頁巖油藏儲層物性壓力敏感性分析

馬龍 姜易龍 楊帆

摘要：本文主要對頁巖巖芯進行應力（壓力）敏感性評價分析，通過對應力敏感試驗分析進一步了解頁巖應力敏感影響因素，從而完善頁巖儲層改造技術措施，長時間發揮頁巖儲層最大產能。

關鍵詞：頁巖儲層;滲透率;裂縫;壓力敏感

一、頁巖微觀組構特征

對頁巖巖石微觀組構特征的研究我們主要通過X 射線衍射、巖石熱解、壓汞法和氮氣吸附法進行研究。通過X 射線衍射實驗和巖石熱解實驗的結果如下：石英、碳酸鹽和粘土為含量最高的三種無機礦物。石英含量為 14.3%到 58.6%，平均為 31.4%;碳酸鹽（白云石和方解石）含量為 0 到 56.5%，平均為 25.6%;粘土含量為 10.4%到 46.1%， 平均為 33.2%。此外，大多數樣品含有少量的長石和黃鐵礦，含量均小于 10%，個別樣品含有少量菱鐵礦。粘土礦物主要為伊蒙混層、伊利石和綠泥石，平均含量分別為 47%、37.6% 和 15.4% 。TOC 含量為 0.14 到 8.43%，平均為 1.9%。[1]

二、頁巖應力敏感模型

（1）圓形毛管模型

當巖石孔隙中多為粒間孔隙、粒內孔隙、有機質不定形孔隙，且主要是鈣質頁巖基質情況，基質內并不存在裂縫的時候，我們考慮適用毛管模型。該模型的滲透率應力敏感性往往是根據巖石力學性質，楊氏模量、泊松比所決定的。當頁巖巖石楊氏模量、泊松比相對比較高的時候，其應力敏感也就越強。

（2）橢圓孔模型

泥質頁巖主要孔隙為粘土片層狀孔隙，并且其基質內不含有宏觀裂縫。該類頁巖適用于橢圓孔模型。橢圓孔模型對比圓形毛管模型，其滲透率應力敏感不僅僅與巖石力學性質相關，另一方面孔隙的縱橫比也是主要影響因素。該類頁巖楊氏模量越低其應力明暗相對也就越強，并且泊松比的影響被淡化。那么這時孔隙形狀對應力敏感影響較大，孔隙縱橫比越小，巖石的應力敏感越強。

（3）裂縫模型

裂縫模型相似與橢圓孔模型。該模型主要適用于在片狀孔隙及基質孔隙中微小裂縫的巖石中，裂縫模型的滲透率應力敏感性主要與楊氏模量及裂縫縱橫比相關。當楊氏模量比較小的時候，孔隙縱橫比也比較小的時候，此時的應力敏感表征為強。

（4）雙重孔隙模型

該類模型下，楊氏模量表征越小，縫孔比越小、裂縫縱橫比越低時，巖石的應力敏感性也就越強。

結合以上幾種模型我么得到應力敏感影響因素，孔滲冪指數和孔隙壓縮系數，進而我們總結出了圓形毛管模型、橢圓孔模型、裂縫模型和雙重孔隙模型。孔滲冪指數主要由孔隙幾何形狀、孔隙的尺度和數量決定，孔隙壓縮系數主要由孔隙幾何形狀和巖石力學性質決定。孔滲冪指數與孔隙壓縮系數越大，滲透率應力敏感越強烈;反之，應力敏感越弱。頁巖應力敏感主要取決于巖石力學性質、孔隙縱橫比、裂縫尺度和基質孔隙度與裂縫孔隙度的比值。

總體上，巖石的楊氏模量越小，裂縫縱橫比越低，巖石的應力敏感越強。此外，在雙重孔隙介質中，當裂縫尺度遠大于基質尺度時，縫孔比越小，巖石的應力敏感越強;當裂縫尺度與基質尺度相近時，縫孔比越大，巖石的應力敏感越強。

三、頁巖滲透率應力敏感實驗分析

（1）傳統變圍壓應力敏感實驗

根據儲層敏感性流動實驗評價方法，將頁巖巖芯裝入夾持器中，加載2.0MPa圍壓，將設備入口壓力設置為0.2MPa，出口壓力放空，然后增加圍壓到5.0MPa，測試巖芯的滲透率，逐步將巖芯圍壓增加至25MPa，測量頁巖巖芯滲透率。隨后將要從25MPa逐步降低至5.0MPa。針對壓力變化繪制相應的曲線圖。從而進一步研究有效應力增加對儲層滲透率的傷害程度。

（2）定圍壓變內壓加載實驗

定圍壓變內壓加載試驗進一步應證了，當內壓持續降低，頁巖滲透率會隨之下降。內壓下降初期，頁巖滲透率下降也比較快，當下降進入后期，其滲透率下降呈現平緩趨勢。因此頁巖對內壓力有著極強的敏感性，當頁巖滲透率越低，則其對內壓的敏感性也就會越強。因為在圍壓不變的情況下，隨著內壓的降低，巖芯所承受的有效壓力就會顯著上升，巖芯內部孔隙將會受到擠壓變形，孔隙通道的收縮使得油氣流動通道變窄，這使得流動量下降，也就表現為滲透率下降內壓作用剛開始，巖石變形程度相對較大，因此巖芯滲透率瞬間變化，其下降率也相對較高，然而孔隙被壓縮至一定極限的時候，孔隙已經不能發生變形時，那么巖芯滲透率下降也就相對緩慢了。

（3）定內壓變圍壓加載實驗

定內壓變圍壓增壓實驗中隨著圍壓的增加，頁巖孔喉呈現縮小趨勢，孔喉通道的縮小進一步阻礙了流體的通過。并且頁巖中的天然發育裂縫在圍壓的作用下也會進一步被壓縮，并且閉合，這使得巖石的滲透率急劇下降。當圍壓開始下降，頁巖的滲透率并不能立馬恢復，巖石彈性形變恢復是需要一定的時間，因此存在一定的滯后性。圍壓的影響使得原有巖石不僅僅存在彈性形變，也存在塑性形變，這使得頁巖的滲透率不能完全恢復到當初的狀態。實驗結果表明，頁巖對圍壓有著極強的敏感效應，在升圍壓的過程中，巖心的滲透率越高，滲透率損害率越大。

結論

通過本文分析研究得知：

（1）頁巖應力（壓力）敏感程度與其巖石力學性質、泥質成分含量相關;

（2）頁巖中泥質成分較高的巖石，其表征頁巖自身的楊氏模量也就越小，其壓縮性能也就越好，相對對來說也就比較容易被壓縮，那么容易被壓縮也就證明其應力敏感系數越大;

（3）通過頁巖應力敏感機理研究及頁巖滲透率應力敏感實驗，我們知道，當有效壓力逐步增大，頁巖片狀孔隙的閉合會進一步降低頁巖內部孔隙的連通性，并且，孔喉半徑相對于特低滲透儲層來說比較低，中孔孔隙在頁巖中分布頻率相對較高;

（4）因此對于中孔孔隙，其對巖石滲透率貢獻比較大的應力敏感普遍強，對于滲透率貢獻小的敏感程度相對弱。

參考文獻

[1] 阮敏，王連剛. 低滲透油田開發與壓敏效應[J]. 石油學報，2002，23 （3）： 73-76.

[2] 宋傳真，鄭榮臣. 致密低滲氣藏儲層應力敏感性及其對單井產能的影響[J]. 大慶石油地質與開發，2006，25（6）： 47-49.

長慶油田第十一采油廠 甘肅 ?慶陽 ??745000

長慶油田第二采油廠 ??甘肅 ?華池 ??745600

長慶油田第十采油廠 ??甘肅 ?慶陽 ??745000