室內試驗研究儲層應力敏感性

林琳，陳琳琳，路小兵，李玲，李文麗，蔣紅梅

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500）

室內試驗研究儲層應力敏感性

林琳，陳琳琳，路小兵，李玲，李文麗，蔣紅梅

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500）

靖邊氣田自2003年大規模產建結束后，達到一定生產能力，近十幾年的規模生產，地層壓力下降幅度較大，隨著地層壓力的降低，在上覆巖層壓力不變的情況下，儲層巖石受到的凈有效上覆壓力增加，進而造成儲層孔隙度和滲透率隨之變化，本文通過室內試驗，研究靖邊氣田儲層的應力敏感，為進一步進行產能評價提供依據。

應力敏感；圍壓；孔隙度；滲透率

應力敏感是指隨著氣藏的不斷開發，儲層孔隙壓力不斷下降，在上覆巖層壓力不變的情況下，儲層巖石受到的凈有效上覆壓力增加，導致儲層巖石孔隙結構發生改變，進而造成儲層孔隙度和滲透率隨之變化的現象。儲層有效上覆壓力為上覆巖層壓力與孔隙壓力之差。

1952年，Fatt通過砂巖實驗研究，結果表明在圍壓達到34 MPa時，滲透率和孔隙度與未加壓相比分別下降了25%和5%。在礦場計算中，孔隙度的變化可以忽略不計，但絕不能忽略滲透率的變化。Jose G.的實驗研究表明，隨著圍壓增加，致密氣藏的滲透率損失高達90%，這一結果與過去的實驗結果一致。M.Latchie等利用純砂巖和泥質砂巖進行實驗研究，結果表明高滲透性純砂巖的原始滲透率大約有4%不能恢復，而低滲透泥質砂巖的滲透率有60%不能恢復。這些實驗結果說明巖石變形既有彈性變形，也有彈塑性和塑性變形。

可見，國內外對于低滲儲層應力敏感性的研究很多，并且有比較統一的認識，即低滲儲層的應力敏感性強于中、高滲儲層。

表1　覆壓孔隙度測定對比結果

1　常規應力敏感性實驗及分析

常規應力敏感性實驗是在保持驅替壓差不變的條件下，首先逐漸升高圍壓，測定樣品孔隙度和滲透率隨有效上覆壓力升高而降低的情況，然后再逐漸降低圍壓，測定孔隙度和滲透率隨有效上覆壓力降低而恢復的情況。覆壓孔隙度和覆壓滲透率測定是在CMS-300孔滲測定儀上完成的。

1.1覆壓孔隙度測定及分析

利用靖邊氣田統19井4個樣品，分別在長慶研究院實驗室和西南石油大學實驗室進行了孔隙度的應力敏感性實驗，實驗的凈有效上覆壓力為2.5MPa、6MPa、8MPa、10MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa、30 MPa、35 MPa。實驗結果（見表1），覆壓孔隙度實驗是采用同一個樣品，是在兩個不同的實驗室之間完成的。

長慶和西南兩個實驗室的上覆壓力孔隙度測定具有較好的一致性。在35 MPa的凈有效上覆壓力下，孔隙度的損害率在10%～14%，其實驗結果與大量的文獻資料比較吻合。

利用表1中原始數據資料作出各樣品的孔隙度應力敏感性分析曲線（見圖1～圖5）。

圖1　19井1號樣品分析曲線

圖2　19井17號樣品分析曲線

圖3　19井18號樣品分析曲線

圖4　19井46號樣品分析曲線

圖5　儲層孔隙度應力敏感性分析曲線

同時根據圖1～圖5及相應的覆壓孔隙度測定結果，匯總可得孔隙度應力敏感性分析匯總（見表2）。

表2　孔隙度應力敏感性分析表

根據儲層樣品覆壓孔隙度的測定結果及儲層孔隙度應力敏感性的分析曲線，對孔隙度的應力敏感性進行分析可得以下幾點認識：

（1）儲層樣品的孔隙度與有效上覆壓力的變化關系成乘冪形式，二者具有較好的一致性；隨著有效上覆壓力的增加，孔隙度成乖冪形式降低，即有效上覆壓力增加的初期，孔隙度下降較快，而隨著上覆壓力的進一步增加，孔隙度的下降變慢，后期孔隙度保持在一個相對穩定的值。

（2）原始孔隙度存在差異的樣品其孔隙度應力敏感性存在差異。原始孔隙度高的儲層受應力敏感影響之后，其孔隙度仍保持在相對較高水平；而原始孔隙度低的低孔儲層受應力敏感影響之后，孔隙度值進一步降低，保持在更低的水平。但總體而言，孔隙度的應力敏感性相對較弱，孔隙度的下降相對較小。

1.2覆壓滲透率測定及分析

利用靖邊氣田19井4個樣品，分別在長慶研究院實驗室和西南石油大學實驗室進行了滲透率的應力敏感性試驗，實驗的凈有效上覆壓力為2.5 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa、30 MPa、35 MPa。實驗結果（見表3），與覆壓孔隙度測定相同，覆壓滲透率測定是采用同一個樣品，也是在兩個不同的實驗室之間完成的。

表3　覆壓滲透率測定對比結果

長慶和西南兩個實驗室的上覆壓力滲透率測定同樣具有較好的一致性，主要表現在上覆壓力下的滲透率曲線形態比較接近。在35 MPa的最高上覆壓力下，滲透率下降最小達86.4%，最高可達98.0%。

利用表3中長慶實驗室的原始數據資料作出各樣品的滲透率應力敏感性分析曲線（見圖6～圖10）。

圖6　19井1號樣品分析曲線

圖7　19井17號樣品分析曲線

圖8　19井18號樣品分析曲線

圖9　19井46號樣品分析曲線

同時根據圖6～圖10及相應的覆壓滲透率測定結果，匯總可得滲透率應力敏感性分析匯總（見表4）。

表4　滲透率應力敏感性分析表

根據儲層樣品覆壓滲透率的測定結果及儲層滲透率應力敏感性的分析曲線，對滲透率的應力敏感性進行分析可得以下幾點認識：

（1）儲層樣品的滲透率與有效上覆壓力的變化關系成乘冪形式，二者具有較好的一致性；隨著有效上覆壓力的增加，滲透率成乖冪形式降低，即有效上覆壓力增加的初期，滲透率下降較快，而隨著上覆壓力的進一步增加，滲透率的下降變慢，后期滲透率保持在一個相對穩定的值。

（2）原始滲透率存在差異的樣品其滲透率應力敏感性存在差異。原始滲透率高的儲層受應力敏感影響之后，其滲透率仍保持在相對較高水平；而原始滲透率低的低滲儲層受應力敏感影響之后，滲透率值進一步降低，保持在更低的水平。

（3）與孔隙度的應力敏感性相比，滲透率的應力敏感性更強。無論是高滲儲層還是低滲儲層，滲透率隨有效上覆壓力的變化均很大。尤其對低滲儲層而言，由于儲層本身滲透率很低，加上滲透率應力敏感的影響，使得儲層滲透率進一步降低。因此，對低滲氣藏儲層而言，滲透率應力敏感性的影響不容忽視。

1.3孔隙度與滲透率的關系分析

根據上述覆壓孔隙度與覆壓滲透率的測定資料，可作出同一樣品在有效上覆壓力變化范圍內（2.5 MPa～35 MPa），孔隙度與滲透率的關系曲線（見圖11～圖14）；同時可作出不同樣品在不同有效上覆壓力情況下時，孔隙度與滲透率的關系曲線（見圖15）。

圖11　19井1號樣品孔滲關系曲線

圖12　19井17號樣品孔滲關系曲線

圖13　19井18號樣品孔滲關系曲線

圖14　19井46號樣品孔滲關系曲線

圖15　不同有效上覆壓力下的孔滲關系曲線

從同一樣品在有效上覆壓力變化范圍內（2.5 MPa～35 MPa），孔隙度與滲透率的關系曲線圖11～圖14可以看出以下幾點：

（1）同一樣品在有效上覆壓力變化范圍內（2.5 MPa～35 MPa），孔隙度與滲透率的關系曲線成二階多項式關系，二者具有較好的一致性。

（2）孔隙度與滲透率的應力敏感性存在差異；隨著有效上覆壓力的增加，孔隙度減小，滲透率降低，相對于孔隙度的減小而言，滲透率降低劇烈。即滲透率的應力敏感性大大強于孔隙度的應力敏感性。

從不同有效上覆壓力下的孔滲關系曲線圖15可以看出：（1）不同有效上覆壓力條件下，孔滲關系曲線存在差異，但孔滲關系基本上都符合乘冪形式，滲透率隨孔隙度的降低以乘冪的形式降低；（2）隨著有效上覆壓力的增加，不同樣品的孔隙度降低程度均較小，但滲透率的降低劇烈，表明滲透率的應力敏感性大大強于孔隙度的應力敏感性。

2　認識

室內應力敏感性試驗結果表明：

（1）孔隙度的應力敏感性相對較弱，孔隙度的下降相對較小。

（2）隨著有效上覆壓力的增加，滲透率的降低劇烈，表明滲透率的應力敏感性大大強于孔隙度的應力敏感性。尤其對低滲儲層而言，由于儲層本身滲透率很低，加上滲透率應力敏感的影響，使得儲層滲透率進一步降低。因此，對低滲氣藏儲層而言，滲透率應力敏感性的影響不容忽視。

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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.030

TE311

A

1673-5285（2015）06-0110-05

2015－04-27

林琳，女（1978-），漢族，遼寧，工程師，本科，主要從事天然氣開發工作。