正確對待巖石孔隙壓縮系數(shù)是認(rèn)識低滲透儲層的基礎(chǔ)
——兼答《應(yīng)科學(xué)看待低滲透儲集層》一文作者

竇宏恩

(中油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

正確對待巖石孔隙壓縮系數(shù)是認(rèn)識低滲透儲層的基礎(chǔ)
——兼答《應(yīng)科學(xué)看待低滲透儲集層》一文作者

竇宏恩

(中油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

由于巖石的應(yīng)力敏感性與巖石孔隙壓縮系數(shù)有關(guān),在油田開發(fā)中,巖石孔隙體積壓縮系數(shù)和巖石壓縮系數(shù)不能混淆。巖石的壓縮系數(shù)較巖石孔隙體積壓縮系數(shù)小,國內(nèi)外許多學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí),低滲透儲集層比中高滲透儲層有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性,生產(chǎn)過程中不可將其忽略。同時,文章強(qiáng)調(diào)指出:實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究中一門基礎(chǔ)科學(xué),而且是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。低滲透儲層存在應(yīng)力敏感性和啟動壓力是一種客觀存在的科學(xué)現(xiàn)象,不屬于一種實(shí)驗(yàn)假象;油氣運(yùn)移是學(xué)說而不是理論,油氣運(yùn)移的一些認(rèn)識人們無法在實(shí)踐中證實(shí)。

巖石壓縮系數(shù);巖石孔隙壓縮系數(shù);應(yīng)力敏感性;啟動壓力梯度;油氣運(yùn)移

引 言

筆者在《特種油氣藏》2009年第 1期發(fā)表了題為《質(zhì)疑不存在啟動壓力之觀點(diǎn)》[1]。受到被質(zhì)疑的論文作者在《特種油氣藏》2009年第 6期發(fā)表的《應(yīng)科學(xué)看待低滲透儲集層——回應(yīng)竇宏恩先生》[2]一文回應(yīng),筆者對其回應(yīng)文章再次進(jìn)行了研讀,對其觀點(diǎn)依然不敢茍同,從唯物辯證法認(rèn)識論的角度出發(fā),進(jìn)而闡述了科學(xué)實(shí)驗(yàn)是 3種實(shí)踐活動中的一種實(shí)踐活動。同時,筆者經(jīng)過較深入的研究,從影響油田開發(fā)的角度試圖再次澄清“巖石壓縮系數(shù)”和“巖石孔隙壓縮系數(shù)”2個不同的概念,進(jìn)而闡述文獻(xiàn)[2]的作者得出低滲透儲層開發(fā)“無應(yīng)力敏感性”[3-4]和“無啟動壓力”之說[5]的不正確性。筆者希望與同行專家討論,以期對低滲透、特低滲透油田開發(fā)領(lǐng)域中的一些基本概念及理論闡釋能達(dá)成共識。

1 科學(xué)實(shí)驗(yàn)(實(shí)踐)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)

文獻(xiàn)[2]認(rèn)為“實(shí)驗(yàn)只是認(rèn)識自然的手段之一,不是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn),也不是檢驗(yàn)和驗(yàn)證認(rèn)識是否正確的唯一手段”。唯物辯證法明確指明,科學(xué)實(shí)驗(yàn)是 3種實(shí)踐活動之一,是指科學(xué)上為闡明某一現(xiàn)象,揭示其客觀規(guī)律而創(chuàng)造特定的條件,以便觀察其變化和結(jié)果的過程?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)是在生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的,通常以現(xiàn)有科學(xué)理論為指導(dǎo),以實(shí)驗(yàn)儀器和裝備為手段,以探索和認(rèn)識客觀事物的本質(zhì)和規(guī)律為目的?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)最終能揭示事物運(yùn)動發(fā)展中的本質(zhì)的、必然的、穩(wěn)定的聯(lián)系及規(guī)律?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)雖然存在一定誤差,但其是一次實(shí)踐活動,諸多科學(xué)工作者在世界不同地區(qū)不同的實(shí)驗(yàn)室做同一種科學(xué)實(shí)驗(yàn),得出了同樣的科學(xué)結(jié)論,通常認(rèn)為都是正確的。

近年來,文獻(xiàn)[2]的作者提出了許多個“不存在”,主要有低滲透儲層“不存在應(yīng)力敏感性”、“滲流過程不存在啟動壓力梯度”以及“不存在滑脫效應(yīng)”。但令人遺憾的是:該文作者并沒有任何科學(xué)實(shí)踐活動的檢驗(yàn)結(jié)果,只是用自己的一種主觀認(rèn)識來否定(或駁斥)人們通過實(shí)踐活動得到的認(rèn)識,無法達(dá)到檢驗(yàn)認(rèn)識的正確與否。這種認(rèn)識問題的方法不符合唯物自然辯證法。唯物辯證法認(rèn)為:認(rèn)識和理論依賴于實(shí)踐,而不能用主觀“認(rèn)識”去檢驗(yàn)認(rèn)識。由此可以說,認(rèn)識不是用來檢驗(yàn)認(rèn)識是否正確的標(biāo)準(zhǔn),檢驗(yàn)認(rèn)識正確的標(biāo)準(zhǔn)不是認(rèn)識或理論本身,也不能是客觀事物本身,只能通過實(shí)踐活動中的某 1種或者 2種以上來檢驗(yàn)。通常將邏輯證明誤認(rèn)為檢驗(yàn)認(rèn)識的標(biāo)準(zhǔn),邏輯證明只能回答前提與結(jié)論的關(guān)系是否符合邏輯問題,而無法回答認(rèn)識是否符合客觀實(shí)際的問題。邏輯證明不能代替實(shí)踐檢驗(yàn)認(rèn)識準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn),不能作為與實(shí)踐并列的標(biāo)準(zhǔn)?？茖W(xué)研究中的許多科研活動屬于一種邏輯證明,邏輯證明的研究結(jié)果同樣要經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。

2 低滲透油藏開發(fā)中爭論的焦點(diǎn)問題

文獻(xiàn)[2]作者在“巖石壓縮系數(shù)”一節(jié)中陳述的內(nèi)容 (在文獻(xiàn)[6-9]中也有出現(xiàn)),并未對筆者提出的式 (1)作答:

式中:Cp、Cb、Cs分別為在巖石有效壓力作用下的巖石孔隙有效壓縮系數(shù)、巖石壓縮系數(shù)以及巖石骨架壓縮系數(shù)。

式 (2)的錯誤筆者已經(jīng)在文獻(xiàn) [1,10]中采用不同的方法給出了較詳盡的推導(dǎo)和說明,其實(shí)還有幾種方法同樣可以導(dǎo)出式 (1),由于篇幅關(guān)系,這里不再推導(dǎo)。

文獻(xiàn)[2]的作者在回應(yīng)內(nèi)容中,未對筆者推導(dǎo)的式 (1)進(jìn)行任何批評。若承認(rèn)式 (1)正確,那么式 (2)就是錯誤的;若不承認(rèn)式 (1)正確,則需要指出式 (1)的錯誤所在。式 (1)若成立,則關(guān)于 Hall曲線是否正確、低滲透儲層巖石是否存在應(yīng)力敏感性等諸多問題均可迎刃而解。

還要一提的是:文獻(xiàn)[2]中的式 (1)就是一條公理,沒有必要引注。而式 (2)是其他學(xué)者在上世紀(jì) 80年代初就已經(jīng)導(dǎo)出的方程[11]。導(dǎo)出式稱為“公式”,筆者認(rèn)為不妥,最多也只能稱為“××表達(dá)式”。所謂“公式”與“公理”一樣,具有普遍性,適應(yīng)于同類關(guān)系的所有問題,是可普遍應(yīng)用的一種關(guān)系式。這種式子在日常工作和研究中被普遍采用,才能稱為“公式”。

3 對文獻(xiàn)[2]中疑問的討論

(1)文獻(xiàn)[2]在“摘要”中指出的“低滲透儲層研究出現(xiàn)的許多錯誤認(rèn)識,是由于實(shí)驗(yàn)手段的不正確和缺少理性的科研方法所致”等認(rèn)識是錯誤的。

該作者在文獻(xiàn)[4]中采用類比方法得出的“低滲透儲層不存在啟動壓力”沒有任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持,不能令人信服。筆者已在文獻(xiàn)[1]中闡述了這種類比是不可取的,要想有更強(qiáng)的說服力,作者必須提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

需要說明的是:在不考慮飽和油或其他介質(zhì)的巖心情況下,文獻(xiàn)[2]的作者在另文[4,10]中采用多孔介質(zhì)巖石在應(yīng)變儀上進(jìn)行巖石力學(xué)參數(shù)測試,利用導(dǎo)出式 (2)進(jìn)行計(jì)算,得到巖石孔隙壓縮系數(shù)。這個結(jié)果顯然是由錯誤的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算所造成的,由此得出的巖石孔隙壓縮系數(shù)太低,進(jìn)而提出在油田開發(fā)中忽略壓力敏感性和油藏?cái)?shù)值模擬中可以忽略巖石孔隙壓縮系數(shù)[12]等觀點(diǎn)。

(2)文獻(xiàn)[2]中第 99頁第 2節(jié)“儲層巖石的應(yīng)力敏感”中提到:“儲層巖石的應(yīng)力敏感與巖石的壓縮性密切相關(guān),若巖石為剛體不可壓縮,就不可能產(chǎn)生變形,也就不可能存在應(yīng)力敏感”的觀點(diǎn)是不正確的。

假設(shè)“巖石為剛體不可壓縮”的條件不符合油藏開發(fā)實(shí)際,在彈性開采中巖石彈性變形,地下巖石孔隙空間發(fā)生變化,多孔介質(zhì)中的原油被采到地面,即使地下巖石再堅(jiān)硬,“就不可能”不“產(chǎn)生變形”。如果假設(shè)前提錯誤,而最終將導(dǎo)致結(jié)果錯誤。低滲透儲層中存在應(yīng)力敏感性已經(jīng)被國內(nèi)外的許多學(xué)者所證實(shí)[13-20]。文獻(xiàn) [2]的作者還認(rèn)為:“低滲透儲層投產(chǎn)后產(chǎn)量遞減快,不是因?yàn)閼?yīng)力敏感所致,而是因?yàn)椤伴_采,后期虧空’的必然結(jié)果”。那么,目前許多油井實(shí)施超前注水,降低了應(yīng)力敏感的影響,使低滲透油藏遞減減緩,不正是說明了低滲透儲層有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性?疏松高滲透儲層開發(fā)易出現(xiàn)地層垮塌和地表下沉現(xiàn)象,以此將強(qiáng)應(yīng)力敏感加在疏松高滲透儲層上,這恰恰是錯誤所在。地層垮塌、地表下沉與諸多因素有關(guān),區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、采出地下過量物質(zhì)都會造成垮塌和下沉。低滲透儲層所言的強(qiáng)應(yīng)力敏感性是指該類巖石在壓力作用下,巖石孔滲結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化,當(dāng)壓力卸掉以后,滲透率與作用壓力前相比恢復(fù)程度很低;而對高滲透儲層而言,其結(jié)果就相反了。

(3)文獻(xiàn)[2]的作者提到:“早期的滲流力學(xué)就是流體力學(xué)的一部分,既然流體不需要啟動壓力,滲流為何需要?滲流中的流體不是流體嗎?豈不矛盾?”。筆者對此問題作簡要回答。

眾所周知,自滲流力學(xué)誕生起,從來就沒有人否認(rèn)“滲流力學(xué)”屬于“流體力學(xué)”范疇。從以上質(zhì)疑中可以發(fā)現(xiàn):文獻(xiàn)[2]的作者將“流體”和“流體流動”混淆,將“一般的流體流動”與“多孔介質(zhì)滲流”混淆。其中,“流體不需要啟動壓力”使人無法理解?！傲黧w”是一種物質(zhì),不需要啟動壓力。流體在管道 (但除賓漢流體以外,賓漢流體流動前存在啟動剪切應(yīng)力)中流動不需要啟動壓力,多孔介質(zhì)中的油水在高滲透層中不存在啟動壓力,而在低滲、特低滲透儲集層中多數(shù)儲層條件下存在啟動壓力。低滲透儲層中存在啟動壓力梯度,被國內(nèi)外的學(xué)者用實(shí)驗(yàn)所證實(shí)[21-24]。

在低滲、特低滲透儲層中,要使地層中流體流動,就需要增加地層中的壓力,提高流體在地層中流動的壓力梯度。筆者認(rèn)為,開發(fā)壓裂和超前注水技術(shù)的實(shí)施是為了降低啟動壓力梯度。所謂“開發(fā)壓裂”是為了在超前注水后取得較好的效果,在油井開啟后能保持油水井達(dá)到較高的連通度,提高注水井的水驅(qū)控制程度,使油井受效。開發(fā)壓裂與超前技術(shù)有效結(jié)合,其目的就是為了解決低滲透儲層存在啟動壓力梯度的問題,建立有效的驅(qū)動壓力體系,使地層中流體流動的壓力梯度大于啟動壓力梯度?！鞍训蜐B透儲層的成功開發(fā)歸功于啟動壓力梯度的研究結(jié)果”是理所當(dāng)然的事情。

文獻(xiàn)[2]的作者提到:“低滲透儲層的自然產(chǎn)能低,不壓裂也能出油,只是因?yàn)楫a(chǎn)量太低沒有經(jīng)濟(jì)效益而已,通過壓裂提高產(chǎn)能,是低滲透儲層的常規(guī)增產(chǎn)措施 (中高滲透儲層也采用壓裂技術(shù))。近幾年,大量低滲透油田的投入開發(fā),除了工藝技術(shù)上較之從前有所進(jìn)步之外,另外一個重要的原因是油價的大幅度攀升,與啟動壓力梯度、應(yīng)力敏感和滑脫效應(yīng)等關(guān)系不大”。對于這些描述,筆者同樣不能茍同。對多數(shù)低滲、特低滲以及超低滲儲層而言,原油在形成過程中自身壓力低,在復(fù)雜的壓實(shí)作用下,導(dǎo)致儲層巖石致密,將原油流體封存在多孔介質(zhì)中,地層壓力系數(shù)在 0.6～0.8之間,原油不具備流動條件,即使鉆井完成后正常完井,原油也無法流到井底。這種情況下,如果沒有外界帶壓流體注入進(jìn)行驅(qū)動,地層中的原油根本無法流動。此類油藏如果不采取開發(fā)壓裂和超前注水等工藝技術(shù),無論等待多長時間,都不可能出現(xiàn)工業(yè)油流。因此,文獻(xiàn)[2]的作者上述所言與長慶、吉林等低滲透油田開發(fā)的事實(shí)不符,只是一種主觀認(rèn)識而已。

對于“低滲透儲層為何存在啟動壓力梯度”,文獻(xiàn)[2]的作者在另文[5]中否定國內(nèi)外學(xué)者多年的實(shí)驗(yàn)室研究成果,冠以“實(shí)驗(yàn)誤差”所致。因世界上沒有無誤差的實(shí)驗(yàn)裝置,用固體力學(xué)中的一些性質(zhì)進(jìn)行類比[25],認(rèn)為“將低滲透儲層不存在啟動壓力梯度的問題闡述得非常清楚了”,其實(shí)不然。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn),只有用科學(xué)實(shí)驗(yàn) (實(shí)踐)來證實(shí)的認(rèn)識和結(jié)論才是科學(xué)研究的真諦。

筆者在文獻(xiàn)[1]中并未提到“滑脫效應(yīng)”的概念,不知文獻(xiàn)[2]的作者為何將啟動壓力梯度與滑脫效應(yīng)聯(lián)系在一起?筆者認(rèn)為啟動壓力梯度和滑脫效應(yīng)是 2個互相牽扯不上的概念,這里不討論有關(guān)“滑脫效應(yīng)”的相關(guān)問題。

(4)文獻(xiàn)[2]的作者提到:“若低滲透儲層存在啟動壓力梯度,泥巖生油層的啟動壓力梯度會更高,其中生成的油氣就無法運(yùn)移出來。事實(shí)上,油氣運(yùn)移出來了,說明啟動壓力梯度根本不存在”,其理由筆者認(rèn)為是不充分的。

長期以來,因?yàn)椤坝蜌膺\(yùn)移”在石油地質(zhì)學(xué)存在幾種不同的“學(xué)說”,而不是“理論”。筆者借用美國石油地質(zhì)學(xué)家萊復(fù)生的一段話,使大家進(jìn)一步體會“油氣運(yùn)移”的復(fù)雜性。萊復(fù)生 (Leveson)在文獻(xiàn)[26]中說:“對于‘油氣運(yùn)移’而言,既沒有人曾經(jīng)見到過油藏或天然氣的形成,也沒有任何人見到原地的油藏,所有資料都來自鉆井和生產(chǎn)記錄”。有部分學(xué)者認(rèn)為“‘石油運(yùn)移’是有限的,它實(shí)際上是在現(xiàn)在所找到的地方形成的”。就這些“學(xué)說”而言,人們無法證實(shí)。因此,文獻(xiàn)[2]的作者將啟動壓力梯度與油氣運(yùn)移牽扯到一起,只能使問題復(fù)雜化,因?yàn)椤坝蜌膺\(yùn)移”是無法驗(yàn)證的一種學(xué)說而已,它還不屬于理論范疇。另外,對于“油氣運(yùn)移”究竟與啟動壓力梯度存在什么關(guān)系,這里不做贅述。如有可能,筆者另行撰文對“油氣運(yùn)移”學(xué)說與啟動壓力梯度之關(guān)系進(jìn)行詳盡討論。

4 結(jié)束語

(1)唯物主義辯證法說明,科學(xué)實(shí)驗(yàn)是實(shí)踐活動的 3種形式之一。用一種認(rèn)識去檢驗(yàn)另一種認(rèn)識,將無法檢驗(yàn)認(rèn)識的正確性。

(2)在油田開發(fā)中,通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)流程和儀器在實(shí)驗(yàn)室得到巖石壓縮系數(shù),低滲透儲層存在應(yīng)力敏感性和存在啟動壓力是一種客觀存在,正確的認(rèn)識形成規(guī)律并將其應(yīng)用到油田實(shí)踐,已經(jīng)取得了較好的開發(fā)效果。

(3)“油氣運(yùn)移”是一種“學(xué)說”而不是“理論”,將其與低滲透儲集層是否存在啟動壓力梯度聯(lián)系在一起,只能使問題復(fù)雜化。

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編輯 姜 嶺

TE311;TE348

A

1006-6535(2010)05-0119-04

20091026;改回日期:20100520

竇宏恩 (1962-),男,博士,高級工程師,碩士生導(dǎo)師,1982年畢業(yè)于長慶石油學(xué)校礦機(jī)專業(yè),1998年中國石油勘探開發(fā)研究院獲工學(xué)博士學(xué)位,現(xiàn)從事采油、油藏工程及油氣開發(fā)戰(zhàn)略與規(guī)劃研究。