低滲透油藏應力敏感評價新方法

許 濤，黃海龍，修德艷，康海軍，孫紅桃

(中油冀東油田分公司，河北 唐山 063006)

引 言

應力敏感評價標準中實驗條件與實際油藏條件存在較大差距，無法滿足現場生產要求。SY/T5358-2002[1]與 SY/T5358-2010[2]中有關應力敏感評價提出2種實驗方式，但實驗條件是否與實際油藏匹配未做任何說明。蘭林、康毅力等[3]指出行業標準沒有充分考慮油氣藏原始地應力情況;郭平[4]指出油氣藏開發過程無法改變上覆壓力，變化的僅僅是地層壓力;羅瑞蘭、程林松等人[5]認為巖石應力變化過程分為3個階段，不同階段的規律不同，所以應力敏感實驗應建立在油藏條件上才具有意義[6-9]。

高深南沙三2+3油藏位于南堡凹陷高尚堡油田深層，屬于低孔、低滲巖性構造油藏，埋藏深度為3 200～3 800 m，構造類型為潛山披覆背斜，扇三角洲沉積相，平均孔隙度為16.3%，平均滲透率為30×10-3μm2，為常規稀油油藏。該區塊采出程度僅為7.66%，采油速度為0.23%，綜合含水為80.1%，自然遞減率達到37.69%，地層壓力存在不同程度的降低，局部地區無法注進采出，壓裂增產效果變差。以高深南區沙三2+3油藏為例，對應力敏感作出分析，并與行業標準實驗結果對比，證明了后者存在缺陷。

1 等效壓力計算

根據Terzaghi有效應力原理，可得:

式中:p上覆為地層上覆壓力，MPa;A為巖石面積，m2;p孔為孔隙壓力，MPa;σ為巖石骨架應力，MPa;φ為孔隙度。

將式(1)化簡并轉化到實驗室條件下:

式中:p圍為實驗條件下圍壓，MPa;p回為地層壓力或驅替回壓，MPa;p等為等效壓力，MPa。

2 地層上覆壓力計算

地層上覆壓力大小受各層巖石密度的影響，常用的方法有密度測井法、聲波測井法和地震法等。針對老油田，采用經驗公式法[10]:

式中:a為上覆壓力梯度系數，取值范圍為0.020 6～0.027 5;Hz為油藏中深，m。

高深南區沙三2+3油藏上覆壓力梯度系數取0.022 0，以油層中深為3 600 m計算得到上覆地層壓力為79.2 MPa。

3 實驗數據與處理

選取無油層缺失的2口取心井，共鉆取巖樣36塊，測得驅替回壓為0.2 MPa，圍壓為2～40 MPa，選取具有代表性的10塊巖心繪制滲透率隨圍壓變化曲線(圖1)。

圖1 滲透率隨圍壓變化曲線

圖2 滲透率比值隨等效壓力變化曲線

利用式(2)將圖1中滲透率—圍壓曲線轉化成滲透率比值(該實驗條件下滲透率與初始滲透率之間的比值)—等效壓力曲線(圖2)。由圖2可知應力敏感性很強，但實際上并非如此。巖樣從地層取至地面，經歷了上覆壓力與孔隙壓力的泄壓與釋放，巖心顆粒間因接觸所受到的擠壓力變得非常小，孔隙結構發生了較大變化。巖心經過切割、鉆樣，放入孔-滲聯測儀內加載圍壓后，再加載非常小的驅動壓力，就會出現滲透率急劇下降的現象。在油藏開發過程中，受應力敏感因素影響，當上覆壓力保持不變、孔隙壓力降低時，會引起滲透率的降低，從而影響產能。所以應力敏感實驗過程也應保持與上覆壓力一致的圍壓，而行業標準 SY/T5358-2002/2010對實驗圍壓與驅動壓力是否與油藏條件一致無強制規定。

前人研究認為低滲透油藏應力敏感性很強，不同滲透率級別應力敏感變化規律不同，因此，作出等效壓力為40 MPa條件下滲透率與最小滲透率比值的散點圖(圖3)。由圖3可知，最小滲透率比值存在明顯區間性:滲透率在10×10-3μm2以下，最小滲透率比值分布范圍較大，為0.30～0.65，平均為0.45，其主要原因是受泥質含量、膠結方式、顆粒接觸關系等的影響[5]，特低滲儲層孔隙結構復雜，呈現多樣性，也有可能與測試時未消除啟動壓力梯度有關;滲透率為10×10-3～50×10-3μm2時，最小滲透率比值為0.7左右;滲透率為50×10-3μm2以上時，最小滲透率比值為0.8左右。

圖3 等效壓力40MPa下滲透率比值與初始滲透率

將圖2中處理后的實驗數據按照初始滲透率大小分類平均，得到不同滲透率級別下滲透率比值與等效壓力的散點圖，采用冪函數擬合，擬合效果較好(圖4)。

4 應力敏感評價

4.1 行業標準應力敏感評價方法

SY/T5358-2010行業標準中有效壓力下巖心滲透率變化率公式為:

式中:Ki為初始滲透率，μm2;Kn為第n次凈壓力下巖心滲透率，μm2;Dstn為滲透率變化率;Dst為最大巖心滲透率損害率。

圖4 滲透率比值隨等效壓力變化曲線

依據行業標準規定將圖4中第1個等效壓力點的滲透率作為初始滲透率，計算得到最大巖心滲透率損害率在第6個等效壓力點。

4.2 應力敏感評價新方法

沙三2+3油藏原始地層壓力為39.6 MPa，上覆壓力為79.2 MPa，由圖4中擬合公式計算得到上覆壓力79.2 MPa條件下不同地層壓力對應的滲透率比值(圖5)。圖5中粉色線右側為實驗數據點，粉色虛線對應的點為油藏原始壓力條件下滲透率比值，粉色虛線左側是油藏壓力下降后滲透率比值變化趨勢，可知實驗數據點均不在油藏范圍內，進一步說明按照行業標準的的應力敏感實驗所得到的滲透率變化規律無法代表油藏開發過程中的變化規律。

圖5 上覆壓力79.2MPa條件下滲透率比值變化曲線

4.3 結果分析

采用行業標準SY/T5358-2010中應力敏感評價指標進行評價，等效壓力計算得到該油藏條件下地層壓力下降到0 MPa時，滲透率損害率為4.9% ～13.5%，屬于弱到無;而采用行業標準計算得到滲透率損害率為20.2% ～48.2%，應力敏感為中等偏弱(表1)。2種分析方法評價結果差異較大，證明行業標準中規定的實驗條件與油藏條件相差較大，存在缺陷。

表1 應力敏感評價結果

行業標準SY/T5358-2010相比SY/T5358-2002有較大改進，但仍然存在缺陷:①標準中承認存在不可逆滲透率損害，已說明巖石儲層在一定條件下發生非彈性形變，同時也承認了恒定回壓變圍壓實驗結果與實際油藏存在一定差距，但仍然保留在標準之中;②標準中雖然說明了可根據油藏實際情況選擇凈壓力或有效壓力點，但未強制規定油藏上覆壓力和油藏壓力為實驗圍壓和驅替回壓;③在低滲透儲層滲透率測試時，應測試多個不同驅替速度下的壓差，以消除啟動壓力梯度或其他因素對滲透率的影響;④在計算巖心滲透率變化率時，初始凈壓力的概念未做明確規定，未指出是油藏上覆壓力和地層壓力條件下的凈壓力。

5 結論和建議

(1)特低滲、低滲與中滲儲層應力敏感規律差異較大，說明了儲層非均質性較強的油藏應力敏感評價需要分類研究。

(2)行業標準SY/T5358-2002和SY/T5358-2010對應力敏感評價的實驗方法與油藏生產規律差異太大，無法指導生產，主要原因是在現場取心時巖心內部骨架應力已經釋放，不恢復油藏條件的應力場而直接進行實驗所得到的結果，缺少合理性。

(3)等效壓力雖然能夠將現有實驗數據轉換到油藏條件下，但該擬合公式預測結果存在一定風險，最好應用恢復到油藏條件下的應力敏感實驗才具有指導意義。

[1]朱斌，羅蔓莉，張建國，等.SY/T5358—2002儲層敏感性流動實驗評價方法[S].國家經濟貿易委員會，2002:9-11.

[2]曲巖濤，房會春，朱健，等.SY/T5358—2010儲層敏感性流動實驗評價方法[S].國家能源局，2010:18-21.

[3]蘭林，康毅力，陳一健，等.儲層應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.

[4]郭平，徐永高，陳召佑，等.對低滲氣藏滲流機理實驗研究的新認識[J]. 天然氣工業，2007，27(7):86-88.

[5]羅瑞蘭，程林松，李熙喆，等.低滲透儲層巖石覆壓實驗變形特征分析[J].天然氣工業，2009，29(9):46-49.

[6]朱賀，汪佳，施坤，等.泥巖裂縫性儲層應力敏感性實驗研究[J].科學技術與工程，2011，35(11):8862-8864.

[7]田巍，朱維耀，朱華銀，等.致密砂巖啟動壓力測試中圍壓模式的優選[J].特種油氣藏，2014，21(2):107-110.

[8]蔡明金，陳方毅，張利軒，等.考慮啟動壓力梯度低滲透油藏應力敏感模型研究[J].特種油氣藏，2008，15(2):69-72.

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[10]李志明，張金珠.地應力與油氣勘探開發[M].北京:石油工業出版社，1997:121-126.