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低渗透砂岩储层岩心应力敏感性实验评价与分析

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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2010年9月 试 采 技 术 渗透砂岩储层岩心应力敏感性实验评价与分析 吴天江 李华斌 何先军 孟江龙 (1.中国石油长庆油田公司油气工艺研究院陕西西安710018; 2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室·成都理工大学四川成都610059) 摘要通过改变围压的方式模拟有效应力的变化,开展低渗砂岩储层岩心应力 敏感性实验研究。结果表明,加载围压在5~15 着围压的增大渗透率损失率逐渐降低,最后基本不变。渗透率越低岩心的应力敏感性 越强。卸载围压后岩心渗透率均没有恢复到初始渗透率,原因是在加载过程中孔隙结 构的弹塑性形变产生了结构性破坏,导致恢复不可逆。注水井注入压力过高或压力波 动可能引起孔隙结构发生弹塑性形变使渗透率损失,从而降低了波及效率。对于采油 井,井底流压过大可能破坏岩石骨架结构使孔喉闭合而影响单井产能和最终采收率。 应力敏感的存在必须将生产压差控制在合理的范围内,以保持油井稳产。 关键词 应力敏感有效应力 围压低渗透储层 岩石渗透率体现了岩石的综合导流能力, 也决定了流体的渗流状况。在油气田开发过程 中,随着流体的产出,地层压力下降,储层岩 石骨架承受的应力增加,造成岩石产生塑性或 弹塑性变化使孑致储层岩石渗透率 降低。这种随压力变化引起渗透率发生变化的 现象称为储层的应力敏感性 ]。储集层渗透 率的变化必然会影响储集层岩石的渗流能力, 从而影响油井的产能。众所周知,低渗透油藏 储层岩性致密,通常表现出低孑压, 非均质性强等特征,单井产能低,一般需要增 产改造措施才能获得产能。渗透率是制约低渗 透储层单井产能的重要因素。研究表明,低渗 渗透油藏具有应力敏感性,应力敏感性是由于 孔隙和喉道被压缩或闭合引起孑而产生的,岩石力学特性是孔隙压力、孑体分布的函数『4】。因此,应力敏感性对低渗 透油藏开发的影响越来越受到关注,对低渗透 储层应力敏感性以及对产能的影响也得以被广 泛研究。本文研究低渗透砂岩油藏的应力敏感 性。 1实验制备及方法 实验岩心为华北油田心,基本参数见表1。实验仪器主要包括氮 气瓶、恒温箱、气测渗透率仪。 表1华北油田照《覆压下岩石孑法》,将岩心放人恒温箱中90℃恒温烘 干,用气测渗透率仪测定不同有效应力下岩 心的渗透率,驱替介质为氮气,其中有效 应力的模拟采用改变岩心夹持器围压的方式 作者简介:吴天江,男,1985年出生,2009年毕业于成都理工大学油气田开发工程专业,获硕士学位。现从事油气田开发工作。 7952O@126.010年9月 吴天江李华斌何先军等:低渗透砂岩储层岩心应力敏感性实验评价与分析 实现。实验包括围压上升和围压下降两个过 程。围压上升过程模拟孔隙流体压力降低和 净上覆岩石压力增大的过程;围压下降过程 模拟孔隙流体压力升高和净上覆岩石压力减 小的过程,即模拟渗透率恢复的过程。具体方 法是:驱替压力恒定,以1.5 ,先逐点增加夹持器的围压值,依次为3 O 25 算对应压力下的渗透率值。然后逐点 降低围压值开始逆向实验,计算对应压力下 的渗透率值。 2实验结果分析和讨论 2.1 围压与渗透率损失率的关系 利用实验得到的不同围压对应的渗透率 值,计算岩心渗透率损失率。对实验结果的 分析采用渗透率损失率参数评价加载过程中 岩心的应力敏感性。岩心渗透率损失率采用 以下公式计算: 渗透率损失率= ×100% 式中:K 为岩心初始渗透率,10~ m ; 个有效应力下的岩心渗透率,10~ m 。 实验岩心的渗透率损失率与围压的关系 见图1,其中定义围压为1.5 始渗透率 对应的岩心渗透率损失率为0。 图1岩心渗透率损失率与围压的关系 从图着围压的增加,三块 岩心的渗透率损失率均是先急剧增加,接着 增加幅度开始变缓,最后三条渗透率损失率 曲线都基本趋于平稳。从三块岩心总体变化 看,渗透率的损失主要发生在围压从3 至5 围压大 于15 块岩心的渗透率损失率基本 保持在同一水平值。即渗透率的损失主要是 发生在有效压力增大的初始阶段。从曲线还 可以看出,随着围压的增加,渗透率越低的 岩心渗透率损失率程度越高。说明岩心的渗 透率越低,压敏性越强。 实验围压的增加必然导致岩心被挤压导致 孔隙结构发生变化。由孑,砂岩受压缩时,最先被压缩的是喉道而非 孔隙。而喉道的结构和大小对渗透率的大小起 着决定性的作用,它控制着储层渗流能力的大 小。在岩石未受压时,岩石中的孔隙与喉道并 存。当受压时,由于喉道的形变比孔隙形变 强,部分喉道受压后可能会闭合,而孑,基本不闭合。显然,喉道的形变及闭合使 孔隙间的连通性变差_5】,渗流通道变小。随有 效压力增大,未闭合的喉道数越来越少,且多 为不易闭合的喉道,致使岩石受压后压缩量减 小,所以渗透率下降趋势逐渐减缓岩石骨 架受压较大时孔隙形变对渗透率影响很小,因 此渗透率基本保持不变。 2.2 围压卸载实验分析 围压卸载实验数据见图2。 (b) 试采技术 图2围压加载与卸载过程的渗透率变化情况 从图2可以看出,在卸载围压过程中,三 块岩心渗透率逐渐得以恢复,但都没有恢复 到最初的渗透率。在围压从25 应围压下的岩心渗透率与加 载过程中的渗透率值基本接近,岩 02和3的 渗透率甚至略高于加载过程的渗透率值。当 围压继续减小,岩心渗透率恢复的程度显著 降低。岩心编号1、2、3的渗透率最终恢复率 分别为78.98%、84.95%、86.50%。从曲线可 看出,在围压卸载的初始阶段岩心渗透率恢 复较好,而在逐渐卸载围压至1.5 透率并没有恢复到初始值。 通常岩石形变主要是发生在有效应力增大 的初始阶段,即有效应力较小的阶段。在有效 应力较低时,本体应力决定了岩心主要发生弹 性变形;当有效应力较大时,岩石主要处于弹 塑性变形阶段;当有效应力很大时,岩石主要 发生塑性变形。岩石形变类型不同,渗透率变 化也不同。岩石在弹性变形阶段容易发生形 变,有效应力的增大使岩心喉道和微孑合。在岩石弹塑性变形阶段,岩心喉道和微 孔隙几乎完全闭合,此时岩心骨架开始发生部 分不可逆形变,故变化较为缓慢;塑性变形阶 段,结构应力起主要作用并使岩石颗粒内部产 生形变,而导致形变急剧增大。在卸载过程的 初始阶段,岩心的形变也主要弹性形变,孔喉 空间得以复原,因此渗透率恢复率较高;围压 逐渐降低,弹性形变使孑;在围压继续降低的后期,岩心孔隙结构弹 性形变小,渗透率也基本不发生变化。对于岩 ,透率略高于加载时的渗透率,分析可能的原 因是在围压加载过程中,两块岩心的骨架颗粒 就已经产生了结构性的破坏。因此,即使2号 和3号岩心的渗透率恢复率相对较高,但加压 过程已经破坏了孑3应力敏感对开发的影响 实际地层中应力的分布本身就不均匀,局 部区块的渗透率等其他储层参数差异较大,本 身就给开发决策带来了困难。对于单井产能普 遍偏低的低渗透储层,应力敏感的存在更是给 合理开发低渗透油田提出了要求 】,储层岩石 骨架的本体应力和结构应力的双重效应要求 在开发低渗透油田时更应注意选择合理的生 产压差、注水时机和井底流压,密切注意地 层压力的下降并保持合适的地层压力。 对于注水井,注入压力过高或大幅波动 可引起孑渗透率 损失,严重时使注入水沿高渗层窜流形成无 效注水通道,大大降低了波及效率。对于采 油井,应力敏感的存在决定了不宜过大放大 生产压差。井底流压过大可能破坏岩石骨架 结构使孑而影响单井产能和最终 采收率。因此,有必要将井底流压控制在合 理的范围内,保持油井稳产。实验是通过改 变外压的方式模拟应力敏感性的,而油田开 发过程中,孔隙压力是内压,它随着地层压 力的降低而逐步降低。在地层压力较高的开 采初期应力敏感强,地层压力下降应力敏感 程度也逐渐下降。因此,随着地层压力的下 降,井底流压可以相应下调至应力敏感的最 低流压 ],对提高单井产能具有重要意义。 4结论 (1)应力敏感实验结果表明,加载围压 在5—15 后损失率逐渐减小,最后趋于稳定。卸载过 (下转第35页) 2叭0年9月 刘春丽刘志宁地质导向技术在水平井的应用 实钻数据逐点描绘实际井身轨迹。根据实钻 轨迹曲线趋势和设计及预计油层形态,现场 决定如何采取措施及钻进(图1)。 千。 * ,井蜜估机 剖面 鑫 .一 - 图1:千12一兴认识 (1)由于地质导向技术是根据地层情况 来实施的,在设计时尽可能多地提供地质信 息,包括断层的分布及可靠性,油层的电性 特征,含水情况,干层、泥岩条带的厚度及 横向、纵向分布,油水界面的深度,邻井的 对比情况等方面。在水平井地质导向中,应 根据构造形态、与邻井位置关系确定合理的 靶前距,并利用海拔对比图和行地层对比,引导水平井顺利着陆。 (2)水平井轨迹控制和地质导向技术 是实现水平井开发地质目的层的关键。现场 采用段,能够及时准确掌握井眼轨迹的变化趋 势、地层岩性及油气层变化情况,保证井跟 轨迹控制,从而保证较高的油层钻遇率。 (3)水平井地质导向钻井是一项系统工 程,对地质、钻井、定向井技术、钻井液等 方面都有严格要求,任何一方出现问题,都 会影响整个钻井进程。 参考文献: 【1】范志军,李玉城.水平井随钻地质跟踪导向技术应用 实践【井工程,2007,1 8(4):22—25 [2】岳志鹏.层位对比和轨迹跟踪在水平井施工中的地质 导向作用南方油气,2005,8(4):25—30 [3】祝晓军,郭明宇,毛敏.水平井施工中的地层识别技 术『井工程,2007,1 8(4):36—39 (收稿日期2009—11—6 编辑孙党英) (上接第8页) 程中,岩心渗透率均没有恢复到初始值,原 因是在加载过程中孔隙结构的弹塑性形变产 生了结构性破坏,因此恢复是不可逆的。 (2)应力敏感对注水井和采油井均有 不利影响。对于注水井,注入压力过高或大 幅波动可引起孔隙结构发生弹塑性形变使渗 透率损失,从而降低了波及效率。对于采油 井,井底流压过大可能破坏岩石骨架结构使 孔喉闭合,从而影响单井产能和最终采收 率。油田开发必须将生产压差控制在合理的 范围内保持油井稳产。 参考文献: [1】李传亮.应力敏感对油井产能的影响[J].西南石油大学 学报(自然科学版),2009,31(1):170—172 [2】李传亮.渗透率的应力敏感性分析方法[J].新疆石油地 质,2006,27(3):348—350 [3】谭习群,岳湘安,刘向阳,等.低渗透非均质油藏压敏性及 其对流体分布的影响[J].油气地质与采收率,2009,16(5): 9241张风义,岳湘安,庞宏伟.低渗透砂岩储层压力敏感性对 开采速度的影响油钻采工艺,2007,29(1):69—71 【5]杨胜来.油层物理学[M].北京:石油工业出版社,2004: 1366]阮敏.压敏效应对低渗透油田开发的影响L『】.西安石油 学院学报(自然科学版),2001,16(4):40—41,45 [7】苗钱友,李云娟.应力敏感油藏合理工作制度的确定[大庆石油学院学报,2005,29(6):49—52 (收稿日期20102 编辑吴顺良)
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