(1++)储层岩石的应力敏感性评价方法
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低渗透裂缝性储层应力敏感性评价
性特征所决定的， 并且受到岩石 的含水饱和度和围
压的施加方式等多种因素 的影响 ， 通过应力敏感性 的评价可以了解储层天然裂缝的发育程度。笔者针
对松辽盆地长岭凹陷腰 英 台油 田裂缝性 储层 开 展了应力敏感性评 价试验 ， 对不 同特性岩心的应力 敏感性进行了对 比分析 ， 认识 了裂缝性储层中应力
器， 改变气流路径 ， 让气体从氮气瓶流出 ， 进人常规
的气测渗透率仪 ， 调压 后进人加 围压 的 Ｒ Ｔ Ｐ Ａ岩心 夹持器 ， 并将其 出口端与常规气测渗透率仪相连接 ；
１ 试验方法
试验采用高温高压驱替装置 Ｒ Ｔ Ｐ Ａ系统和常规 的气测渗透率仪相结合 ， 通过控时升降围压测试 ， 进 行气体应力敏感性评价 ； 同时利用 Ｒ Ｔ Ｐ Ａ系统进行 净围压和背压系统的液体应力敏感性评价 引。
维普资讯
第 １卷 ３
第５ 期
马收等 ： 透裂缝性储层 应力敏感性 评价 低渗
裂缝 ， 控制净压力的过度增长 ， 降低滤失为主要设计
２ 敏感性评价
２ １ 气体 应 力敏 感性 ．
目标 。 ２ ２ 液体 应 力敏 感性 ．
随着净 围压的增加 ， 岩心的渗透率呈现下 降的 趋势 ， 但不 同压 力下渗透率 变化 的幅度 不一致 （ 图
（ ． 国石 化股份胜 利油 田分公 司 采油工 艺研究 院 ， １中 山东 东 营 ２７０ ； ５００ ２ 中国石化股 份胜利油 田分公 司 胜利 采油 厂 ， ． 山东 东 营 ２７５ ） ５０ １
摘要 ： 以松辽盆地长岭 凹陷腰英 台油 田 渗透 裂缝性储 层岩 心为研 究对 象 ． 行 了不 同净 围压下 的应力敏 感 性试 低 进 验， 得出 了 该储层 的临界应 力值及 净 围压 的伤害率。试 验结果表 明， 渗透裂缝 性 多孔介质 中， 同性质流体 的 在低 不 渗透 率随净 围 的变化十分 明显 ， 压 而且其渗透 率损失是 不可逆 的。根据试验结果 有针对性地优 化 了压裂 工 艺参 数 及 泵注程序， 使得该 区块压 裂改造 的成功率 由２０ 年 的 ７％ 提 高到 ９％ ， 前 已累积增 产原油达 １０× ０ｔ ０４ ０ ０ 目 ． １ 。因 此，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ在裂缝性低渗透储层 的改造 开发 中应充分考虑应力敏感 特性 对压裂 工 艺和生产 动态 的影 响， 以提 高该 类储 层
压的施加方式等多种因素 的影响 ， 通过应力敏感性 的评价可以了解储层天然裂缝的发育程度。笔者针
对松辽盆地长岭凹陷腰 英 台油 田裂缝性 储层 开 展了应力敏感性评 价试验 ， 对不 同特性岩心的应力 敏感性进行了对 比分析 ， 认识 了裂缝性储层中应力
器， 改变气流路径 ， 让气体从氮气瓶流出 ， 进人常规
的气测渗透率仪 ， 调压 后进人加 围压 的 Ｒ Ｔ Ｐ Ａ岩心 夹持器 ， 并将其 出口端与常规气测渗透率仪相连接 ；
１ 试验方法
试验采用高温高压驱替装置 Ｒ Ｔ Ｐ Ａ系统和常规 的气测渗透率仪相结合 ， 通过控时升降围压测试 ， 进 行气体应力敏感性评价 ； 同时利用 Ｒ Ｔ Ｐ Ａ系统进行 净围压和背压系统的液体应力敏感性评价 引。
维普资讯
第 １卷 ３
第５ 期
马收等 ： 透裂缝性储层 应力敏感性 评价 低渗
裂缝 ， 控制净压力的过度增长 ， 降低滤失为主要设计
２ 敏感性评价
２ １ 气体 应 力敏 感性 ．
目标 。 ２ ２ 液体 应 力敏 感性 ．
随着净 围压的增加 ， 岩心的渗透率呈现下 降的 趋势 ， 但不 同压 力下渗透率 变化 的幅度 不一致 （ 图
（ ． 国石 化股份胜 利油 田分公 司 采油工 艺研究 院 ， １中 山东 东 营 ２７０ ； ５００ ２ 中国石化股 份胜利油 田分公 司 胜利 采油 厂 ， ． 山东 东 营 ２７５ ） ５０ １
摘要 ： 以松辽盆地长岭 凹陷腰英 台油 田 渗透 裂缝性储 层岩 心为研 究对 象 ． 行 了不 同净 围压下 的应力敏 感 性试 低 进 验， 得出 了 该储层 的临界应 力值及 净 围压 的伤害率。试 验结果表 明， 渗透裂缝 性 多孔介质 中， 同性质流体 的 在低 不 渗透 率随净 围 的变化十分 明显 ， 压 而且其渗透 率损失是 不可逆 的。根据试验结果 有针对性地优 化 了压裂 工 艺参 数 及 泵注程序， 使得该 区块压 裂改造 的成功率 由２０ 年 的 ７％ 提 高到 ９％ ， 前 已累积增 产原油达 １０× ０ｔ ０４ ０ ０ 目 ． １ 。因 此，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ在裂缝性低渗透储层 的改造 开发 中应充分考虑应力敏感 特性 对压裂 工 艺和生产 动态 的影 响， 以提 高该 类储 层
应力敏感
油气层岩石在井下受到上覆岩层压力（P v ）和地层孔隙压力（P r ）共同作用。
其中P v 仅与埋藏深度和上覆岩石的密度有关。
由于岩石受力条件的变化导致有效应力(r v P P -)增加，从而造成孔隙与裂缝流道被压缩，导致油气层渗透率下降的现象称为应力敏感损害。
应力敏感损害主要发生在疏松砂岩及裂缝性地层。
影响应力敏感损害的主要因素包括压差、油气层自身能量以及油气藏的类型。
进行应力敏感性评价实验的主要目的在于建立储层渗透率与有效应力之间的关系。
储层岩石在井内实际承受的有效应力可由式（2-7）求得：孔隙上覆岩层有效－P P =σ（2-7）在本实验中，由于围上覆岩层P ≈P ，驱替孔隙0.5P P ≈，因此可得到式2-8： 驱替围有效－0.5P P ≈σ（2-8）目前应力敏感性评价实验主要可用两种不同的方式进行，一种是将围压保持恒定（如3.5 MPa ），逐渐增加驱替压力以获得不同的有效应力（有效应力逐渐减小）；另一种是将驱替压力（即流量）保持恒定，逐渐增大围压以获得不同的有效应力（有效应力逐渐增加）。
本实验研究主要选用后一种方式。
一般采用应力敏感指数来评价应力敏感性。
应力敏感性引起的渗透率损害率有两种计算方式：第一种计算方式是以式2-9计算应力敏感性引起的渗透率损害率2k D ： ok K K K D 1min 12'-=×100％ (2-9) 其中：2k D ——应力不断增加至最高点的过程中产生的渗透率损害最大值； 1K ——第一个应力点对应的岩样渗透率，×10－3µm 2；min K '——达到临界应力后岩样的渗透率的最小值，×10－3µm 2。
第二种计算方式是以式2-10计算应力敏感性引起的渗透率损害率3k D ： 1113K K K D r k '-'=×100％ (2-10) 其中：3k D ——应力回复至第一个应力点后产生的渗透率损害率；1K '——第一个应力点对应的岩样渗透率，×10－3µm 2；r K 1——应力回复至第一个应力点岩样的渗透率，×10－3µm 2。
储层在高温条件下的应力敏感性研究
第２ ３卷第 ２期
Ｖｏ １ ． ２３ Ｎｏ ． ２
四川文 理 学院 学报
Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｒ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ
２ ０ １ ３年 ３月
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ２
０ 引 言
储 层 岩石 在 井下 受到 上覆 岩层 压力 和地 层 岩
石 孔 隙压 力 的共 同作 用 ， 随着 油 气 的开 采 地 层 压 力 发 生改 变 ， 从 而 引起 储 层 岩 石 物 性 发 生 相 应 的
实验步骤如下 ： ①给待测岩样一个 固定 的进 口压力值 ， 对岩样加温至 １ ５ ０ ￣ Ｃ 并保持不变 ， 初始
段时 间后 ， 测取样 品的液测 渗透率 ； ③ 卸载过
程： 保持温度和进 口压力值不变 ， 有效围压缓慢降
低， 依次为 ４ ５ ＭＰ ａ 、 ３ ５ ＭＰ ａ 、 ２ ５ ＮＰ ａ 、 １ ５ ＮＰ ａ 、 ５ ＭＰ ａ ， 待 每个 压力 点 稳 定 一段 时 间后 ， 测 取 样 品 的液 体 渗 透率 ．
有 效 围压设 为 ５ ＭＰ ａ ， 待 压 力 稳 定 一 段 时 间后 ， 测
取样品的液测渗透率 ； ②加载过程 ： 保持温度和进 口压 力 值 不 变 ， 缓 慢增 加有 效 围压， 依 次 为
１ ５ Ｍ Ｐ ａ 、 ２ ５ ＭＰ ａ 、 ３ ５ ＭＰ ａ 、 ４ ５ ＭＰ ａ ， 待每 个压 力 点 稳定
岩样的渗透率 ， 实验所用液体为模拟地层 水所配
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ０—１ ６
为 了减少实验误差 ， 尽量维持岩样 的地层条 件， 本实验所使用 的液体是模拟地层水所配制 的
Ｖｏ １ ． ２３ Ｎｏ ． ２
四川文 理 学院 学报
Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｒ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ
２ ０ １ ３年 ３月
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ２
０ 引 言
储 层 岩石 在 井下 受到 上覆 岩层 压力 和地 层 岩
石 孔 隙压 力 的共 同作 用 ， 随着 油 气 的开 采 地 层 压 力 发 生改 变 ， 从 而 引起 储 层 岩 石 物 性 发 生 相 应 的
实验步骤如下 ： ①给待测岩样一个 固定 的进 口压力值 ， 对岩样加温至 １ ５ ０ ￣ Ｃ 并保持不变 ， 初始
段时 间后 ， 测取样 品的液测 渗透率 ； ③ 卸载过
程： 保持温度和进 口压力值不变 ， 有效围压缓慢降
低， 依次为 ４ ５ ＭＰ ａ 、 ３ ５ ＭＰ ａ 、 ２ ５ ＮＰ ａ 、 １ ５ ＮＰ ａ 、 ５ ＭＰ ａ ， 待 每个 压力 点 稳 定 一段 时 间后 ， 测 取 样 品 的液 体 渗 透率 ．
有 效 围压设 为 ５ ＭＰ ａ ， 待 压 力 稳 定 一 段 时 间后 ， 测
取样品的液测渗透率 ； ②加载过程 ： 保持温度和进 口压 力 值 不 变 ， 缓 慢增 加有 效 围压， 依 次 为
１ ５ Ｍ Ｐ ａ 、 ２ ５ ＭＰ ａ 、 ３ ５ ＭＰ ａ 、 ４ ５ ＭＰ ａ ， 待每 个压 力 点 稳定
岩样的渗透率 ， 实验所用液体为模拟地层 水所配
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ０—１ ６
为 了减少实验误差 ， 尽量维持岩样 的地层条 件， 本实验所使用 的液体是模拟地层水所配制 的
储层应力敏感性评价模型及其影响因素
接影响油气井 的产能 。所 以，研究应力敏感效应 下的致密气 渗流理论就显得尤为重要 。 本文在前人研究 的基础上 综述 了 应力敏 感性 与有效应 力的 关系和应 力敏感 性的主要 评价模 型，并分析 了致密砂岩储层应力敏感性评价模型 的主要影 响
因素。
从式 ２可以看 出，ｂ值越大 ，储层应力敏感性越强。 ３ ． ２二 次三项式评价模型 ２ ０ ０ ２年范学平 等提 出二次三项式评价模型为【 ０ 】 ： Ｋ ／ Ｋｏ ＝ １ Ａ Ｄ ＋Ｃ ２ Ａ Ｏ ＇ ＋ ｃ ３ —— （ 式３ ） 式 中： 为 渗 透 率 ， ×１ ０ 。！ － ｔ ｍ ；Ｋ ｏ 为初 始 渗 透 率 ， × １ ０ ｕ ｍ ；Ａ 为有效应力变化 ，取围压 与孔 隙压 力之 差， ＭＰ ａ ；Ｃ １ 、Ｃ ２ 、Ｃ ３ 为拟合系数，量纲为 １ 。
致 密 气 藏 的 开 发 普 遍 受 到 储 层应 力 敏 感 性 的影 响 。Ｆ ａ Ｒ
３ 应 力敏 感 性 的主要 评价模 型
３ ． １指数形式评价模 型 １ ９ ８ ６年 Ｐ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ａ等提 出指 数形式评价模 型如下［ ９ 】 ．
Ｋ ＝ａ ｅ — ～ （ 式 ２ ）
增 大了地层的弹性驱油能力 ， 这 对 提 高 油 气 井 的产 量 是 有 利
大应力敏感性越 强。 ３ ． ３三次 四项式评价模型 ２ ０ ０ ０ 年 张守 良等提 出三次 四项式评价模型为【 “ 】 ：
Ｋ＝ ａ ｘ ３ ＋ ｂ ｘ ｚ ＋ ｃ ｘ ＋ —— （ 式４ ）
的；另一方面 ，有效应力增大会使地层的孔隙被压缩 ，导致
式 中： 为渗透率 ，×１ ０ 。ｔ ． １ ｍ ；ａ 、ｂ 、ｃ 、ｄ为拟合系
数 ，量 纲 为 １ ； 为岩样破坏 比。
储层岩石的应力敏感讲解
10.0 20.0
低渗
30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 (MPa)
•致密介质比疏松介质对应力更敏感 •低渗油藏因强应力敏感不宜衰竭开采
表皮效应
k /k o
1.0
0.8
中渗
0.6
0.4
0.2
0.0 0.0
26.1mD 0.42mD
10.0 20.0
低渗
30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 (MPa)
油藏评价
•测试: 增大外压
k koeb
k
k eb( pi p) o
k (mD)
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 (MPa)
•油藏: 降低内压
k f ( p)
•用有效应力转化到油藏条件
油藏评价
•Terzaghi有效应力
SI=6.3% SIp=0.7%
SI=30.4% SIp=2.0%
•低渗透油藏对外应力强敏感 •一般油藏对内应力弱敏感
表皮效应
k /k o
1.0
0.8
中渗
0.6
0.4
0.2
0.0 0.0
26.1mD 0.42mD
10.0 20.0 30.0 40.0 (MPa)
低渗
50.0 60.0 70.0
SI=6.3%
k koeb
SI
ko k ko
SI 1 eb SI 1 e10b
k (mD)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 (MPa)
低渗
30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 (MPa)
•致密介质比疏松介质对应力更敏感 •低渗油藏因强应力敏感不宜衰竭开采
表皮效应
k /k o
1.0
0.8
中渗
0.6
0.4
0.2
0.0 0.0
26.1mD 0.42mD
10.0 20.0
低渗
30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 (MPa)
油藏评价
•测试: 增大外压
k koeb
k
k eb( pi p) o
k (mD)
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 (MPa)
•油藏: 降低内压
k f ( p)
•用有效应力转化到油藏条件
油藏评价
•Terzaghi有效应力
SI=6.3% SIp=0.7%
SI=30.4% SIp=2.0%
•低渗透油藏对外应力强敏感 •一般油藏对内应力弱敏感
表皮效应
k /k o
1.0
0.8
中渗
0.6
0.4
0.2
0.0 0.0
26.1mD 0.42mD
10.0 20.0 30.0 40.0 (MPa)
低渗
50.0 60.0 70.0
SI=6.3%
k koeb
SI
ko k ko
SI 1 eb SI 1 e10b
k (mD)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 (MPa)
疏松储层应力敏感性评定方法
图 １ 塔 木 察 格 区 块 储 层 应 力 敏 感 性 曲线
２ 储 层 物 性分 析
产 生上述 现象 必定 与岩 石 的微观结 构 、物性 组
分 、 胶 结 状 况 、力 学 性 能 有 关 ， 因 此 进 行 了 岩 心 薄
片分 析 实验 。 岩石 薄片 分析 技术 是利用 岩 石矿物 晶体 的透 光
构造 和 次生缝 洞 之间 的关 系 。 通过 岩心 的薄 片 图可 以看 出 ，砂砾 岩成 分 以火 成 岩和 长石 为主 ，分别 占碎 屑总 量 的 ５ 和 ２ 。 ５ ３
火 成 岩 中 ， 以 酸 性 喷 发 岩 为 主 ， 含 少 量 中基 性 喷 发
敏感 性数 据经 处理 出现 了 图 １所示 的现 象 。在降 压
致有 效应 力减 小 ，渗透 率急 剧下 降 ，使 油井 产能 下 降 ，启动 压力 梯度 提高 ，渗 流阻 力增 大 ，造 成注 入 压力 的进 一步 提高 ，形 成恶 性循 环 。因此 必须对 这
岩 和凝灰 岩 。长石 中钾 长石 含量 居 多 ，占碎屑 总量
的 １ ；石 英 成 分 少 ，仅 有 ７ ；填 隙 物 含 量 为 ３
性 和 反 光 性 ，对 岩 石 矿 物 的 晶 形 、解 理 和 各 项 光 学
以高 纯度 氮气 作为 实验 介质 ，参 照气测 渗透 率实 验 方法 ，改 变 围压 ，测定 相应 的克 氏渗透 率 。其应 力
性质 进行 观察 鉴 定 ，进 而 达 到 对 矿 物 的鉴 定 和 命 名 。该技 术在 岩性 识别 、储 集层 评价 和落 实显示 等 方 面具 有直 观可视 的优 势 ，能够 清 晰地显 示 出岩 石 微观 结构 特点 ，揭示 岩 石 中油 气分 布 与 岩 石 结构 、
低渗透储层应力敏感性实验评价方法研究
第 ４７卷 第 ６期 ２０１８年 ６月
当 代 化 工
Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖ０］．４７． Ｎ０．６ Ｊｕｎｅ．２０１８
低 渗 透储 层 应 力 敏 感 性 实验 评 价 方 法研 究
李 思涵 ，王长权 ，黄千 慧
（长江 大学 石 油 １ 程 学 院 ，湖北 武 汉 ４３０１０００）
ｌ 应 力敏感性 实验
现有 应 力 敏 感性 评 价 实 验方 法 较 多 ［ 。ｌ，其改 变 应 力 的形式 有 两种 ，一种 是 改变 内压［ 。］，另 外一 种 是 改 变 围 压 。刚。两 种 实验 原 理 是 通 过改 变 上 覆 岩 层 压 力或 者孔 隙压 力 来进 行 评价 ，参 照 有效 应 力
摘 要 ：储层应 力敏感性是指多孔介质 的孔 隙体积 以及渗透率 随有效应力增加而下 降的现象。随着我 陶石
油资源的开采 已经步人 了中后期 阶段 ，低 渗 、超低渗 油气藏 已成为开采 的主要对象。为了明确应力敏感性对低
渗油气藏产能影 响，开展 了大量研究 ，但低渗 油藏 应力敏感性评价方 法却 不够完善 。选 取天然岩心 ，人造岩心 ，
另一 种 实验 方 法 ，恒 围压应 力 敏感 性 实验 ，进 口压力 无法 趋 近于 零 ，故 无法 用 有效 应力 来评 价 ， 实 验 中 以围压 来模 拟 上覆 岩层 压 力 ，以 回压 来模 拟 开 采井 井底 压 力 大小 ，以进 口压 力模 拟 开采 初期 原 始 地层 压 力 ，以此来模 拟 整个 开 采 过程 中 由于 地层 压 力 降低 而导 致 的渗 透率 变 化 ，以此 来 评价 应 力敏 感 性 。
目前 ，南行业 标 准 ２０１０年发 布 的 《储 层敏 感 性 流动 实验 评 价方 法 》是 正 在施 行 的储层 敏 感性 实 验 评 价 方法 ，其 中是 通过 获 取净 应力 的方式 来评 价 应 力敏 感性 。这 里 的净应 力 也就 是 有效 应力 ，但 随着 有效 应 力理 论 的不 断 深入 【ｌ４Ｊ，有效 应 力并 不 是简 单 的上 覆 岩层 压力 与 孔 隙压 力之 差 ，行 业 标准 中对 应 的两 种 实验 方法 并 不 能有 效 的评 价低 渗 透岩 心应 力 敏感 性 。而应 力敏 感 性对 油气 田开发 方 案 的制 定起 到 了关 键 作用 ，因此 ，寻求合 理 的应力 敏感 性 实验 评 价方 法 至关 重要 。
当 代 化 工
Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖ０］．４７． Ｎ０．６ Ｊｕｎｅ．２０１８
低 渗 透储 层 应 力 敏 感 性 实验 评 价 方 法研 究
李 思涵 ，王长权 ，黄千 慧
（长江 大学 石 油 １ 程 学 院 ，湖北 武 汉 ４３０１０００）
ｌ 应 力敏感性 实验
现有 应 力 敏 感性 评 价 实 验方 法 较 多 ［ 。ｌ，其改 变 应 力 的形式 有 两种 ，一种 是 改变 内压［ 。］，另 外一 种 是 改 变 围 压 。刚。两 种 实验 原 理 是 通 过改 变 上 覆 岩 层 压 力或 者孔 隙压 力 来进 行 评价 ，参 照 有效 应 力
摘 要 ：储层应 力敏感性是指多孔介质 的孔 隙体积 以及渗透率 随有效应力增加而下 降的现象。随着我 陶石
油资源的开采 已经步人 了中后期 阶段 ，低 渗 、超低渗 油气藏 已成为开采 的主要对象。为了明确应力敏感性对低
渗油气藏产能影 响，开展 了大量研究 ，但低渗 油藏 应力敏感性评价方 法却 不够完善 。选 取天然岩心 ，人造岩心 ，
另一 种 实验 方 法 ，恒 围压应 力 敏感 性 实验 ，进 口压力 无法 趋 近于 零 ，故 无法 用 有效 应力 来评 价 ， 实 验 中 以围压 来模 拟 上覆 岩层 压 力 ，以 回压 来模 拟 开 采井 井底 压 力 大小 ，以进 口压 力模 拟 开采 初期 原 始 地层 压 力 ，以此来模 拟 整个 开 采 过程 中 由于 地层 压 力 降低 而导 致 的渗 透率 变 化 ，以此 来 评价 应 力敏 感 性 。
目前 ，南行业 标 准 ２０１０年发 布 的 《储 层敏 感 性 流动 实验 评 价方 法 》是 正 在施 行 的储层 敏 感性 实 验 评 价 方法 ，其 中是 通过 获 取净 应力 的方式 来评 价 应 力敏 感性 。这 里 的净应 力 也就 是 有效 应力 ，但 随着 有效 应 力理 论 的不 断 深入 【ｌ４Ｊ，有效 应 力并 不 是简 单 的上 覆 岩层 压力 与 孔 隙压 力之 差 ，行 业 标准 中对 应 的两 种 实验 方法 并 不 能有 效 的评 价低 渗 透岩 心应 力 敏感 性 。而应 力敏 感 性对 油气 田开发 方 案 的制 定起 到 了关 键 作用 ，因此 ，寻求合 理 的应力 敏感 性 实验 评 价方 法 至关 重要 。
储层岩石应力敏感性认识上的误区——回应刘晓旭博士
储层 不可 能是低 渗透 储层 ， 而必然 成为 中 一 渗透 高
储层 。至 于低渗 透储层 中所 存在 的微裂缝 ， 因为其 连续 性差 ， 储 层 渗 透 性 的影 响非 常有 限 ＿ 。而 对 ５ Ｊ
就此 提 出了“ 低渗 透储层 不存 在 强 应 力敏感 ” 的观
点 … 。该 观点 于 ２ ０ ０ ５年发 表后在 油藏工 程界 引起 了强 烈反 响 ， 瑞 兰女 士 于 ２ ０ 罗 ０ ６年 对此 观 点 进 行 了质 疑 ， 笔者 对其 所 提 出 的问题 做 出 了 回答 ， 同年 刘晓旭 等也 撰 文 反 对 此 观 点 ， 者 以 此 文 笔
越疏松 ， 其硬 度 就 越 低 ， 力敏 感程 度 也 就 越 强 。但 是 实 验 过 程 却 因微 间 隙 的 存 在 ， 量 到 了 应 测
逻 辑 反 转 的 结 果 。 由于人 们 把 许 多不 属 于应 力 敏 感 的 东 西 加 到 了 应 力 敏 感 上 ， 得 应 力敏 感 使
机 理研究 异常 复 杂 。刘 晓旭 博 士 后 的研 究 也存 在 同样 的问题 ， 在 文献 ［ ］ 其 ４ 中认 为 ， 层 岩 石 应 力 储
敏 感机 理 有 ３个 ， 别 为 “ 缝 开 度 下 降 、 隙及 分 裂 孔 孔 隙喉道 的收缩 、 隙 内可 动微 粒 的迁 移 ” 孔 。但 笔
作 为回应 。
实 际上 ， 渗透储 层 之 所 以渗 透 率 低 ， 低 就是 因为 缺
少 有效 的连 通孔 隙 。
２ 应力敏 感影响 因素
２ １ 内部 因素 ．
１ 应 力敏感机理
由于实验 设备 等客 观条件 的 限制 ， 多学者 在 许 分析岩 石应力 敏感 机 理 时将 本 不 属 于应 力 敏感 范 畴的 因素加入 到 了应 力敏感 分析 中 ， 成应 力敏感 造
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( 12)
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 b影响岩石的内应力敏 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 。
[ 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
e K = Ki - bφ( 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 Ip = 1 - e- bφ( pi- 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 M Pa时的数值 , 因此 , 式 (11) 可以写成
S Ip = 1 - e- 10bφ
来 , 岩石对应力变化的敏感程度很弱 。
பைடு நூலகம்
·42·
大庆石油地质与开发 P1G1O1D1D1 第 25卷 第 1期
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 。
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 pi 下降到 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 。
[ 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) : 532561
[ 10 ] 李传亮 , 孔祥言 , 徐献芝 , 等 1多孔介质的双重有效应力 [ J ] 1 自然杂志 , 1999, 21 (5) : 28822921
[ 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
近年来 , 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 。
室内测 量时 , 岩 心的 渗透 率是 从 Ko 下 降 到 K 的 , 而油气藏条件下的渗透率是从 Ki 下降到 K的 , 2 个过程完全不同 , Ko 通常远大于 Ki , 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 2e- 01004 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
5 结 论
综合上述分析可以得到 , 由盐下断裂和穿盐断裂 (不连接圈闭 ) 构成的输导天然气成藏模式及由盐下 断裂构成的输导天然气成藏模式应是库车坳陷断裂输 导天然气成藏最有效的模式 , 天然气对成藏的作用相 对较大 , 有利于形成天然气的大规模聚集 , 可形成大 气田 ; 具这种输导天然气成藏模式的圈闭是下一步库 车坳陷天然气勘探的有利目标 。而由盐下断裂和圈闭 顶部突破断裂构成的输导天然气成藏模式及仅由穿盐 断裂构成的输导天然气成藏模式 , 对成藏的作用相对 较小 , 不利于天然气的大规模聚集 , 只能形成一些小 型气藏或气显示 。
(5)
由式 (5) 可以看出 , 应力敏感常数 b是决定外
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
[ 11 ] 李传亮 , 孔祥言 , 杜志敏 , 等 1多孔介质的流变模型研究 [ J ] 1 力学学报 , 2003, 35 (2) : 23022341
编辑 : 毕永先
(上接第 39页 ) 气沿着康村组砂层继续运移 , 遇盐上断裂 F4 后便散 失掉了 , 从而形成大量地表油气苗 。因此说这种断裂 输导天然气成藏模式也不利于天然气的运聚成藏 , 这 可能是造成东秋 5构造钻探失利的根本原因 。
根据本体有效应力 , 式 (2) 可以写成
K
=
e K - b (σ-φp) o
(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
e Ki = Ko - b (σ-φp 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
=
e K - b (σ-φp) o
(9)
结合式 (8) , 式 (9) 也可以写成
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 : TE135 文献标识码 : A
参考文献 :
[ 1 ] 付 广 , 薛永超 , 付晓飞 1油气运移输导体系及其对成藏的控制 [ J ] 1新疆石油地质 , 2000, 22 (1) : 242261
[ 2 ] 雷茂盛 , 林铁锋 1松辽盆地断裂纵向导流性浅析 [ J ] 1 石油勘 探与开发 , 1999, 26 (1) : 322351
( 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 Iσ = 11166% , 代入式 ( 12) , 得油气藏的内 应力敏感指数为 S Ip = 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
( p) 下的储层渗透率 , μm2。
应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 M Pa时的数值 。本文给
出的评价标准是 : 当 S Ip < 011 时 ,为弱敏感 ; 当 S Ip =
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第 25 卷 第 1 期 大庆石油地质与开发 P1G1O1D1D1 2006年 2月
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)
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 Iσ = Ko - K
(3)
Ko
把式 (2) 代入式 (3) , 得
S Iσ = 1 - e- bσ
(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 M Pa时的数值 , 即
S Iσ = 1 - e- 10b
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 Ip
= Ki - K Ki
(1)
式中 S Ip ———应力敏感指数 ; Ki ———原始地层压力
( pi ) 下 的储 层渗 透率 , μm2 ; K———某 个地 层压 力
011～013时 ,为中等敏感 ;当 S Ip > 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 Ki 和 K在矿场上都不容 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) 。