鎮涇油田長8超低滲油藏應力敏感性實驗研究

周思賓，白 玲

（中國石化華北分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450006）

鎮涇油田長8超低滲油藏應力敏感性實驗研究

周思賓，白 玲

（中國石化華北分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450006）

用兩種方法對鄂爾多斯盆地南部鎮涇油田長8油藏砂巖進行了應力敏感實驗，實驗結果表明，滲透率隨有效應力的變化而變化幅度較大，內壓較大時，滲透率隨圍壓的變化而變化幅度很大。應力敏感性評價采用了三種方法，其中，采用應力敏感指數法評價儲層為弱應力敏感，此法符合實際生產過程，具有參考價值。

滲透率；應力敏感性；低滲致密砂巖；有效應力；應力敏感評價

鎮涇油田構造上處于鄂爾多斯盆地西緣天環向斜的南段，地層平緩西傾，構造比較簡單，局部發育寬幅度鼻狀隆起。三疊系延長組長8層處于辮狀河三角洲沉積體系發育的三角洲前緣上，儲集砂體比較發育，平均孔隙度為10.8%，平均滲透率0.4×10－3μm2，原生殘余粒間孔隙和次生溶蝕孔隙是該層最主要的孔隙類型，孔喉細小，連通性差，為一正常溫壓系統下的超低滲巖性油藏。

在超低滲油田開發過程中，是否存在應力敏感，對油井的產能和補充能量的時機有直接的影響，從而影響油井的井網部署，以及最終采收率。因此，油氣田開發前認識清楚儲層的應力敏感性至關重要［1－4］。

本文針對鄂爾多斯南部長8超低滲儲層砂巖開展了兩種應力敏感性實驗，同時采用三種應力敏感評價方法評價了儲層巖石的應力敏感性并進行了對比分析。

1 實驗

1.1 實驗裝置及實驗巖樣

實驗裝置（見圖1）主要由三部分組成。第一部分是進口壓力表之前的所有實驗裝置，稱為高壓氣源部分；第二部分是進口壓力和出口壓力之間的所有裝置（包括實驗巖樣），稱為實驗的主體部分；第三部分出口壓力表后面的所有裝置，稱為回壓裝置部分，主要是保持巖心內壓不變，獲取實驗數據。實驗流體采用的是氮氣。

實驗巖樣（編號為HH12－9）滲透率為0.51×10－3μm2，孔隙度為10.16%，屬于低孔超低滲致密砂巖，巖樣以細粒巖屑長石砂巖為主，原生殘余粒間孔隙和次生溶蝕孔隙是樣品最主要的孔隙類型，為該區典型樣品。

圖1 實驗裝置

1.2 實驗方案

本文巖樣的應力敏感性實驗按兩種實驗方案進行，實驗流體為氮氣。實驗方案一是執行部頒標準SY／T5358－2002中的有效圍壓的應力敏感性評價實驗，方案二是修正的析因設計。實驗之前對巖心均進行了老化處理，因為老化處理是非常必要的，可以削弱滯后效應的影響。實驗是在不同圍壓下降低和增加內壓下進行的，共有三個內壓循環，實驗中的最高圍壓為51 MPa，最高內壓為32 MPa，最小圍壓和內壓分別是35 MPa和8 MPa。實驗過程中內壓不能超過圍壓。同時，采用穩態法獲取實驗數據，對每個點重復測試5次，取平均值作為該點的滲透率值。

1.3 方案一實驗結果

圖2、圖3是依照方案一進行實驗的結果圖。圖中的有效應力為圍壓與內壓的簡單差值，其中內壓很小，可以視為零，圖中反映了鎮涇長8儲層滲透率隨有效應力的變化關系。由加載曲線可以看出，滲透率隨著有效應力升高而降低，有效應力開始升高時滲透率下降很快，當達到一定值后，滲透率下降幅度逐漸變緩。這是因為巖石在開始受壓時，較大的孔隙也逐漸隨著壓力增加而減小，直到巖石的性質變得更加穩定的時候，壓力的增加將再很難引起喉道和孔隙的變形，此時滲透率下降的趨勢逐漸緩慢；由卸載曲線可以看出，隨著有效應力的降低而恢復，但是滲透率并不能恢復到原來所對應的大小；從同一樣品相同有效應力大小下滲透率值來看，加載過程所測得的滲透率都大于卸載過程中的滲透率值，隨有效應力的減小，這種現象越來越明顯，這種現象往往被稱為滲透率滯后效應。

圖2 HH12－9升壓過程滲透率與有效應力關系

圖3 HH12－9降壓過程滲透率與有效應力關系

同時，對實驗數據進行回歸分析可以發現乘冪關系式的擬合效果最好，即滲透率和有效應力的關系可以表述為：

加載：

卸載：

式中：k——滲透率，10－3μm2；σeff——有效應力，MPa。式（1）和式（2）的相關系數分別為0.9872和0.968。

1.4 方案二實驗結果

實驗結果表明（圖4，圖5）：滲透率隨著圍壓的增加而降低，隨著內壓的增加而增加；在低圍壓時，滲透率受內壓的影響相對較大，隨圍壓的增加，內壓對滲透率的影響變弱；內壓大于25 MPa時，滲透率隨內壓的增加而增加的幅度較大，表現出了非線性的特征，低于25 MPa時，滲透率隨內壓的變化很小了，表現出線性的特征。基于鎮涇長8儲層的地層壓力特征（內壓未超過25 MPa），因此，在不同圍壓循環下，滲透率隨內壓的變化規律體現了一種線性的特征，這是數據分析的基礎；同時，高圍壓下的滲透率隨內壓變化的兩條曲線靠得較近，而油藏壓力折算的圍壓處于實驗的高圍壓的范圍內，因此，分析數據時，采用高圍壓的滲透率隨內壓的變化關系曲線。

圖4 HH12－9降壓過程滲透率與內壓關系

圖5 HH12－9升壓過程滲透率與內壓關系

2 滲透率應力敏感性評價

結合上面應力敏感性實驗的結果，下面采用三種敏感性評價方法進行應力敏感性評價。

（1）方法一：結合方案一卸載的實驗數據，采用部頒標準SY／T5358－200的評價方法。該方法需要引入滲透率損害率的概念，其定義為：

式中：Dk——滲透率損害率，無因次；K1——加載過程中第一個應力點對應的巖樣滲透率，10－3μm2；Kmin為達到臨界應力后巖樣滲透率的最小值，10－3μm2。

根據上述定義，計算得到巖樣的滲透率損害率為74.3%，該巖樣的應力敏感性為強應力敏感。

（2）方法二：應力敏感系數法是在方案一的基礎上，通過式（4）對所測定的實驗數據進行處理，得到巖心的應力敏感系數，然后根據表1的評價標準對巖心進行敏感程度評價。其表達式如下：

式中：K0、Ki——初始測試點和有效應力為σi時對應的樣品滲透率，10－3μm2；σ0、σi——初始測試點和其他測試點的有效應力大小，MPa；Ss——滲透率應力敏感系數。

表1 應力敏感系數評價標準

應力敏感系數公式中，Ss為直線斜率的相反數。Ss越小，表明該樣品的滲透率應力敏感性越弱，反之越強。樣品加載時，滲透率應力敏感系數為0.15，根據應力敏感系數評價標準，為弱敏感。

（3）方法三：李傳亮提出的應力敏感指數法［5］是基于方案二的試驗數據進行評價，按照式（5）選取高圍壓（43MPa）條件下，孔隙流體壓力由22MPa下降10MPa時的滲透率的變化值進行評價。

式中：SI——應力敏感指數，無因次；ki——原始地層條件下的滲透率，10－3μm2；k——某個地層條件下的滲透率，10－3μm2。按照李傳亮的方法，當SI＜0.1時為弱應力敏感，當0.1≤SI≤0.3時為中等應力敏感，當SI＞0.3時為強應力敏感。

通過計算得到HH12－9巖樣地層條件下應力敏感指數在為0.02，根據應力敏感性評價標準得到該低滲致密砂巖的應力敏感性為弱應力敏感。

綜合三種評價方法的評價結果可以知道，行業標準法得到的敏感性最強，為強應力敏感。采用應力敏感系數法得到評價結果為弱應力敏感。方法三是最具參考價值的，因為該方法不同循環的內壓是變化的，每個循環中的圍壓也是變化的，因此，可以得到一定圍壓下不同孔隙流體壓力對應的滲透率值，這就得到了實際地層條件下圍壓不變而孔隙壓力變化時的滲透率改變值，評價結果符合實際生產過程，因此認定該巖樣為弱應力敏感（表2）。

表2 不同方法應力敏感性評價結果

3 結論

（1）按部頒標準開展的實驗和評價表明，巖石為強應力敏感；基于應力敏感系數法評價的為弱應力敏感。

（2）按析因設計得到的實驗結果，采用李傳亮應力敏感指數法，評價儲層巖石的應力敏感為弱應力敏感。該實驗和評價方法符合實際生產過程，因此，建議用這一方法評價儲層巖石的應力敏感性。

［1］ 何勇明，樊中海，孫尚如.低滲透儲層滲流機理研究現狀及展望［J］.石油地質與工程，2008，22（3）：5－7.

［2］ 歐陽傳湘，張昕，承寧，等.低滲透儲層氣測與液測應力敏感性試驗對比分析［J］.石油地質與工程，2011，25（4）：128－130.

［3］ 張新紅，秦積舜.低滲巖心物性參數與應力關系的實驗研究［J］.石油大學學報（自然科學版），2001，（4）：71－72，75.

［4］ 王秀娟，趙水勝，文武，等.低滲透儲層應力敏感性與產能物性下限［J］.石油與天然氣地質，2003，（2）：64－68.

［5］ 李傳亮.低滲透儲層不存在強應力敏感［J］.石油鉆采工藝，2005，（4）：64－66，95.

Zhengjing oilfield Chang 8 reservoir in south of Ordos basin is ultra low permeability lithologic reservoir，experiments have been carried out based on ministry standard and modified factorial design experiment.The experimental results show that the permeability changes a lot with the effective stress.Experimental data derived from modified factorial design show that when higher inner pressure is large，permeability change greatly with confining pressure.Three methods are evaluated based onstress sensitivity evaluation.For modified factorial design experiment scheme，sensitivity is weak by using the stress sensitivity coefficient method.This method is more consistent with the actual production process，therefore has more reference value.

110Chang 8ultra low permeable reservoir stress sensitivity lab experiment in Zhenjing oilfield

Zhou Sibin et al（North China Branch Company Exploration and Development Institute，Sinopec，Zhengzhou，Henan 450006）

permeability；stress sensitivity；low permeable tight sandstone；effective stress；stress sensitivity evaluation

TE312

A

1673－8217（2012）04－0110－03

2012－01－16；改回日期：2012－03－20

周思賓，工程師，1978年生，2003年畢業于中國地質大學（北京）石油工程專業，現從事石油工程地質研究工作。

中國石油化工股份公司科技部項目（P08042）。

吳官生