不同級別滲透率巖心應(yīng)力敏感實驗對比研究

薛永超 程林松

（中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京 102249）

應(yīng)力敏感是指儲層巖石物性隨有效應(yīng)力改變而發(fā)生變化的性質(zhì)。一般而言，隨著油藏流體的持續(xù)開采，油藏孔隙壓力不斷降低，導致巖石骨架承受的有效應(yīng)力增加，致使儲層中的一些微孔隙、微裂縫被壓縮，從而使儲層巖石物性明顯下降［1-4］。大量研究表明，滲透率應(yīng)力敏感遠比孔隙度應(yīng)力敏感強，因此當前研究均以滲透率應(yīng)力敏感為重點［5，6］。然而，中高滲儲層和低滲儲層哪類儲層應(yīng)力敏感性更強仍眾說紛紜［7-9］。針對這一問題，以室內(nèi)模擬為手段，通過對比分析，獲得了更符合油藏實際的認識，從而為礦場生產(chǎn)提供指導作用。

1 實驗方法及流程

實驗方法參照中國石油天然氣行業(yè)標準SY5336—88設(shè)計，實驗儀器采用高溫高壓孔滲儀CMS-300，實驗流程如圖1所示。

圖1 實驗流程

為了更好地模擬油藏實際狀態(tài)，將主要實驗儀器置于85 ℃可視恒溫箱之中。為對比不同級別滲透率巖心應(yīng)力敏感程度，選取了14塊直徑38 mm的天然巖心開展對比實驗。表1是實驗巖心的基本特征參數(shù)，可以看出，樣品滲透率從0.049×10-3μm2的超低滲巖心到2752.164×10-3μm2的特高滲巖心均有分布，從而保證實驗結(jié)果對比的可靠性。

對選定的實驗樣品，首先用1∶3的酒精+苯溶劑在索氏抽提器抽提巖心，當從虹吸管流出的溶液無色透明后，取出樣品，在實驗室條件下待有機溶劑充分發(fā)揮后，再把巖心放入120 ℃恒溫箱烘干72 h。實驗過程通過壓力控制面板控制孔壓變化，從而實現(xiàn)有效壓力的改變。

2 實驗結(jié)果

2.1 實驗結(jié)果分析

表2是實驗結(jié)果，表2中k2、k5、k10、k15、k20、k25、k30、k35分別代表有效圍壓2 MPa、5 MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa、30 MPa、35 MPa條件下測試的滲透率。由表2可以看出，不論是特高滲巖心樣品（>1000×10-3μm2），還是特低滲巖心樣品（<1×10-3μm2），其滲透率值均隨有效圍壓增大而減小，即均發(fā)生應(yīng)力敏感現(xiàn)象，但其應(yīng)力敏感程度卻存在較大差別。例如CN1號樣品，當有效圍壓2 MPa時，其滲透率為2752.164×10-3μm2，當有效圍壓35 MPa時，其滲透率為2396.738×10-3μm2，兩者對比可知，滲透率絕對損失達377.637×10-3μm2。而CN14號樣品，當有效圍壓2 MPa時，其滲透率為0.049×10-3μm2，當有效圍壓35 MPa時，其滲透率為0.014×10-3μm2，兩者對比可知，滲透率絕對損失達0.035×10-3μm2。

表1 實驗巖心基本參數(shù)

表2 不同有效圍壓下的滲透率 10-3 μm2

圖2是不同級別樣品滲透率隨有效應(yīng)力變化曲線。由圖2可以看出，僅從滲透率損失比值分析，當樣品滲透率相對較高時（2752.164~ 234.632×10-3μm2），增加有效應(yīng)力，滲透率損失比值較小，即“應(yīng)力敏感相對較弱”；而當樣品滲透率相對較小時（18.213~0.049×10-3μm2），增加有效應(yīng)力，滲透率損失比值相對較大，即“應(yīng)力敏感性較強”。造成該現(xiàn)象的原因是滲透率的變化主要與儲層孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。對于低滲透巖心，其滲流通道主要是微喉和小喉，即影響儲層滲透率的平均喉道半徑非常小，有效應(yīng)力的增加易造成這些微喉和小喉閉合，從而使得儲層滲透率下降較大，所以有效應(yīng)力對低滲透巖心滲透率的影響較明顯。

圖2 滲透率隨有效壓力的變化

如果從滲透率絕對損失值分析，當樣品滲透率相對較大時，增加有效應(yīng)力，其滲透率絕對值損失較大，即“應(yīng)力敏感較強”。比如CN5號樣品，當有效應(yīng)力從2 MPa依次增至5 MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa、30 MPa、35 MPa時，滲透率絕對值損失分別達16.525×10-3μm2、12.983×10-3μm2、10.425×10-3μm2、6.637×10-3μm2、5.445×10-3μm2、2.969×10-3μm2、1.746 ×10-3μm2。而當樣品滲透率相對較小時，增加有效應(yīng)力，其滲透率絕對值損失較小，即“應(yīng)力敏感較弱”。比如CN13號樣品，當有效應(yīng)力從2 MPa增至5 MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa、30 MPa、35 MPa時，滲透率絕對值損失分別達0.0631×10-3μm2、0.031× 10-3μm2、0.019×10-3μm2、0.018×10-3μm2、0.011×10-3μm2、0.012×10-3μm2、0.014×10-3μm2。

綜合以上可知，如果從滲透率損失絕對值分析，隨有效應(yīng)力增加，中高滲巖心滲透率絕對損失值較大；如果從滲透率損失相對值分析，隨有效應(yīng)力增加，低滲巖心滲透率相對損失值較大。

2.2 應(yīng)力敏感模式

依據(jù)實驗結(jié)果，做出滲透率損失比值單次分布直方圖和累計概率曲線。分析可知，實驗樣品滲透率損失比值有 “平緩型”和“先陡后緩型” 兩種模式。“平緩型”以CN5號樣品為代表，即隨著有效應(yīng)力增加，滲透率損失比值逐漸平緩減小（圖3）。屬于該模式的有CN1~CN6號樣品，基本為中高滲巖心。“先陡后緩型”以CN13號樣品為代表，即隨著有效應(yīng)力增加，滲透率損失比值開始非常大，突破某一極限后，再逐漸平緩減小（圖3）。屬于該模式的有CN7~CN14號樣品，基本為低滲巖心。

造成該現(xiàn)象的主要原因是低滲巖心均不同程度發(fā)育微裂縫，一旦有效應(yīng)力增加，這些微裂縫就優(yōu)先閉合，從而造成滲透率大幅度降低；一旦裂縫閉合，繼續(xù)增加有效應(yīng)力，該階段則主要是壓縮喉道，所以此后的滲透率損失比值幅度就較小。

圖3 滲透率隨有效壓力的變化

3 應(yīng)力敏感對油田開發(fā)的影響

不論中高滲油藏還是低滲油藏，一旦投入開發(fā)，油藏壓力下降，必然出現(xiàn)應(yīng)力敏感現(xiàn)象。雖然中高滲油藏滲透率絕對值降低比低滲大，但其相對值卻比低滲小，所以應(yīng)力敏感對中高滲油藏開發(fā)影響不大。然而低滲透油藏開發(fā)過程中，為了提高低滲油藏單井產(chǎn)能，一般都降低井底流壓，這樣會使油井附近的壓降漏斗不斷擴大，使得應(yīng)力敏感傷害不斷增加，抑制了油井產(chǎn)能。因此，對于低滲油藏，必須使井底流壓控制在合理范圍內(nèi)，采取“超前注水”技術(shù)政策，使油藏壓力保持較高水平，從而保持油井產(chǎn)能。

4 結(jié)論與認識

油藏巖石滲透率越小，其應(yīng)力敏感性越強。中高滲油藏應(yīng)力敏感符合“平緩型”模式，低滲透油藏應(yīng)力敏感符合“先陡后緩型”模式。低滲油藏開發(fā)必須控制合理井底流壓，從而保持油井產(chǎn)能。

［1］ 石玉江，孫小平.長慶致密碎屑巖儲集層應(yīng)力敏感性分析［J］.石油勘探與開發(fā)，2001，28（5）：85-87.

［2］ DAVIES J P.Stress-dependent permeability: characterization and modeling［R］. SPE 56813: 153-171.

［3］ MARCELA Z. Formation damage evaluation by means of FRT Test［R］. SPE 81080: 136-147.

［4］ SETTARI A, KRY P R, YEE C T. Coupling of fuid fow and soil behavior to model injection into uncemented oil sands［J］.JCPT, 1989, 28（1）: 81-92.

［5］ 宋廣壽，熊偉，高樹生，等. 致密儲層應(yīng)力敏感分析新方法及其對開發(fā)的影響［J］.水動力學研究與進展，2008，23（2）：220-225.

［6］ 高博禹，周涌沂，彭仕宓.儲層孔隙度應(yīng)力敏感性研究［J］. 石油實驗地質(zhì)，2005，27（2）：197-202.

［7］ 李傳亮.低滲透儲層不存在強應(yīng)力敏感［J］.石油鉆采工藝，2005，27（4）：61-63.

［8］ 羅瑞蘭.對“低滲透儲層不存在強應(yīng)力敏感”觀點的質(zhì)疑［J］.石油鉆采工藝，2006，28（2）：78-81.

［9］ 李傳亮.儲層巖石的應(yīng)力敏感問題［J］.石油鉆采工藝，2006，28（6）：86-89.

［10］ 李傳亮.低滲透儲層存在強應(yīng)力敏感嗎？［J］.石油鉆采工藝，2010，32（1）123-126.

［11］ 羅瑞蘭.關(guān)于低滲致密儲層巖石的應(yīng)力敏感問題［J］.石油鉆采工藝，2010，32（2）：126-130.

［12］ 竇宏恩，白喜俊.低滲透和高滲透儲層都存在應(yīng)力敏感性［J］.石油鉆采工藝，2009，31（2）：121-124.

［13］ 李閩，橋國安，陳昊.低滲砂巖儲層巖石應(yīng)力敏感實驗與理論研究［J］.石油鉆采工藝，2006，29（4）：91-93.