低滲巖芯應力敏感性升降法實驗研究

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)

低滲巖芯應力敏感性升降法實驗研究

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力敏感性，即油氣層的滲透率隨有效應力的變化而發生改變的現象。在巖芯常規孔隙度、滲透率測試的基礎上，對CQ油田某區塊柱塞巖芯分別進行變內壓恒外壓和變外壓恒內壓測試。實驗結果表明，變內壓恒外壓更符合油田開發的實際，隨多次應力敏感次數的增加，應力敏感性變弱，甚至趨于一個極限。

低滲巖芯;應力敏感;滲透率;特低滲透;有效應力

油氣田開發前，儲層中巖柱壓力(外壓)、儲層壓力(流體內壓)以及巖石骨架所承受的壓力(外壓與內壓之差)處于平衡狀態［1－7］。油氣田投入開發后，隨著流體的采出，儲層壓力下降，凈上覆巖層壓力升高，孔隙介質被壓縮變形，產生損害低滲透氣藏滲透率的壓敏效應。一方面，壓敏效應使儲集層被壓縮，而最先被壓縮閉合的是喉道以及狹窄的孔隙。孔隙以及喉道平均半徑輕微減小將引起儲層滲透率顯著降低，因此巖芯滲透率會隨著有效應力的增大而降低。隨著閉合的喉道數增加，滲透率傷害程度相應增大，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，孔隙介質變形，使依附在孔壁上的松散顆粒脫落，在孔隙中運移并在狹窄孔隙或喉道處堆集，造成堵塞，使儲層滲透性降低。

1 實驗原理

首先準確測定出巖芯孔隙體積，將巖芯飽和煤油，在巖芯夾持器內建立兩個相互獨立的靜水壓力系統，即圍壓和內壓。其中圍壓模擬地層巖樣所承受的上覆巖石所產生的覆蓋壓力，內壓則模擬油藏流體的壓力，大小由回壓閥控制。在測定時，通過改變圍壓或內壓而改變有效應力，在每個壓力點測定滲透率。測定完后再改變有效應力進行下一壓力點測試。實驗參照標準SY/T6385—1999覆壓下巖石孔隙度和滲透率測定方法。

2 實驗條件、方法及巖芯

實驗的工作介質為煤油。實驗中固定圍壓25 MPa。實驗溫度49℃、原始地層壓力11 MPa。實驗測試采用兩種方法，即按變圍壓和定圍壓測試應力敏感。變內壓恒外壓測試，進行四升四降測試。由于各區塊原始地層壓力均較低，因此為了取得較多的測試點數，圍壓恒定為25 MPa，內壓從20 MPa左右下降到2～3 MPa后再恢復。變外壓恒內壓測試，在地層溫度下，按流體壓力一定，圍壓逐漸上升并下降進行四升四降測試。實驗選擇不同類型巖芯5塊(見表1)。實驗參照SY/T5358-2002儲層敏感性流動實驗評價方法和SY/T6385-1999覆壓下巖石孔隙度和滲透率測定方法。

表1 巖芯參數

3 實驗結果及分析

3.1 變內壓恒外壓測試

從5塊巖芯中選取有代表性的相對中滲巖芯2#，測試其滲透率的相對變化與凈有效上覆壓力之間的變化關系(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，在四次降內壓過程中，巖芯滲透率相對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，滲透率相對值下降的幅度逐漸變小，趨于恒定，說明此時凈有效覆蓋壓力對滲透率的影響達到了極限。而在每次升內壓過程中，巖芯滲透率相對值隨凈有效覆蓋壓力的下降而逐漸增大，但不能恢復到原始地層滲透率值;在凈有效覆蓋壓力開始減小時，滲透率相對值增大的幅度最小。這種現象說明地層發生了不可逆形變，從而導致滲透率發生部分不可逆變化。同時，由于滲透率滯后效應，每次升降壓過程中，在同一凈有效覆蓋壓力的作用下，巖芯升內壓時的滲透率相對值低于降內壓時的值。從圖2還可以看出，隨著升降次數的增加，同一巖芯滲透率相對值的變化越來越小，滲透率滯后效應也越來越弱。到第3次升降壓時，巖芯滲透率相對值基本不再隨升降次數而變化。這主要是由于當凈有效覆蓋壓力達到一定值時，基質中巖石顆粒靠的很近，隨凈有效覆蓋壓力連續升降，巖石形變趨于極限，巖芯的滲透率趨于恒定。對于不同地層，由于巖石的礦物種類和組成不同，其影響程度也將不同。其它幾塊巖芯測試也得到類似的結論。

3.2 變外壓恒內壓測試

在地層溫度下，按流體壓力一定，圍壓逐漸上升并下降進行四升四降測試滲透率相對值與凈有效覆蓋壓力之間的關系，選取代表性較好的2#巖芯進行測試。測試結果見圖2。

從圖2可以看出，變外壓恒內壓測試與變內壓恒外壓測試得到的巖芯滲透率變化規律是一致的。巖芯滲透率相對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，滲透率相對值下降的幅度逐漸變小;在每次升壓后進行的降壓過程中，滲透率相對值隨凈有效上覆壓力的下降而逐漸升高，但不能恢復到原始的滲透率值，在凈上覆有效壓力開始減小的瞬間，滲透率相對值增大的幅度最小;巖芯同樣表現出明顯的滲透率滯后效應，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值低于有效上覆壓力增大的滲透率相對值;隨著凈有效上覆壓力升降次數的增加，滲透率相對值變化越來越小。

3.3 變內壓恒外壓與變外壓恒內壓對比

對相對高、中、低滲的3塊巖芯，用兩種測試方法得到的滲透率相對值隨凈有效上覆壓力變化規律見圖3。從圖3可知，三塊巖芯滲透率相對值隨凈有效上覆壓力變化的規律基本一致，隨凈有效上覆壓力的增大而減小;當升降壓力次數相同時，滲透率相對較高的巖芯(1#巖芯)，兩種測試方法得到的結果相差較大;而對于滲透率相對中等和較低的巖芯(2#、4#巖芯)，兩種測試方法得到的結果相差不太大。

4 結論

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

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

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

4)變外恒內測試與變內恒壓測試兩種方法得到的巖芯滲透率的變化規律是一致的。但兩種方法的結果存在一定差異，即變內恒外測試表現出的應力敏感更強，更接近真實地層情況;且滲透率越大，兩種測試方法得到的結果差異越大。

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

［2］郭平，張俊.采用兩種實驗方法進行氣藏巖芯應力敏感研究［J］.西南石油大學學報，2007，29(2):7－9.

［3］楊滿軍，李允.低滲透油氣儲層的應力敏感性表皮系數研究［J］.天然氣工業，2005，25(3):141－143.

［4］姚約東，葛家理.低滲透油藏不穩定滲流規律的研究［J］.石油大學學報，2003，27(2):55－58.

［5］張光明，廖銳全.特低滲透油藏流體滲流特征試驗研究［J］.江漢石油學院學報，2004，26(1):88－89.

［6］林彥兵，劉艷.有效壓力對低滲透多孔介質滲透率的影響［J］.重慶石油高等專科學校學報，2003，5(4):33－34.

［7］胡永樂，宋新民.低滲透油氣田開采技術［M］.北京:石油工業出版社，2002.

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，主要研究方向為油氣藏工程。