淺層超低滲致密砂巖儲層應力敏感性定量模型

劉廣英 (中石化華北油氣分公司工程技術研究院，河南 鄭州 450006)

吳楠 (中石化新星河南新能源開發有限公司，河南 鄭州 450004)

淺層超低滲致密砂巖儲層應力敏感性定量模型

劉廣英 (中石化華北油氣分公司工程技術研究院，河南 鄭州 450006)

吳楠 (中石化新星河南新能源開發有限公司，河南 鄭州 450004)

為研究淺層超低滲致密砂巖儲層應力敏感性，以鄂爾多斯盆地渭北油田延長組儲層為研究對象，采用變圍壓應力敏感性試驗，分析長3、長6和長7油層組的應力敏感性程度，并建立相應的應力敏感性定量模型。研究表明，長3油層組應力敏感性為弱-強，波動范圍較大；長6油層組應力敏感程度強；長7油層組應力敏感程度中等偏強-強。同一儲層初始滲透率越低，應力敏感性越強。儲層滲透率對凈圍壓變化普遍比較敏感，滲透率不可恢復率隨埋深的增加而減小。當初始滲透率大于0.3mD時，滲透率最大損失率隨滲透率的增大而增大；當初始滲透率小于0.3mD時，滲透率最大損失率隨滲透率的增大而減小。研究區長3油層組應力敏感性模型以冪函數和指數函數為主。

淺層超低滲致密砂巖儲層；應力敏感性試驗；應力敏感定量模型

油氣藏儲層巖石所受到的有效應力改變時，孔隙、喉道將發生變形，儲層巖石的滲流能力也相應發生改變，這就是儲層應力敏感性現象[1～4]。不同滲透率儲層，其應力敏感程度不同。儲層滲透率越低，其應力敏感程度越強。關于低滲儲層的應力敏感性定量解釋模型，前人[5～8]已經做了大量研究工作，但大都是針對中、深程度埋深儲層的應力敏感研究。該次研究以鄂爾多斯盆地渭北油田延長組淺層超低滲致密砂巖儲層為研究對象，開展覆壓孔滲試驗，建立儲層應力敏感性定量模型，填補超低滲淺層儲層應力敏感性研究的空白，為該類油氣儲層實際礦場生產提供有力支撐。

1 凈圍壓單向增加覆壓孔滲試驗

筆者開展了單向增加凈圍壓、凈圍壓增加-降低循環試驗，并以此建立超低滲淺層砂巖砂巖儲層應力敏感性定量模型。應力敏感性試驗樣品見表1，覆壓孔滲測試分析結果見圖1。

鑒于各層段應力敏感性的可對比性，只進行相同凈圍壓的滲透率損失率對比，對比結果如表2所示。

通過分析圖1、表2表明，長3油層組覆壓孔滲試驗中滲透率的損失率明顯低于長6、長7油層組滲透率損失率。相同凈圍壓條件下，長3油層組滲透率損失率最低，長6油層組滲透率損失率最高，長7油層組滲透率損失率居中。相比較而言，長3油層組儲層應力敏感性最弱，長6油層組儲層應力敏感性最強。

對比各油層組物性數據發現，長3油層組物性好于長6、長7油層組。即淺層超低滲致密砂巖儲層物性(主要指滲透率參數)越好，應力敏感程度越弱；滲透率越低，儲層應力敏感性越強。這與常規低滲、致密砂巖儲層應力敏感性認識一致[9～11]。

表1 應力敏感性試驗樣品

圖1 典型樣品滲透率頻率與凈圍壓的相關關系

凈圍壓/MPa參數值級別滲透率損失率/%長3油層組長6油層組長7油層組10.34最大值52.2258.5254.94最小值9.0553.9628.76平均值34.456.2144.8513.79最大值--67.07最小值--41.71平均值--57.6550最大值55.3295.6495.28最小值34.1394.8682.14平均值44.695.3287.8460最大值98.42--最小值88.37--平均值94.43--

2 凈圍壓循環覆壓試驗

2.1 儲層應力敏感程度分析

為了清晰地反映應力敏感性的不同，用無量綱滲透率(Ki/Ko)的立方根與應力的對數作圖，可以得到(Ki/Ko)1/3與lg(σi/σo)的線性關系：

式中：σo為初始有效應力，MPa；σi為有效應力，MPa；Ko為σo所對應的滲透率，mD；Ki為σi所對應的滲透率，mD；Ss為斜率，1。

Ss的增加，意味著有效應力的影響增大，即巖心的應力敏感性增強。通過Ss可以較直觀地說明巖心應力敏感程度的強弱。當0.05

圖2 典型樣品凈圍壓循環覆壓孔滲試驗應力敏感曲線

井號井深/m樣號層位滲透率/mD最大滲透率損害率/%滲透率不可恢復率/%斜率/1應力敏感程度WB11396.89WB11-13長3230.67127.2718.260.2681弱WB7410.00WB7-6長3330.15869.2451.070.7923強WB31453.12WB31-24長3330.3088863-強WB7633.27WB7-90長6220.21268.4149.810.7776強WB11708.05WB11-53長7110.21866.7535.030.8179強WB11749.40WB11-70長7210.15050.9830.430.5630中偏強WB10873.41WB10-21長7210.20453.2626.190.6951中偏強

分析表明，研究區儲層長3油層組應力敏感性為弱-強，波動范圍較大，長6油層組應力敏感程度最強，長7油層組應力敏感程度中等偏強-強，儲層滲透率對凈圍壓的變化普遍比較敏感；同一儲層初始滲透率越低，應力敏感性越強。

2.2 儲層應力敏感特征分析

1)滲透率與最大滲透率損害率 為了研究儲層巖心初始滲透率與最大滲透率損害率之間的關系，選取凈圍壓循環加載方式相同的應力敏感曲線(圖3)。分析表明，當巖心初始滲透率小于0.3mD時，滲透率最大損失率隨初始滲透率的增大而增大；當初始滲透率大于0.3mD時，滲透率最大損失率隨初始滲透率的增大而減小。

2)滲透率不可恢復率與埋深關系 滲透率不可恢復率是指巖心在凈圍壓增壓和降壓過程中，滲透率的損失率，也是衡量儲層應力敏感性的另一指標。為了研究巖心初始滲透率與埋深的關系，選取凈圍壓循環加載方式相同，滲透率相近的巖心樣品WB7-90、WB11-53和WB10-21。分析發現，滲透率不可恢復率隨埋深的增加而減小(圖4)。

3 應力敏感性定量模型

(3)

(4)

式中：φ為巖石多孔介質孔隙度，%；φc為觸點孔隙度(即，觸點處孔隙面積占整個介質截面積的百分數)，%；p為孔隙流體壓力，MPa；σ為上覆巖層應力，MPa。

圖3 滲透率與最大滲透率損害率關系 圖4 滲透率不可恢復率與埋深散點圖

超低滲淺層砂巖油藏由于埋深較淺，壓實作用程度低，儲層巖石多孔介質在凈圍壓增加過程中以塑性變形為主，彈性變形較弱。統計分析覆壓孔滲試驗數據，意欲建立研究區各油層組應力敏感性定量模型。

首先將室內覆壓孔滲試驗數據轉換到實際地層應力條件狀態。因長3油層組試驗樣品較多，故建立其應力敏感性模型。長3油層組油藏平均埋深441m，巖石密度為2.32g/cm3，重力加速度為9.8m/s2，原始平均地層壓力為4.5MPa，上覆巖石壓力為10MPa，有效應力為5.5MPa。因此，覆壓孔滲試驗凈圍壓應從5.5MPa開始。根據鄂爾多斯盆地延長組儲層分類標準[17]，結合研究區長3油層組儲層物性特征，將樣品分為4類(Ⅰ類：滲透率>2mD；Ⅱ類： 2mD≥滲透率>1mD；Ⅲ類：1mD≥滲透率>0.3mD；Ⅳ類：滲透率≤0.3mD)，并繪制凈圍壓增大過程中凈圍壓與滲透率頻率的關系曲線(圖5)，得到長3油層組應力敏感性解釋模型。分析表明，研究區長3油層組應力敏感性模型以冪函數和指數函數為主(表4)，相關性較強(R2>0.98)。

圖5 長3 油層組儲層滲透率頻率與凈圍壓關系

儲層類型滲透率模型應力敏感模型試驗流體低滲Ⅰ類(樣品D)Kp=0.01×K0×133.22σ-0.145p()-0.162氮氣低滲Ⅱ類(樣品C)Kp=0.01×K0×148.75σ-0.155p()-0.238低滲Ⅲ類(樣品B)Kp=0.01×K0×122.16e-0.042(σ-0.093p)低滲Ⅳ類(樣品A)Kp=0.01×K0×531.39σ-0.091p()-0.974

注：Kp為凈圍壓循環覆壓試驗中的凈圍壓滲透率；K0為凈圍壓循環覆壓試驗中的初始滲透率。

4 結論

1)鄂爾多斯盆地渭北油田長3油層組應力敏感性為弱-強，波動范圍較大，長6油層組應力敏感程度最強，長7油層組應力敏感程度中等偏強-強，儲層滲透率對凈圍壓的變化普遍比較敏感。

2)同一儲層初始滲透率越低，應力敏感性越強，滲透率不可恢復率越大；滲透率不可恢復率隨埋深的增大而減小。

3)當初始滲透率大于0.3mD時，滲透率最大損失率隨滲透率的增大而增大；當初始滲透率小于0.3mD時，滲透率最大損失率隨滲透率的增大而減小。研究區長3油層組應力敏感性模型以冪函數和指數函數為主。

[1]Lei Qun, Xiong Wei, Yuan Jiangru, et al. Analysis of stress sensitivity and its influence on oil production from tight reservoirs[C]. Society of Petroleum Engineers，2007，32:1～9.

[2]李躍剛，王文舉，萬單夫，等.應力敏感對致密砂巖氣藏氣水兩相滲流特征影響研究[J].科學技術與工程，2017，17(3)：69～73.

[3]李小益，劉德華.應力敏感實驗評價結果與開發特征矛盾分析[J].大慶石油地質與開發，2016，35(6)：63～67.

[4]張志強，師永民，李鶴.致密油氣藏儲層應力敏感各向異性及其微觀機制——以鄂爾多斯盆地安塞油田長6油層為例[J].石油與天然氣地質，2016，37(1)：117～124.

[5]Iscan A G，Kok M V，Bagc A S. Estimation of permeability and rock mechanical properties of limestone reservoir rocks under stress conditions by strain gauge[J].Journal of Petroleum Science and Engineering，2006，53(2) : 13～24.

[6]王瑞飛,段雨安,呂新華,等. 深層高壓低滲砂巖油藏應力敏感性實驗[J]. 地質科技情報,2014,33(1):90～94.

[7]王瑞飛，呂新華，國殿斌，等.異常高壓低滲透砂巖儲層應力敏感性定量模型——以東濮凹陷文13東沙三中油藏為例[J].中國礦業大學學報，2013，42(2)：243～250.

[8]王厲強，劉慧卿，甄思廣，等.低滲透儲層應力敏感性定量解釋研究[J].石油學報,2009,30(1):96～99,103.

[9]焦春艷，何順利，謝全，等. 超低滲透砂巖儲層應力敏感性實驗[J]. 石油學報，2011，32(3):489～494.

[10]何江，付永雷，沈桂川，等. 低滲砂巖儲層巖石學特征與應力敏感性耦合關系——以鄂爾多斯盆地蘇里格-吉爾地區下石盒子組八段下亞段為例[J].石油與天然氣地質，2012，33(6): 923～931.

[11]王學武，黃延章，楊正明.致密儲層應力敏感性研究[J].巖土力學, 2010, 31(S1):182～186.

[13]徐同臺，熊友明，康毅力.保護油氣層技術[M].第3版.北京:石油工業出版社，2010: 54～56.

[14]趙成剛，劉真真，李艦，等.土力學有效應力及其作用的討論[J].力學學報，2015，47(2)：356～361.

[15]李傳亮，孔祥言，徐獻芝，等.多孔介質的雙重有效應力[J].自然雜志，1999，21(5)：287～291.

[16]李傳亮.關于雙重有效應力——回應洪亮博士[J].新疆石油地質，2015，36(2)：238～243.

[17]楊華，付金華.超低滲透油藏勘探理論與技術[M].北京：石油工業出版社，2012：2～5.

2017-02-23

國家科技重大專項(2011ZX05045-003-02),中國石油化工集團公司科技攻關項目(P14076-1)。

劉廣英(1972-)，女，工程師，現主要從事石油開發開采方面的工作，llgyy@126.com。

[引著格式]劉廣英，吳楠.淺層超低滲致密砂巖儲層應力敏感性定量模型[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(23):8～12，18.

TE122.2

A

1673-1409(2017)23-0008-05

[編輯] 鄧磊