儲層應力敏感性測試裝置的改進及其對測試結果的影響

孫 強 李培倫中石化股份勝利油田分公司勘探開發研究院

儲層應力敏感性測試裝置的改進及其對測試結果的影響

孫 強 李培倫
中石化股份勝利油田分公司勘探開發研究院

孫強（1986-）男，助理工程師，2012 年碩士畢業于中國石油大學油氣田開發工程專業，現就職于中石化股份勝利油田分公司勘探開發研究院，主要從事油氣田開發試驗方面的研究。

在油氣藏的開發過程中，由于儲層流體不斷被采出，孔隙內壓力不斷降低，油氣藏中巖石固有的應力平衡狀態被打破。根據巖石力學相關理論，由于應力平衡狀態發生改變，巖石的幾何尺寸必然將發生變化，即發生彈塑性變形。這種變形同時會導致巖石中孔隙體積和孔隙形態的改變，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，這就是儲層應力敏感性產生的原因。目前實驗室應力敏感性的測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，受目前實驗室常用的巖心夾持器設備的限制，都只能對巖心施加徑向圍壓，這與實際儲層巖石所受的來自各個方向上的應力不符。這就需要我們對原有的巖心夾持器設備進行一些改進。

應力敏感性測試所用巖心夾持器的改進

目前，儲層應力敏感性評價流動實驗受所用的巖心夾持器設備（如圖1所示）的限制，測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，均只能對巖心施加徑向圍壓，這與實際儲層巖石所受的來自各個方向上的應力不符；實驗室所用的巖石力學實驗機雖然可以對巖心施加三軸應力，但是由于該設備在使用過程中拆卸不方便，且實驗成本較高，對于日常的生產樣品來說，操作起來難度較大。為解決上述技術難題，我們發明了一種新的用于儲層應力敏感性評價流動實驗的巖心測試裝置。該裝置能夠解決現有巖心測試裝置不能對巖心施加三軸向應力、密封效果安全性等方面的不足。圖2為本發明的三軸應力敏感巖心夾持器裝置結構圖。

圖1應力敏感性測試常用巖心夾持器

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：圍壓跟蹤泵內的液體通過6-徑向圍壓進口進入7-橡膠筒和5-巖心筒之間的環形空間，擠壓7-橡膠筒從而對樣品施加徑向圍壓；軸壓跟蹤泵內的液體通過3-軸向圍壓進口進入4-活塞式巖心堵頭和2-密封圈所圍的環形空間，帶動4-活塞式巖心堵頭以及1-入口巖心頂桿向巖樣方向發生軸向位移，從而對巖樣施加軸向應力。徑向圍壓系統和軸向應力系統作為獨立的加壓單元，互不影響，可同時對巖心施加不同的壓力值。

測試裝置對應力敏感性測試結果的影響

為了對比普通巖心夾持器和該發明中所述的巖心夾持器的實驗效果，我們在同一塊巖心上取了兩個樣品，樣品的基礎數據如表1所示。樣品1#用普通巖心夾持器做了只加徑向圍壓的應力敏感性評價流動實驗，實驗結果如圖3所示；樣品2#用該發明中所述的巖心夾持器做了同時施加徑向圍壓和軸向應力的應力敏感性評價流動實驗，實驗結果如圖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%，根據行業標準SY/T 5358—2010中的要求，其應力敏感性測試結果為中等偏弱，圖4所示的滲透率損壞程度為17.50%，其測試結果為弱損壞程度，因此，與同時施加徑向圍壓和軸向應力的應力敏感測試結果相比，只施加徑向圍壓的應力敏感測試結果夸大了儲層巖石的應力敏感性。用該發明中的巖心夾持器所得的測試結果更接近于儲層實際情況，提高了室內實驗評價的準確度，取得了較好的效果。

圖2 三軸應力敏感巖心夾持器裝置結構圖

圖3 普通巖心夾持器的應力敏感性實驗曲線

圖4 三軸向應力敏感巖心夾持器的應力敏感性實驗曲線

表1 樣品基礎數據表