• / 6
  • 下载费用:5 下载币  

川西深层气藏岩石应力敏感特征及对产能影响

关 键 词:
深层 岩石 应力 敏感 特征 产能 影响
资源描述:
2009年6月 第28卷第3期 大庆石油地质与开发 009 8 0.3969/J.000—3754.2009.03.012 川西深层气藏岩石应力敏感特征及对产能影响 单钰铭 童凯军 黄敏 李 勇 (1.成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室,四川成都610059;2.西南油气分公司工程技术研究院, 四川德阳618000;3.中国石化石油工程西南有限公司钻井工程研究院,四川德阳618000) 摘要:为了解致密砂岩储层生产过程中有效覆压变化对渗透率的影响特点,在不同有效覆压水平下,进行了致 密砂岩岩样渗透率实验。实验结果表明:致密砂岩岩样的渗透率随有效应力的增加而减小,但减小趋势中存在 一个拐点区间,拐点区间前渗透率随有效覆压的增加下降幅度较大,拐点区间之后则下降幅度趋于平缓。压力 恢复实验则显示了岩石由于部分塑性变形导致的应力敏感伤害成为一种永久的、不可逆的伤害。通过对实验数 据进行拟合分析,建立起了有效覆压与渗透率之间的乘幂式关系。在平面径向流假设条件的基础上,考虑储集 层应力敏感性影响,推导出了新的产能方程,定量计算分析了应力敏感对气井产能的影响,对深入研究川西地 区致密砂岩气藏开发动态和气田配产方案具有一定的指导意义。 关键词:致密砂岩;有效覆压;渗透率;拐点区间;乘幂;产能方程 中图分类号:献标识码:B 文章编号:1000—3754(2009)03N u—(1.10059,.18000,.o.18000,n to of up on in of a of is at of up of of is in to be n of to on be y on up is on of of a on of on 稿日期:2008者简介:单钰铭,男,1956年生,副教授,硕士生导师,从事储层岩石物理学、油层物理学、储层改造等方面的教学 和科研工作。 E—B ·50· 大庆石油地质与开发 2009定 is on ty 着世界对天然气需求的不断增长和常规天 然气资源的日趋减少,非常规的低渗致密砂岩气藏 正作为一种新兴的后备气源迅速崛起。在近几十年 来,世界上一些含油气盆地陆续发现了非常规低渗 致密砂岩气藏,其储量巨大,据估算,目前世界上 现今技术可开采的致密砂岩气储量为(10.524) ×10 m ,居非常规天然气之首 J。我国致密砂岩 气藏分布领域广泛、类型多样,在四川、鄂尔多 斯、吐哈、松辽等众多盆地和地区皆有分布,是 21世纪最有希望且最现实的重要天然气勘探领域。 致密砂岩气藏多指裂缝不发育的孔隙型砂岩气藏, 具有低孔、低渗、孔隙结构差的地质特征和高含水 饱和度的流体储集特征,以及单井产量低,产量递 减快,开发过程中多数不产水等生产动态特征,导 致其渗流机理与中高渗气藏有明显的不同,因此在 气藏生产动态及产能评价方面也存在着明显差异, 近年受到石油工作者的密切关注,尤其是岩石的应 力敏感性对致密砂岩气藏产能的影响成为学者们研 究的热点问题。 本文以四川盆地某典型致密砂岩气藏为研究对 象,通过选取致密砂岩岩样进行覆压实验,研究讨 论低渗岩心在覆压实验中的变形特征,将实验研究 结果与理论研究成果相结合,推导了考虑岩石应力 敏感性的气井产能公式,评价了岩石应力敏感性对 气井产能的影响。 1储层基本特征 气田位于靠近龙门山前缘的川西凹陷中部,面 积约888.659 从1990年5月发现并投入开 发,至2002年12月底,相继完成钻井470口,建 成工业气井436口,发现包括孝泉一丰谷气田在内 的6个气藏,获三级天然气地质储量1 248.53× 10。m。,其中探明天然气地质储量652.04×10。 动用天然气可采储量396.68×10 m /d,累计产气 25× 产气量12.175 3×i0。m。。试采特 征主要表现为:单井自然产能低、采出程度低、生 产压差大、稳产条件差、可采储量小,加砂压裂效 果显著。 为了详细了解气田研究层段的储层特征,对具 有系统岩心岩性、物性分析资料的探井进行了单井 分析。据薄片分析资料统计,目的层段岩性主要为 中细泥质硬砂质石英砂岩,岩石粒度以0.2~0.4 数在0.50.8 岩以不规则角状 为主,部分为次圆形,胶结物较少,颗粒支撑,连 通性差,面孔率较低,一般为1%左右。另外,据 12口取心井岩心分析结果表明,孔隙度最大值为 6.24%,孔隙度主要分布范围为1%~4%,峰值 区间为2%一3%,储层平均孔隙度为3.5%。渗透 率最大值为0.73×10一 m ,主要分布范围为 (0.016—0.160)x 10一 ,峰值区间在(0.063 ~0.100)m。,储层平均渗透率为0.045× 10~ m 。由此可见,目的层段储层的渗透率极 低,属于致密砂岩储层。 2实验结果分析及应力敏感系数评价 2.1实验方法 近似取上覆岩石压力与岩石内孔隙流体压力之 差为有效覆压,用围压来模拟上覆岩层压力,再以 增加围压使得地层有效覆压增加的方式来模拟由于 地层孔隙压力不断下降而引起的逐渐增加的岩石骨 架所承受的有效覆压。参照砂岩储层敏感性评价实 验方法(5358—2002),选取了5块柱塞岩 心,利用“油气藏地质及开发工程”国家重点实 验室自主研制的行了覆压实验。实验步骤是先逐渐升高围压,至 储层最大净上覆压力(50 ,逐渐降低围 压至最小值。实验中使用的流体介质为干燥氮气, 由于实验中孔隙压力不超过0.3 此在实验 中近似认为围压即为储层岩石的有效覆压,实验范 围为2—50 中每块岩心实测10个渗透率 样点。 2.2实验结果 2.2.透率随有效覆压改变而发生变化的规律往往 因岩性及孔隙结构的差异,其变化规律不同。为了 更为直观的描述岩心应力敏感性对气体渗透率的影 第28卷第3期 单钰铭等:川西深层气藏岩石应力敏感及对产能影响 ‘5 1· 响,此处引入了无因次渗透率的概念,即任意测点 下的渗透率比值,其物理 意义在于表征了相应有效覆压下岩石渗透率的保持 率 ]。实验结果如图1所示,随着有效覆压的增 加,渗透率下降曲线存在一个应力敏感拐点区间, 拐点区间之前岩石渗透率下降很快,拐点区间之后 降幅趋于平缓。其中拐点区间的位置因岩样而异, 对于本次实验样品,拐点区问大体在应力值为2O ~30 据研究区地层压力梯度及平均上覆 岩层密度等参数计算,可知取心岩样实际所处储层 的原地有效覆压为2533 好位于拐点区间 附近。根据孔隙与喉道变形理论 ,分析上述现 象的原因有:对于砂岩储层,在钻开储层前储层岩 心处于受压实状态,当从原地应力状态下取出岩 心,由于上覆岩层压力的消失使得岩心的骨架应力 得到释放,这种应力状态和大小的变化将使岩心的 孔隙结构发生变化,部分小喉道将开启或增大,当 岩心再次受到压力作用,初始增压时,岩石中相对 较小的喉道将最先被闭合,而孔隙基本不闭合,由 于致密低渗砂岩基块岩心渗透率主要受喉道控制, 且小喉道半径所占比例越大,喉道减小或闭合的数 量就越多,因此渗透率将发生大幅度减小,随着有 效覆压的继续增加,骨架颗粒不断被压实,未闭合 喉道的数量越来越少,且多为不易闭合的喉道,因 此中后期渗透率降低的趋势会逐渐减小。 有效应力/ .2.2岩石变形产生滞后效应 在气田:开发中,常有多次开井和关井的情况出 现,对应力敏感性较强的气井,每次开关井都会对 储层渗透率产生一定的影响,这种影响有些是暂时 的,有些是永久的。在进行应力敏感性实验的同时 也进行了降压实验,以评价压力恢复对致密砂岩气 藏岩心渗透率的影响。 图2显示了其中两块岩样进行卸载实验时,渗 透率随围压增加再降低的变化关系,从图中可以看 出,随着卸载的进行即有效覆压的恢复,渗透率有 所恢复,但不能恢复到加载时有效覆压所对应的渗 透率初始值,这就是大多数低渗岩样实验时经常遇 见的渗透率滞后现象。在5个实验样品中,以品滞后效应最明显,当压力从2 透率从1.88×10~ m 下降至0.08× m ,下降了95.7%,当压力从50 到2 样渗透率恢复到0.8×10~ m , 没有恢复到初始渗透率,其渗透率相对损失率达到 57.4%。与岩心在增加有效覆压时,在拐点区间前 大幅度下降相似,在降低有效覆压时岩心渗透率在 该区间内的恢复程度也相对较高。 有效应力/2基块岩心应力敏感性 现渗透率滞后现象是因为在加载过程中, 有效覆压增加将压缩致密砂岩孑样品的喉道将逐渐关闭,当卸载时这些喉道并不能 马上张开恢复,而是要经过一段时间,且由于岩石 属于弹一塑体,应力恢复后将只有一部分孔喉由于 弹性形变能恢复到原始状态,另一部分将产生部分 或永久变形而不能恢复到原来的孔喉大小,由此说 明了岩心在高有效覆压的作用下内部孔隙结构发生 了变化,即岩心形变由低有效覆压下的线性或弹性 变形向高有效覆压下的非线性变形或者是弹塑性变 形转化,并且在高有效覆压下这种变形逐渐以弹塑 性变形为主。因此可以说由滞后效应引起的渗透率 损害是不可逆的,对储层的伤害也就不能完全恢 复。由此表明,对于川西致密砂岩气藏,当有效覆 压降低后,岩心渗透率会有所恢复,但不能恢复到 原始数据。由于孔隙的变形具有塑性变形的特征, 在开发过程中,有效覆压的变化将会造成岩石、孔 隙的部分永久变形,从而对储层的渗透性也会造成 一定程度的伤害。鉴于此,为了最大限度地减少应 大庆石油地质与开发 2009在 力敏感性对储层产能的影响,制定合理生产压差就 显得特别重要。 2.3应力敏感系数评价 在传统介质变形油气藏渗流力学理论研究中, 大多采用O A 念,其假设渗透率模量保持常数 = 1 1) ^式(1)积分,便可得到常用的渗透率与压力关 系的指数式 K(p):-(p。一P)] = ·(2) 式中p。——原始地层压力,o——原始地 层压力下的渗透率,10~ m。;卜地层压力为P 时的渗透率,10‘‘ m ; ——渗透率模量, l/观察式(1)、(2)可知,这种渗透率模量模 型与岩石的压缩系数具有相近的形式和物理意义, 是基于岩石受力变化之后发生的弹性变形的假设而 提出的。若要将此形式应用到岩心覆压实验中来, 对于只发生弹性变形的岩心(中高渗岩心)来说 是适用的,而致密砂岩储层低渗岩心在覆压实验过 程中的变形特征与中高渗岩心有所不同,为弹塑性 一弹性过程,即低渗砂岩属于塑一弹性体,在应力 较低时,应力一应变曲线略向上弯曲,当应力增加 到一定数值后,应力一应变曲线逐渐变为直线,直 至发生破坏 。这与低渗岩心的特点密切相关, 低渗储层岩心具有泥质及胶结物含量高、微裂缝发 育等特点,当岩石开始受压应力作用时,部分颗粒 骨架首先发生位移,当颗粒达到接触后,岩石压应 力完全靠颗粒骨架承担,因此,在应力加载初期首 先表现出塑性形变,在此阶段孑透率等有 相对较大幅度的降低,而在后期表现出弹性形变特 征。 为了将实验数据更好地与油气藏工程理论相结 合,对以上5块岩心的渗透率与有效覆压进行回归 发现,所有关系式中以乘幂关系式的相关系数最 高,基本都在0.98以上,二次多项式次之,而指 数式的相关系数相对较低,这说明以往研究得出的 渗透率与有效覆压之间呈现的指数关系式并非通 式,而应针对不同地区储层岩样选择合适的函数关 系式。 根据实验数据,分析有效覆压与岩心渗透率成 乘幂递减关系 / 0) (3) 对式(3)两边取对数,得 S=一// 0) 式中 。——实验中的初始有效覆压,——初始岩心渗透率,10~ m ;K——各有效 覆压 水平下对应的渗透率,10~ m ;敏感系数; Ⅱ=p 一p,p =0.001p p ——储层上覆岩层压力,p——孔隙流体 压力, ——平均上覆岩石密度,kg/m ; g——重力加速度; 储层埋深,m。 实际上,岩石的应力敏感性具有双重含义 J: ①常规条件下储层物性与原始覆压条件下储层物性 测定值之间的差异;②当有效覆压改变时,储层物 性随应力变化而变化的特性。因此,在将室内实验 结果与实际油藏工程应用相结合时,应力敏感性评 价基准点的正确选取就显得至关重要。在以往的大 多数研究中是以低有效应力(或岩心地面渗透率) 为基准点来研究压敏效应,得到的应力敏感伤害程 度偏高 J。因为以岩心地面渗透率作为初始渗透 率基准值时,应力敏感造成的渗透率变化对产能的 影响可分为两部分:一部分是由于储层上覆岩石压 力使渗透率发生变化造成的,为静态影响;另一部 分是由于生产过程中孔隙压力发生变化而使渗透率 发生相应变化造成的,为动态影响。如图3所示, 其中实线表示渗透率一有效覆压关系曲线,虚线表 示生产时孑图中可看出 一K 的变化幅度远远大于K 一K 的变化幅度,即 初始上覆应力造成的影响比实际生产过程中孔隙压 力的动态变化造成的影响更大。这一点从图4中也 可以同样清楚的看出,常规地面条件到原地有效覆 压条件气藏渗透率变化率比超过原地有效覆压点之 后渗透率的变化率要大得多。 渗透率 幽 抛 一 图3有效覆压与渗透率关系 28卷第:;期 单钰铭等:川西深层气藏岩石应力敏感及对产能影响 ‘53· \ 料200 . 籀100 她 O 有效应力/4基于原地有效覆压的基块岩样渗透率变化率 of of on 一up 于此,式(3)中关于应力敏感系数评价的 基准点若改为原地有效覆压,则更加符合钻井、完 井及开发中有效覆压波动的初始点是原地有效覆压 这一实际情况。消除了在以往进行应力敏感评价时 选取初始测点,结果夸大了有效覆压对储层渗透率 的损害。 K/K 曲=(or 。啪) (4) 式中 锄一一原地有效覆压, 舯——原地 有效覆压下的渗透率,m 。 本次实验5块岩心的无因次渗透率与无因次有 效覆压关系曲线如图5所示,二者相关性良好,说 明引用乘幂式关系式能够较好的描述层低渗岩心渗透率与有效覆压之间的内在规律。 一一0 童一。 一0 —0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 图5岩心渗透率与有效覆压的关系 up 考虑渗透率应力敏感性的气井产能 公式 根据实验得到的岩样渗透率与有效覆压之间 的关系式,结合达西渗流公式,可以推导考虑应力 敏感时的气井产能方程。对于平面径向稳定状态渗 流,外边界压力恒定,各过水断面质量流量不变。 根据平均压力法,取平均压力 =(p +2, 用平均压力求天然气平均粘度五和偏差因子 ,并 认为在积分范围内是常数。采用气田实用单位制可 得稳定流动状态下气井产能公式用下式表示 川 dP 5) Q。。 z ‘ …r 式中 ——气层有效厚度,m;Q。 ——标准状况 下的产气量,m /d; 储层渗透率,10-’ ; ——气体黏度,s;z——天然气压缩因子, 无因次量;卜气藏温度,K;r ——井底半径, m;气井供给半径,m;p ——储层原始孔隙 压力,w——井底流压,式(5)中渗透率非 常数,因此将考虑应力敏感的渗透率方程(4)代人 式(5),分离变量积分,可得半径。= 774丽.6 K~(,P~Q )(6) F()(6) F(p ,P,P )=寺× { [p (p 一p )卜 一P(p 一P)卜 ]+ —二_ [(w) 一 一(pc~p) 一 ]J (7) 压力分布公式为 In(r/ r~)= F(p P P (8) ln(r。/R ) , , ) 式中F(P。,P,P )与F(P ,P。,P )形式相 同。 当不考虑由于地层压力下降造成的渗透率变化 时,则理想气井产能公式可以表示为 Q = (p:) (9) (pe—p:)(9) 将式(8)代入式(7),再与式(9)左右相比, 可得 : (10)Q 。P 一p 2) 4应力敏感对川西深层气藏气井产量 的影响 l~J,藏基本参数为: 气藏深度4 675 m,气藏温度393 K,气体相对密 度0.601 9,平均气体黏度0.036 s,平均压 缩因子1.49,储层原始地层压力80.46 始 地压系数1.73,应力敏感性系数由实验得到。将 ·54· 大庆石油地质与开发 2009钜 这些参数分别代入式(7)、式(9),可以计算得 到考虑不同情况时气井的流入动态曲线(图6)。 从图6可看出,随着井底流压的逐渐降低,压力衰 竭程度越高,压敏效应越强,产量下降幅度也将变 大。从计算结果分析,考虑应力敏感时气井对应的 无阻流量约为理想井的66.8%。 O~/(1d ) 图6气田产能曲线对比 of of 了对比分析介质变形造成的不同初始渗透 率变异对产能的影响,下面定义一个产量降低幅度 系数 ,其表达式为 /3:(1一 )x 100% 另0取 舯为0.08×m 、0.O1×m 、0.008×.0.005 X m ,计算 储层孔隙压力动态变化△的关系曲线,如图 7所示,从图中可以看出,初始渗透率越低,应力 敏感程度也将增大,即/3值逐渐增大,导致产能下 降幅度也将变大。 5结 论 7 系 p 1)致密砂岩气藏渗透率随所受有效覆压的增 加而减小,下降曲线存在应力敏感拐点区间。渗透 率一般在该区间范围内急剧变化,且这个压力区问 刚好与原始储层应力区间相对应。 (2)压力恢复实验则显示,岩石渗透率的变化 是不可逆转的。升压和降压的渗透率变化曲线不能 重合,降压曲线在升压曲线的下方,说明渗透率是 不能完全恢复的。 (3)致密砂岩岩心在覆压实验过程中的变形特 征与中高渗岩心有所不同,为弹塑性一弹性过程, 不适合用传统的指数式来表达致密砂岩岩心与有效 覆压的关系。 (4)从达西渗流公式出发,以原始储层渗透率 为基准点,给出了考虑储层应力敏感性的气井产能 方程,并通过现场实例计算了应力敏感性对气井产 能的影响。 (5)实际生产中,为了提高气井产量,往往会 采取放大生产压差方式进行生产,而生产压差越 大,压敏性越强,最终导致对气井产能造成一定程 度地影响,降低了气井的开采速度。因而在生产过 程中控制合理的生产压差极为重要。 (6)本次研究加深了地层压敏性对致密砂岩气 藏气井产能影响的认识,为今后致密砂岩气藏的高 效开发提供了理论依据。 参考文献: [1]李健,吴智勇,曾大乾,等.深层致密砂岩气藏勘探开发技术 [M].北京:石油工业出版社,2003. [2]石玉江,孙小平.长庆致密碎屑岩储集层应力敏感性分析 [J].石油勘探与开发,2001,28(5):85[3]阮敏,王连刚.低渗透油田开发与压敏效应[J].石油学报, 2002,23(3):73[4]孙广忠.岩体结构力学[M].北京:科学出版社,1994: 109.182. [5]闫存章,李阳.油藏地质建模与数值模拟技术文集[M].北 京:石油工业出版社,2007:106·111. [6]罗瑞兰,程林松,彭建春,等.确定低渗岩心渗透率随有效覆 压变化关系的新方法[J].中国石油大学学报(自然科学 版),2007,31(2):87[7]郑维师,刘易非,何秋轩.压敏效应对低渗透砂岩气藏产能的 影响[J].新疆石油地质,2005,26(2):191【8]于忠良,熊伟,高树生.致密储层应力敏感性及其对油田开发 的影响[J].石油学报,2007,28(4):9808. 【9]杨胜来,肖香娇,王小强,等.异常高压气藏岩石应力敏感性及 其对产能的影响[J].天然气工业,2005,25(5):94[10]杨继盛.采气工艺基础【M].北京:石油工业出版社, 1995:44编辑:邵宪志
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:川西深层气藏岩石应力敏感特征及对产能影响
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-18741.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开