲透率相對(duì)值隨凈有效覆蓋壓力的下降而逐漸增大，但不能恢復(fù)到原始地層滲透率值;在凈有效覆蓋壓力開始減小時(shí)，滲透率相對(duì)值增大的幅度最小。這種現(xiàn)象說明地層發(fā)生了不可逆形變，從而導(dǎo)致滲透率發(fā)生部分不可逆變化。同時(shí)，由于滲透率滯后效應(yīng)，每次升降壓過程中，在同一凈有效覆蓋壓力的作用下，巖芯升內(nèi)壓時(shí)的滲透率相對(duì)值低于降內(nèi)壓時(shí)的值。從圖2還可以看出，隨著升降次數(shù)的增加，同一巖芯滲透率相對(duì)值的變化越來越小，滲透率滯后效應(yīng)也越來越弱。到第3次升降壓時(shí)，巖芯滲透率相對(duì)值基本不再隨升降次數(shù)而變化。這主要是由于當(dāng)凈有效覆蓋壓力達(dá)到一定值時(shí)，基質(zhì)中巖石顆?？康暮芙?，隨凈有效覆蓋壓力連續(xù)升降，巖石形變趨于極限，巖芯的滲透率趨于恒定。對(duì)于不同地層，由于巖石的礦物種類和組成不同，其影響程度也將不同。其它幾塊巖芯測(cè)試也得到類似的結(jié)論。

3.2 變外壓恒內(nèi)壓測(cè)試

在地層溫度下，按流體壓力一定，圍壓逐漸上升并下降進(jìn)行四升四降測(cè)試滲透率相對(duì)值與凈有效覆蓋壓力之間的關(guān)系，選取代表性較好的2#巖芯進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見圖2。

從圖2可以看出，變外壓恒內(nèi)壓測(cè)試與變內(nèi)壓恒外壓測(cè)試得到的巖芯滲透率變化規(guī)律是一致的。巖芯滲透率相對(duì)值隨凈有效上覆壓力的增大而減小，且隨著凈有效覆蓋壓力的逐漸增大，滲透率相對(duì)值下降的幅度逐漸變小;在每次升壓后進(jìn)行的降壓過程中，滲透率相對(duì)值隨凈有效上覆壓力的下降而逐漸升高，但不能恢復(fù)到原始的滲透率值，在凈上覆有效壓力開始減小的瞬間，滲透率相對(duì)值增大的幅度最小;巖芯同樣表現(xiàn)出明顯的滲透率滯后效應(yīng)，即在同一凈有效上覆壓力下，有效上覆壓力降低過程的滲透率相對(duì)值低于有效上覆壓力增大的滲透率相對(duì)值;隨著凈有效上覆壓力升降次數(shù)的增加，滲透率相對(duì)值變化越來越小。

3.3 變內(nèi)壓恒外壓與變外壓恒內(nèi)壓對(duì)比

對(duì)相對(duì)高、中、低滲的3塊巖芯，用兩種測(cè)試方法得到的滲透率相對(duì)值隨凈有效上覆壓力變化規(guī)律見圖3。從圖3可知，三塊巖芯滲透率相對(duì)值隨凈有效上覆壓力變化的規(guī)律基本一致，隨凈有效上覆壓力的增大而減小;當(dāng)升降壓力次數(shù)相同時(shí)，滲透率相對(duì)較高的巖芯(1#巖芯)，兩種測(cè)試方法得到的結(jié)果相差較大;而對(duì)于滲透率相對(duì)中等和較低的巖芯(2#、4#巖芯)，兩種測(cè)試方法得到的結(jié)果相差不太大。

4 結(jié)論

1)巖芯滲透率均隨有效應(yīng)力的升高而逐漸降低，且在有效應(yīng)力增加的早期，滲透率下降幅度相對(duì)比較大，而在增加的后期，下降幅度相對(duì)比較小。當(dāng)有效應(yīng)力增加到一定程度或升降次數(shù)足夠多時(shí)，滲透率趨于不變，此時(shí)有效應(yīng)力的變化對(duì)滲透率的影響已經(jīng)到了極限。

2)巖石卸壓以后，滲透率有一定程度的恢復(fù)但不能恢復(fù)到其原始值，即滲透率發(fā)生部分不可逆變化。

3)存在滲透率滯后效應(yīng)，即在同一有效應(yīng)力的作用下，有效應(yīng)力降低過程巖樣的滲透率值低于有效應(yīng)力增加過程的滲透率值。

4)變外恒內(nèi)測(cè)試與變內(nèi)恒壓測(cè)試兩種方法得到的巖芯滲透率的變化規(guī)律是一致的。但兩種方法的結(jié)果存在一定差異，即變內(nèi)恒外測(cè)試表現(xiàn)出的應(yīng)力敏感更強(qiáng)，更接近真實(shí)地層情況;且滲透率越大，兩種測(cè)試方法得到的結(jié)果差異越大。

［1］代平，孫良田.低滲透砂巖儲(chǔ)層孔隙度、滲透率與有效應(yīng)力關(guān)系研究［J］.天然氣工業(yè)，2006，26(5):93－95.

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Lifting-Method Experimental Study on Stress Sensitivity of Low-Permeability Core

LI Ming-jun，SU Chong-hua，LIU Shuang-qi，YANG Zhi-xing
(Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Zhanjiang 524057，Guangdong，China)

Stress sensitivity refers to the reservoir permeability change with the effective stress.Based on the conventional core porosity and permeability tests，we developed Change Inside Pressure＆Keep Outside Pressure Test method on five piston cores from CQ Oilfield.Experimental results show that Change Inside Pressure Test is more in accordance with actual oilfield development.With the increase of stress-sensitive number，variable stress sensitivity becomes weaker，and even tends to a limit.

low-permeabilitycore;stresssensitivity;permeability;extralowpermeability;effective stress

TE348

B

1008-9446(2011)01-0001-03

2010-11-25

李明軍(1979－)，男，河南武陟人，中海石油(中國)有限公司湛江分公司研究院工程師，碩士，主要研究方向?yàn)橛蜌獠毓こ獭?/p>