異常高壓氣藏應(yīng)力敏感性及其對產(chǎn)能的影響

郭晶晶,張烈輝,涂 中

(1.西南石油大學(xué),四川 成都 610500;2.中油西南油氣田分公司,四川 遂寧 629000)

異常高壓氣藏應(yīng)力敏感性及其對產(chǎn)能的影響

郭晶晶1,張烈輝1,涂 中2

(1.西南石油大學(xué),四川 成都 610500;2.中油西南油氣田分公司,四川 遂寧 629000)

針對異常高壓氣藏開發(fā)實踐,利用氣體穩(wěn)定滲流理論,推導(dǎo)得到考慮異常高壓氣藏應(yīng)力敏感性的產(chǎn)能方程,并對某異常高壓氣藏實例井的產(chǎn)能進行了預(yù)測,預(yù)測效果較好。本次研究提出的產(chǎn)能方程符合異常高壓氣藏的開發(fā)實際,具有重要的指導(dǎo)意義。

異常高壓氣藏;儲層變形;應(yīng)力敏感;產(chǎn)能

前 言

隨著油氣田開發(fā)的不斷發(fā)展和深入,中國相繼發(fā)現(xiàn)越來越多的異常高壓氣藏,如位于塔里木盆地的克拉 -2氣藏和四川的磨溪嘉二氣藏,并已投入開發(fā)。在異常高壓氣藏的開采過程中,隨著氣體的產(chǎn)出,地層壓力不斷降低,儲層巖石承受的有效應(yīng)力大幅度增加,引起儲層巖石的明顯變形,從而導(dǎo)致儲層滲透率降低,進而影響氣井的產(chǎn)能。異常高壓氣藏的開發(fā)實踐和氣井開發(fā)動態(tài)表明,儲層的應(yīng)力敏感對生產(chǎn)的影響不容忽視。研究異常高壓氣藏的應(yīng)力敏感性及其對產(chǎn)能的影響對異常高壓氣藏的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)作用。

1 應(yīng)力敏感性

油氣藏投產(chǎn)后,隨著地層流體的不斷采出,地層孔隙壓力逐漸降低,巖石骨架所承受的有效上覆應(yīng)力作用不斷增大。由于孔隙為拱形結(jié)構(gòu),當(dāng)孔隙壁表面巖石受到壓縮應(yīng)力的作用時,巖石顆粒間膠結(jié)物將產(chǎn)生一定的塑性變形,但顆粒間結(jié)構(gòu)將會更穩(wěn)定,具有較強的抗擠壓能力,顆粒變形量較小。巖石孔隙度的大小主要取決于孔隙體的體積。在有效應(yīng)力的作用下,孔隙體體積變化不大,因此,孔隙度變化也不大。與孔隙體結(jié)構(gòu)相反,孔道結(jié)構(gòu)為反拱形結(jié)構(gòu),在有效應(yīng)力作用下,孔道壁表面層巖石受到拉伸,巖石顆粒間膠結(jié)物極易變形 (尤其是泥質(zhì)含量較高的巖石),使得巖石更加疏松,顆粒間結(jié)構(gòu)更加不穩(wěn)定。當(dāng)應(yīng)力迅速增加時,膠結(jié)物將產(chǎn)生較大的變形,孔道直徑會急劇減小,甚至閉合[1-4]。巖石滲透率主要受孔道半徑大小制約,孔道半徑的減小和部分孔道的閉合會使巖石滲透率顯著降低,即所謂的儲層巖石應(yīng)力敏感性傷害[5-7]。

近年來,國內(nèi)的許多研究者,如李傳亮、楊勝來、張新紅、秦積舜[8-11]等,均在油氣儲層的應(yīng)力敏感方面做了不少的實驗研究,并且得到巖心滲透率隨有效應(yīng)力的變化關(guān)系式。其中,滲透率隨有效應(yīng)力變化的指數(shù)關(guān)系式為:

式中:K0為儲層基礎(chǔ)滲透率,μm2;K為有效應(yīng)力 p下的滲透率,μm2;p為壓力,MPa;pr為平均地層壓力,MPa;α為應(yīng)力敏感系數(shù),MPa-1。

式 (1)中,α由實驗數(shù)據(jù)獲得,其物理意義為壓力下降一定數(shù)值時滲透率的損失百分數(shù)。α越大,應(yīng)力敏感性越強。當(dāng)α=0時,即不存在應(yīng)力敏感,此時 K為常數(shù),且等于地面條件下的滲透率值。

相應(yīng)的儲層滲透率應(yīng)力敏感程度通常用滲透率傷害率來評價,其定義如下:

式中:DK為滲透率傷害率,%。

當(dāng) DK≤0.3時,儲層為弱應(yīng)力敏感;當(dāng) 0.3＜DK＜0.7時,儲層為中等應(yīng)力敏感;當(dāng) DK≥0.7時,儲層為強應(yīng)力敏感。

2 產(chǎn)能方程推導(dǎo)

設(shè)有一水平均質(zhì)各向同性圓形等厚地層,中心有一口井以定產(chǎn)量生產(chǎn),氣體滲流為平面徑向滲流且服從線性滲流規(guī)律,此時達西方程可以表示為:

考慮到地層傷害引起的表皮因子及非達西流動效應(yīng),可求出考慮滲透率應(yīng)力敏感性的穩(wěn)態(tài)滲流產(chǎn)能公式:

3 實例分析

3.1 滲透率應(yīng)力敏感系數(shù)的確定

采用擬三軸應(yīng)力巖心夾持器測定該井取樣巖心在不同有效覆壓下的滲透率,得到每塊巖心的滲透率與有效覆壓的數(shù)據(jù) (表 1)。

表 1 滲透率應(yīng)力敏感實驗數(shù)據(jù)

對測定數(shù)據(jù)采用指數(shù)函數(shù)進行擬合 (圖 1),得到巖心滲透率隨有效覆壓的變化規(guī)律:

圖 1 滲透率應(yīng)力敏感擬合曲線

根據(jù)滲透率傷害率的定義,可計算出不同有效應(yīng)力條件下該儲層巖石的滲透率傷害率(表 2)。

表 2 滲透率傷害率評價結(jié)果

計算結(jié)果表明,該氣藏存在滲透率應(yīng)力敏感,應(yīng)力敏感程度為中等。

3.2 應(yīng)力敏感對氣井產(chǎn)能的影響

在不考慮儲層滲透率敏感性條件下,由試井?dāng)?shù)據(jù)可計算出該井的無阻流量為 22.406×104m3/d。不考慮地層傷害,利用本文推導(dǎo)出的考慮滲透率應(yīng)力敏感性條件下的產(chǎn)能計算公式 (7)計算產(chǎn)能,得到該井的無阻流量為 15.78×104m3/d,約為不考慮滲透率應(yīng)力敏感時所計算出的無阻流量的70.43%。

同時,改變應(yīng)力敏感系數(shù) ,通過式 (7)可得到不同應(yīng)力敏感系數(shù)時的氣井產(chǎn)能 (圖 2)。從圖 2可看出,α值大小對無阻流量大小有較大的影響。隨著α的增加,qAOF降低。即應(yīng)力敏感性對產(chǎn)能有較大的影響,敏感性增強,則產(chǎn)能明顯降低。

圖 2 不同應(yīng)力敏感條件下 IPR曲線

4 結(jié)論及建議

(1)異常高壓氣藏開采過程中,隨著地層流體的不斷采出,巖石受到的有效應(yīng)力大幅度增加,從而導(dǎo)致儲層的滲透率下降,即異常高壓氣藏存在滲透率應(yīng)力敏感性。

(2)滲透率應(yīng)力敏感性的存在對異常高壓氣藏的產(chǎn)能有較大的影響,隨著敏感性的增強,產(chǎn)能明顯降低。在不同的應(yīng)力敏感系數(shù)條件下,氣井產(chǎn)能降低程度不同。

(3)實際生產(chǎn)中,對低滲氣井應(yīng)確定合理的生產(chǎn)壓差,使氣井長期保持高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。

[1]王秀娟,趙永勝,等.低滲透儲層應(yīng)力敏感性與產(chǎn)能物性下限[J].石油與天然氣地質(zhì),2003,24(2):162-165.

[2]向陽,向丹.致密砂巖氣藏應(yīng)力敏感的全模擬實驗研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報,2002,29(6):617-619.

[3]張浩,康毅力,陳一健,等.巖石組分和裂縫對致密砂巖應(yīng)力敏感性影響[J].天然氣工業(yè),2004,24(7):55-57.

[4]林光榮,劉學(xué)剛,等.應(yīng)力變化對低滲儲層兩相滲流規(guī)律的影響[J].特種油氣藏,2008,15(1):43-45.

[5]張新紅,秦積舜.低滲巖心物性參數(shù)與應(yīng)力關(guān)系的試驗研究[J].石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2001,25(4):56-60.

[6]王勝利.壓力敏感性對深層低滲儲層傷害特征研究[J].西部探礦工程,2004,16(7):59-60.

[7]石玉江,孫小平.長慶致密碎屑巖儲集層應(yīng)力敏感性分析[J].石油勘探與開發(fā),2001,28(5):85-87.

[8]李傳亮.儲層巖石的應(yīng)力敏感性評價方法[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006,25(1):40-42.

[9]楊勝來.異常高壓氣藏巖石應(yīng)力敏感性及其對產(chǎn)能的影響[J].天然氣工業(yè),2005,25(5):94-95.

[10]秦積舜,張新紅.變應(yīng)力條件下低滲透儲層近井地帶滲流模型[J].石油鉆采工藝,2001,23(5):41-44.

[11]秦積舜.變圍壓條件下低滲砂巖儲層滲透率變化規(guī)律研究[J].西安石油學(xué)院學(xué)報,2002,17(4):28-31.

Stress sensitivity and its influence on productivity in gas reservoirs with abnormally high pressure

GUO Jing-jing1,ZHANGLie-hui1,TU Zhong2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan610500,China;
2.Southwest O il&Gas Field Com pany,PetroChina,Suining,Sichuan629000,China)

A deliverability equation is derived for gas reservoirswith abnor mally high pressure with consideration of stress sensitivity based on steady percolation theory.The deliverability of a case well is predicted with the equation and the result is preferable.This deliverability equation confor ms to the practical recovery process of gas reservoirs with abnormally high pressure and has a guiding significance.

gas reservoirwith abnormally high pressure;reservoir deformation;stress sensitivity;deliverability

TE33

A

1006-6535(2010)02-0079-03

20090914;改回日期20100111

教育部博士點基金項目“低滲透油氣藏非線性滲流機理研究”(20040615004)、國家“973”課題“CO2驅(qū)油過程中的油藏工程與集輸工藝技術(shù)”(2006CB705808)

郭晶晶 (1986-),女,2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專業(yè),現(xiàn)為該校在讀碩士研究生,主要研究方向為油氣藏滲流及數(shù)值模擬等。

編輯 姜 嶺