儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性測(cè)試裝置的改進(jìn)及其對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

孫 強(qiáng) 李培倫中石化股份勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院

儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性測(cè)試裝置的改進(jìn)及其對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

孫 強(qiáng) 李培倫
中石化股份勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院

孫強(qiáng)（1986-）男，助理工程師，2012 年碩士畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中石化股份勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，主要從事油氣田開發(fā)試驗(yàn)方面的研究。

在油氣藏的開發(fā)過程中，由于儲(chǔ)層流體不斷被采出，孔隙內(nèi)壓力不斷降低，油氣藏中巖石固有的應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破。根據(jù)巖石力學(xué)相關(guān)理論，由于應(yīng)力平衡狀態(tài)發(fā)生改變，巖石的幾何尺寸必然將發(fā)生變化，即發(fā)生彈塑性變形。這種變形同時(shí)會(huì)導(dǎo)致巖石中孔隙體積和孔隙形態(tài)的改變，比如孔隙體積變小、孔隙中微裂縫的閉合等，從而大大影響孔隙中流體滲流能力的變化，這就是儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性產(chǎn)生的原因。目前實(shí)驗(yàn)室應(yīng)力敏感性的測(cè)試方式有變圍壓和變回壓（即改變孔隙中的流體壓力）兩種方式。無論采取上述哪種方式，受目前實(shí)驗(yàn)室常用的巖心夾持器設(shè)備的限制，都只能對(duì)巖心施加徑向圍壓，這與實(shí)際儲(chǔ)層巖石所受的來自各個(gè)方向上的應(yīng)力不符。這就需要我們對(duì)原有的巖心夾持器設(shè)備進(jìn)行一些改進(jìn)。

應(yīng)力敏感性測(cè)試所用巖心夾持器的改進(jìn)

目前，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)受所用的巖心夾持器設(shè)備（如圖1所示）的限制，測(cè)試中無論是采取變圍壓定孔隙壓力還是變孔隙壓力定圍壓的方式，均只能對(duì)巖心施加徑向圍壓，這與實(shí)際儲(chǔ)層巖石所受的來自各個(gè)方向上的應(yīng)力不符；實(shí)驗(yàn)室所用的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)雖然可以對(duì)巖心施加三軸應(yīng)力，但是由于該設(shè)備在使用過程中拆卸不方便，且實(shí)驗(yàn)成本較高，對(duì)于日常的生產(chǎn)樣品來說，操作起來難度較大。為解決上述技術(shù)難題，我們發(fā)明了一種新的用于儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)的巖心測(cè)試裝置。該裝置能夠解決現(xiàn)有巖心測(cè)試裝置不能對(duì)巖心施加三軸向應(yīng)力、密封效果安全性等方面的不足。圖2為本發(fā)明的三軸應(yīng)力敏感巖心夾持器裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖1應(yīng)力敏感性測(cè)試常用巖心夾持器

圖2中：1-入口巖心頂桿，2-密封圈，3-軸向圍壓進(jìn)口，4-活塞式巖心堵頭，5-巖心筒，6-徑向圍壓口，7-橡膠筒，8-出口處巖心頂桿，9-固定螺母

該裝置的工作原理如下：圍壓跟蹤泵內(nèi)的液體通過6-徑向圍壓進(jìn)口進(jìn)入7-橡膠筒和5-巖心筒之間的環(huán)形空間，擠壓7-橡膠筒從而對(duì)樣品施加徑向圍壓；軸壓跟蹤泵內(nèi)的液體通過3-軸向圍壓進(jìn)口進(jìn)入4-活塞式巖心堵頭和2-密封圈所圍的環(huán)形空間，帶動(dòng)4-活塞式巖心堵頭以及1-入口巖心頂桿向巖樣方向發(fā)生軸向位移，從而對(duì)巖樣施加軸向應(yīng)力。徑向圍壓系統(tǒng)和軸向應(yīng)力系統(tǒng)作為獨(dú)立的加壓?jiǎn)卧ゲ挥绊懀赏瑫r(shí)對(duì)巖心施加不同的壓力值。

測(cè)試裝置對(duì)應(yīng)力敏感性測(cè)試結(jié)果的影響

為了對(duì)比普通巖心夾持器和該發(fā)明中所述的巖心夾持器的實(shí)驗(yàn)效果，我們?cè)谕粔K巖心上取了兩個(gè)樣品，樣品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。樣品1#用普通巖心夾持器做了只加徑向圍壓的應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示；樣品2#用該發(fā)明中所述的巖心夾持器做了同時(shí)施加徑向圍壓和軸向應(yīng)力的應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。曲線圖中上面的曲線為加載曲線，下面的曲線為卸載曲線。其中圖3所示的滲透率損壞程度為41.50%，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010中的要求，其應(yīng)力敏感性測(cè)試結(jié)果為中等偏弱，圖4所示的滲透率損壞程度為17.50%，其測(cè)試結(jié)果為弱損壞程度，因此，與同時(shí)施加徑向圍壓和軸向應(yīng)力的應(yīng)力敏感測(cè)試結(jié)果相比，只施加徑向圍壓的應(yīng)力敏感測(cè)試結(jié)果夸大了儲(chǔ)層巖石的應(yīng)力敏感性。用該發(fā)明中的巖心夾持器所得的測(cè)試結(jié)果更接近于儲(chǔ)層實(shí)際情況，提高了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度，取得了較好的效果。

圖2 三軸應(yīng)力敏感巖心夾持器裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3 普通巖心夾持器的應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)曲線

圖4 三軸向應(yīng)力敏感巖心夾持器的應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)曲線

表1 樣品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表