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储层岩石的应力敏感性评价方法

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岩石 应力 敏感性 评价 方法
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基 金 项 目 : 四 川 省 应 用 基 础 研 究 资 助 项 目 (04 114)。收 稿 日 期 : 2005203222作 者 简 介 : 李 传 亮 (1962 - ) , 男 , 四 川 南 充 人 , 教 授 , 从 事 油 藏 工 程 教 学 与 研 究 。文 章 编 号 : 100023754 (2006) 0120040203储 层 岩 石 的 应 力 敏 感 性 评 价 方 法李 传 亮(西 南 石 油 学 院 油 气 藏 地 质 及 开 发 工 程 国 家 重 点 实 验 室 , 四 川 成 都   610500)摘 要 : 油 气 藏 岩 石 同 时 受 外 应 力 (外 压 ) 和 内 应 力 (内 压 , 孔 隙 压 力 ) 的 共 同 作 用 。 油 气 藏 岩 石 对 外应 力 的 敏 感 程 度 , 用 外 应 力 敏 感 指 数 进 行 评 价 ; 对 内 应 力 的 敏 感 程 度 用 内 应 力 敏 感 指 数 进 行 评 价 。 油气 藏 的 外 应 力 敏 感 指 数 远 大 于 内 应 力 敏 感 指 数 。 由 于 油 气 藏 生 产 过 程 中 外 应 力 不 发 生 变 化 , 内 应 力 随开 采 过 程 而 不 断 变 化 , 因 此 , 油 气 藏 岩 石 的 应 力 敏 感 程 度 应 采 用 内 应 力 敏 感 指 数 。 岩 石 的 外 应 力 敏 感指 数 仅 受 敏 感 常 数 的 影 响 , 岩 石 的 内 应 力 指 数 受 敏 感 常 数 和 孔 隙 度 的 共 同 影 响 。 因 加 载 过 程 存 在 塑 性变 形 , 应 力 敏 感 性 评 价 应 采 用 卸 载 曲 线 。关 键 词 : 油 气 藏 ; 岩 石 ; 渗 透 率 ; 应 力 敏 感中 图 分 类 号 :     文 献 标 识 码 : 来 , 人 们 对 油 气 藏 的 应 力 敏 感 性 问 题 进 行 了大 量 的 实 验 研 究 [ 129 ] , 但 应 力 敏 感 程 度 的 评 价 方 法 一直 没 有 得 到 很 好 的 解 决 。 一 是 没 有 一 个 确 定 的 评 价 标准 , 二 是 没 有 把 实 验 室 的 测 量 结 果 转 换 成 油 气 藏 条件 , 因 此 , 所 谓 油 气 藏 的 应 力 敏 感 性 都 只 是 实 验 室 里的 结 论 , 而 非 油 气 藏 自 身 的 性 质 。1  应 力 敏 感 现 象所 谓 应 力 敏 感 现 象 , 是 指 油 气 藏 岩 石 的 渗 透 率 等物 性 参 数 随 应 力 条 件 而 变 化 的 性 质 。 通 常 情 况 下 , 油气 藏 的 外 应 力 (外 压 ) 为 一 常 数 , 当 从 油 气 藏 岩 石的 孔 隙 中 采 出 流 体 时 , 孔 隙 压 力 (内 应 力 , 内 压 )从 原 始 地 层 压 力 降 到 p, 岩 石 因 而 被 压 缩 , 岩 石的 相 关 物 性 参 数 也 跟 着 发 生 变 化 (图 1)。 一 些 强 应力 敏 感 性 地 层 , 还 伴 随 有 地 表 的 明 显 沉 降 和 储 层 的 垮塌 现 象 。储 层 岩 石 的 应 力 敏 感 程 度 用 内 应 力 敏 感 指 数 来 进行 评 价 , 以 渗 透 率 的 应 力 敏 感 性 为 例 , 储 层 岩 石 的 内应 力 敏 感 指 数 定 义 为 地 层 压 力 下 降 一 定 数 值 时 渗 透 率的 损 失 百 分 数 , 即S )式 中   S — — 应 力 敏 感 指 数 ; — — 原 始 地 层 压 力( 下 的 储 层 渗 透 率 , μ K— — — 某 个 地 层 压 力( p) 下 的 储 层 渗 透 率 , μ 力 敏 感 指 数 是 一 个 跨 度 指 标 ,在 分 析 油 气 藏 的应 力 敏 感 性 时 ,须 指 明 地 层 压 力 的 下 降 幅 度 。 为 了 便于 油 气 藏 之 间 的 对 比 和 评 价 ,储 层 岩 石 的 应 力 敏 感 指数 统 一 取 作 地 层 压 力 下 降 10 数 值 。 本 文 给出 的 评 价 标 准 是 :当 S 013时 ,为 强 敏 感 。2  室 内 评 价式 (1) 是 油 气 藏 内 应 力 敏 感 指 数 的 定 义 式 , 但却 无 法 进 行 矿 场 评 价 , 因 为 场 上 都 不 容易 测 量 。 油 气 藏 的 应 力 敏 感 性 评 价 通 常 是 在 实 验 室 的岩 心 上 进 行 的 , 一 般 情 况 下 岩 心 的 内 压 为 常 压 , 通 过不 断 改 变 外 压 来 测 量 岩 石 物 性 参 数 的 变 化 。 实 验 可 以沿 着 增 大 外 压 的 方 式 进 行 , 也 可 以 沿 着 减 小 外 压 的 方式 进 行 。 当 外 压 不 断 增 大 (加 载 ) 时 , 岩 心 被 压 缩 ,岩 石 的 相 关 物 性 参 数 也 跟 着 减 小 ; 当 外 压 不 断 减 小(卸 载 ) 时 , 岩 心 膨 胀 , 岩 石 的 相 关 物 性 参 数 也 跟 着增 大 (图 2、 图 3)。渗 透 率 随 外 应 力 的 变 化 曲 线 , 称 作 岩 石 的 实 测 外应 力 敏 感 曲 线 。 岩 石 的 外 应 力 敏 感 曲 线 基 本 上 呈 指 数规 律 变 化 (图 3) , 可 以 用 下 面 的 方 程 进 行 描 述·04· 第 25卷     第 1期     大 庆 石 油 地 质 与 开 发     2006年 2月K = Ko e- 2)式 中   σ — — — 岩 石 的 外 应 力 , — — 外 应 力 为 0时 的 岩 石 渗 透 率 ,μ K— — — 外 应 力 为 σ 时 的 岩 石 渗透 率 ,μ b— — — 岩 石 的 应 力 敏 感 常 数 ,。储 层 岩 石 的 外 应 力 敏 感 程 度 定 义 为 外 应 力 增 大 一定 数 值 时 渗 透 率 的 损 失 百 分 数 , 即S )把 式 (2) 代 入 式 (3) , 得S 1 - e- 4)为 了 便 于 对 比 和 分 析 , 储 层 岩 石 的 外 应 力 敏 感 指数 也 统 一 取 作 外 应 力 增 大 10 数 值 , 即S 1 - 0b (5)由 式 (5) 可 以 看 出 , 应 力 敏 感 常 数 定 外应 力 敏 感 指 数 的 关 键 因 素 。3  油 气 藏 评 价显 然 , 式 (5) 计 算 的 敏 感 指 数 是 油 气 藏 岩 石 的外 应 力 敏 感 指 数 , 它 并 不 反 映 油 气 藏 岩 石 对 孔 隙 压 力的 敏 感 程 度 , 油 气 藏 实 际 生 产 时 表 现 出 的 是 岩 石 对 孔隙 压 力 (内 压 ) 的 敏 感 性 。 由 于 油 气 藏 岩 石 的 内 应力 敏 感 曲 线 不 方 便 实 测 , 因 此 , 必 须 将 实 测 的 外 应 力敏 感 曲 线 转 换 成 内 应 力 敏 感 曲 线 , 然 后 , 再 对 油 气 藏的 应 力 敏 感 性 进 行 评 价 。 对 于 致 密 的 岩 石 来 说 , 转 换是 通 过 岩 石 的 本 体 有 效 应 力 来 完 成 的 , 岩 石 的 本 体 有效 应 力 为 [ 10, 11 ]σ σ - φ p (6)式 中   φ — — — 岩 石 的 孔 隙 度 , %。根 据 本 体 有 效 应 力 , 式 (2) 可 以 写 成K = Ko e- b (σ -φ p) (7)由 式 (7) 可 以 计 算 出 油 气 藏 原 始 地 层 压 力 下 的 岩 石渗 透 率 为 Ko e- b (σ -φ p i) (8)由 式 (7) 还 可 以 计 算 出 油 气 藏 任 意 地 层 压 力 下 的 岩石 渗 透 率 为K = Ko e- b (σ -φ p) (9)结 合 式 (8) , 式 (9) 也 可 以 写 成K = Ki e- p i- p) (10)把 式 (10) 代 入 式 (1) , 得 油 气 藏 的 内 应 力 敏 感 指数 为S 1 - e- p i- p) (11)由 于 把 油 气 藏 的 应 力 敏 感 指 数 统 一 定 义 为 地 层 压力 下 降 10 数 值 , 因 此 , 式 (11) 可 以 写 成S 1 - 012)式 (12) 就 是 用 实 测 的 岩 石 外 应 力 敏 感 曲 线 评价 油 气 藏 内 应 力 敏 感 程 度 的 计 算 公 式 。 由 式 ( 12 )可 以 看 出 , 不 仅 应 力 敏 感 常 数 岩 石 的 内 应 力 敏感 程 度 , 岩 石 孔 隙 度 也 对 岩 石 的 内 应 力 敏 感 程 度 产 生重 要 的 影 响 。 由 于 岩 石 孔 隙 度 通 常 小 于 1, 因 此 , 油气 藏 的 内 应 力 敏 感 程 度 通 常 小 于 外 应 力 敏 感 程 度 。室 内 测 量 时 , 岩 心 的 渗 透 率 是 从 降 到 而 油 气 藏 条 件 下 的 渗 透 率 是 从 降 到 2个 过 程 完 全 不 同 , 常 远 大 于 因 此 , 不 能 直接 用 实 验 室 的 结 果 来 代 替 地 下 的 情 况 。4  应 用 实 例图 3为 一 块 岩 心 (φ = 515% ) 的 渗 透 率 外 应 力敏 感 测 试 曲 线 , 显 然 , 加 载 过 程 中 出 现 了 明 显 的 塑 性变 形 , 不 宜 用 来 进 行 油 藏 的 应 力 敏 感 性 评 价 。 卸 载 过程 的 应 力 敏 感 曲 线 方 程 为K = 01776 21004 6σ (13)由 式 (13) 可 以 看 出 , 岩 石 的 应 力 敏 感 常 数 b =01004 6, 把 该 值 代 入 式 ( 5) , 得 岩 石 的 外 应 力 敏 感指 数 S 415% , 代 入 式 (12) , 得 油 气 藏 的 内 应 力敏 感 指 数 S 0125%。 计 算 结 果 表 明 , 油 气 藏 内 压下 降 10 气 藏 外 压 增 大 10 气 藏 产 生的 影 响 是 不 一 样 的 。但 是 , 若 用 加 载 曲 线 进 行 计 算 , 则 得 到 完 全 不 同的 结 论 。 加 载 曲 线 方 程 为K = 112361012 4σ (14)由 式 (14) 可 以 看 出 , 岩 石 的 应 力 敏 感 常 数 b =01012 4, 把 该 值 代 入 式 ( 5) , 得 岩 石 的 外 应 力 敏 感指 数 为 S 11166% , 代 入 式 (12) , 得 油 气 藏 的 内应 力 敏 感 指 数 为 S 0167%。 计 算 结 果 表 明 , 加 载过 程 的 应 力 敏 感 程 度 比 卸 载 过 程 增 大 了 许 多 。 总 体 说来 , 岩 石 对 应 力 变 化 的 敏 感 程 度 很 弱 。·14·  2006年 2月                     李 传 亮 : 储 层 岩 石 的 应 力 敏 感 性 评 价 方 法5  结   论(1) 油 气 藏 岩 石 对 外 应 力 的 敏 感 程 度 与 对 内 应力 的 敏 感 程 度 不 同 , 外 应 力 敏 感 程 度 大 于 内 应 力 敏 感程 度 。(2) 由 于 油 气 生 产 过 程 是 内 压 不 断 改 变 的 过 程 ,因 此 ,油 气 藏 应 力 敏 感 性 评 价 应 采 用 内 应 力 敏 感 指 数 。(3) 因 加 载 过 程 存 在 塑 性 变 形 , 应 力 敏 感 程 度的 评 价 应 采 用 卸 载 曲 线 。参 考 文 献 :[ 1 ] 王 秀 娟 , 杨 学 保 , 迟   博 , 等 1大 庆 外 围 低 渗 透 储 层 裂 缝 与 地 应力 研 究 [ J ] 1大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2004, 23 (5) : 882901[ 2 ] 王 秀 娟 , 赵 永 胜 , 文   武 , 等 1低 渗 透 储 层 应 力 敏 感 性 与 产 能 物性 下 限 [ J ] 1石 油 与 天 然 气 地 质 , 2003, 24 (2) : 16221651[ 3 ] 向   阳 , 向   丹 , 杜 文 博 1致 密 砂 岩 气 藏 应 力 敏 感 的 全 模 拟 试 验研 究 [ J ] 1成 都 理 工 大 学 学 报 , 2002, 29 (6) : 61726191[ 4 ] 杨 满 平 , 李   允 , 李 治 平 1气 藏 含 束 缚 水 储 层 岩 石 应 力 敏 感 性 实验 研 究 [ J ] 1天 然 气 地 球 科 学 , 2004, 15 (3) : 22722291[ 5 ] 张   浩 , 康 毅 力 , 陈 一 健 , 等 1岩 石 组 分 和 裂 缝 对 致 密 砂 岩 应 力敏 感 性 影 响 [ J ] 1天 然 气 工 业 , 2004, 24 (7) : 552571[ 6 ] 张 新 红 , 秦 积 舜 1低 渗 岩 心 物 性 参 数 与 应 力 关 系 的 试 验 研 究[ J ] 1石 油 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) , 2001, 25 (4) : 562601[ 7 ] 石 玉 江 , 孙 小 平 1长 庆 致 密 碎 屑 岩 储 集 层 应 力 敏 感 性 分 析 [ J ] 1石 油 勘 探 与 开 发 , 2001, 28 (5) : 852871[ 8 ] 廖 新 维 , 王 小 强 , 高 旺 来 1塔 里 木 深 层 气 藏 渗 透 率 应 力 敏 感 性 研究 [ J ] 1天 然 气 工 业 , 2004, 24 (6) : 932941[ 9 ] 陈 古 明 , 胡   捷 1平 落 坝 气 田 须 二 段 气 藏 储 层 敏 感 性 实 验 分 析[ J ] 1天 然 气 工 业 , 2001, 21 (3) 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版 社 , 199616421081编 辑 : 徐 衍 彬·24· 大 庆 石 油 地 质 与 开 发                 第 25卷   第 1期p s at p in p D : 100023754 (2006) 0120033204Im l L en t D B ,63453, on up p of of in of p In of up p in p p in of s a it be a m s up p D : 100023754 (2006) 0120037203Ga s a s et (63318, to on in ep of by by , by by on of by on of ep D : 100023754 (2006) 0120040203 en il 10500,is p p p of to is of to of is of In p of p of of of by of is by p p be D : 100023754 (2006) 0120043203 l a ca u em ix i Ba X W xp W 14151, In to of m p of u as an le to of of m on in on of m of m s of is   O [ 3 ]
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