超低滲巖心滲透率應力敏感性評價指標對比

羅 超，顧岱鴻，周曉峰，閆子旺，趙 超

(中國石油大學·石油工程教育部重點實驗室，北京 102249)

超低滲巖心滲透率應力敏感性評價指標對比

羅 超，顧岱鴻，周曉峰，閆子旺，趙 超

(中國石油大學·石油工程教育部重點實驗室，北京 102249)

利用變圍壓的實驗方法對長慶油田的6塊巖樣進行實驗，實驗結果表明，低滲透儲層具有較為明顯的應力敏感性，巖心滲透率與有效覆壓呈乘冪函數(shù)關系。用應力敏感性系數(shù)法對實驗結果數(shù)據(jù)進行擬合，滲透率比值的立方根與對應的有效覆壓比值的對數(shù)顯示出很好的線性相關性；對比不同應力敏感評價指標表明，應力敏感性系數(shù)法和油藏評價法在儲層應力損害等級評價上表現(xiàn)出很好的一致性，推薦使用應力敏感性系數(shù)來度量儲層的應力敏感程度。

低滲透儲層；滲透率；有效覆壓；應力敏感性評價

滲透率應力敏感效應在低滲透儲層中表現(xiàn)突出[1-3]，具體表現(xiàn)在應力敏感性對井網(wǎng)部署、開采壓差、油氣井配產(chǎn)以及最終采收率等方面的影響。國內(nèi)外學者進行大量實驗，確立有效覆壓是影響儲層滲透率的主要因子，并用指數(shù)式[4-6]、乘冪式[7-8]和多項式[9-12]等關系描述了滲透率與有效覆壓之間的函數(shù)關系，然后對儲層滲透率應力敏感性進行量化評價。目前，常用的應力敏感性評價指標主要有3種：實驗室室內(nèi)評價、油氣藏評價及應力敏感性系數(shù)法。室內(nèi)評價從實驗實測數(shù)據(jù)出發(fā)，其評價指標主要采用行業(yè)標準法“儲層敏感性流動實驗評價方法(SY/T5358-2010)”[13]。油氣藏評價是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，結合油氣藏實際應力狀態(tài)進行評價。應力敏感性系數(shù)法則是先將滲透率和有效覆壓無因次化，再擬合其函數(shù)關系式，以擬合得到的應力敏感系數(shù)來評價滲透率應力敏感程度。但是，由于應力敏感性的特殊性，目前關于應力敏感性的數(shù)據(jù)處理及評價標準仍存在較大爭議。筆者根據(jù)長慶油田6塊巖樣的應力敏感性實驗數(shù)據(jù)，比較這3種評價方法計算的滲透率損害率程度，并探討不同評價方法的優(yōu)缺點。

1 儲層巖石應力敏感性實驗

1.1 實驗方法

選取6塊長慶油田巖心，巖樣氣測滲透率平均值為1.89×10-3μm2,屬于特低滲透儲層。實驗方法參照行業(yè)標準“儲層敏感性流動實驗評價方法(SY/T5358-2010)”。本實驗通過改變巖樣的圍壓來改變巖心所受的有效覆壓，共設定了12個圍壓上升點和圍壓下降點，每個圍壓上升點的穩(wěn)定時間為45 min，每個圍壓下降點穩(wěn)定時間為1 h。當圍壓穩(wěn)定時間到達后，利用氣測滲透率儀測試該圍壓下的氣測滲透率，采用Terzaghi有效覆壓方程計算有效覆壓。

1.2 滲透率與有效覆壓的關系

對6塊巖心進行應力敏感實驗得到氣測滲透率與有效覆壓的特征曲線，回歸分析后發(fā)現(xiàn)，所有關系式中以乘冪的相關系數(shù)最高，絕大部分相關系數(shù)在0.98以上，二次多項式次之，而指數(shù)式的相關系數(shù)最低。因此選取乘冪式[7-8]來回歸擬合滲透率與有效覆壓的關系：

k=m×σ-n

(1)

式中：k——氣測滲透率，10-3μm2；m——擬合系數(shù)；n——擬合指數(shù)；σ——凈上覆壓力，MPa。

6塊巖心的基本參數(shù)及m、n回歸結果和相關系數(shù)R2見表1。

2 儲層巖石滲透率應力敏感性評價

2.1 行業(yè)標準法

在考察圍壓對巖心氣測滲透率的影響時，行業(yè)標準以升圍壓時第一個圍壓點(2.5 MPa)的氣測滲透率作為最大滲透率值k1,以最大圍壓點(50 MPa)的氣測滲透率值為最小滲透率值k50；以降圍壓恢復過程的最后一個圍壓點(2.5 MPa)的氣測滲透率為最大滲透率值k1dl，該值為研究過程最大滲透率恢復值。利用k1，k50，k1dl計算該過程最大滲透率損害程度Dk和滲透率不可恢復度Dkir。

表1 實驗巖心基本參數(shù)及滲透率與有效覆壓的擬合結果

(2)

(3)

2.2 油藏評價法

行業(yè)標準綜合利用升圍壓和降圍壓過程氣測滲透率的變化趨勢、最大滲透率傷害程度Dk和滲透率不可恢復度Dkir，評價圍壓對巖心氣測滲透率的影響。但是滲透率損害率的大小與實驗中選擇的初始有效覆壓有關。因此，需要考慮真實儲層應力狀態(tài)對儲層的應力敏感性做出合理的評價。鑒于上述原因，油藏評價方法使用原地有效覆壓作為初始計算點，來計算最大滲透率損害程度和滲透率不可恢復度，則式(2)、(3)可改寫為：

(4)

(5)

式中：Rk——有效覆壓為iMPa時的滲透率損害率；kri——原地有效覆壓對應的巖心滲透率，10-3μm2；ki——各有效覆壓測點的巖心滲透率，10-3μm2；Rkir和kridl——有效覆壓恢復到原地有效覆壓時的滲透率不可恢復度和滲透率。

6塊巖心所在區(qū)塊平均上覆巖層密度為2.50 g/cm3,地層壓力梯度為0.8 MPa/100 m，可以求取這6塊巖心的原始地層有效覆壓。利用滲透率與有效覆壓的乘冪關系，求取不同有效覆壓下的滲透率，然后以原始地層有效覆壓為初始點，進行最大滲透率損害程度和滲透率不可恢復度計算。

2.3 應力敏感性系數(shù)法

根據(jù)張浩，康毅力，蘭林等人的研究[14-16]，滲透率比值的立方根與對應有效覆壓比值的對數(shù)具有很好的線性相關性，即(6)式。

(6)

式中：a=1；Ss——應力敏感性系數(shù)；σ——有效覆壓，MPa；k—— 對應的滲透率，10-3μm2；σ0、k0——初始測點的有效覆壓和滲透率，MPa，10-3μm2。表2為應力敏感性評價標準。

表2 應力敏感性系數(shù)評價標準

6塊巖心的線性擬合結果如表3所示。由于實驗存在一定的誤差，所以表3中各個擬合式的a值并不是嚴格等于1。

表3 應力敏感性系數(shù)擬合結果

2.3.1 應力敏感性系數(shù)與初始滲透率的關系

從表3可看出，巖石滲透率越小，對應的應力敏感性系數(shù)越大。對6塊巖心的應力敏感性系數(shù)與巖心初始滲透率k1進行曲線擬合，回歸分析發(fā)現(xiàn)其關系曲線以乘冪式的相關系數(shù)最高，如圖1所示。其回歸式為：

(7)

從圖1可看出，當巖心滲透率小于1×10-3μm2以后，應力敏感系數(shù)急劇增加。由此可見，應力敏感效應對特低、超低滲油氣儲層巖心滲透率的影響顯著增強。

圖1 應力敏感性系數(shù)與初始滲透率的關系

3 評價指標對比

表4是根據(jù)不同評價指標評價實驗所選6塊巖樣滲透率損害結果，可以看出，巖心滲透率越低，其滲透率應力敏感性越強。行業(yè)評價方法的評價結果為：該儲層巖石的應力敏感性評價結果為中等偏強。油藏評價方法評價結果為：該儲層巖石的應力敏感性評價結果為弱。所以按行業(yè)標準得到的評價結果夸大了有效覆壓對儲層滲透率的損害。應力敏感性系數(shù)法和油藏評價法得到的損害等級一致。

表4 不同指標的滲透率損害評價結果

圖2是應力敏感性系數(shù)和油藏評價法算得的滲透率損害率的線性擬合圖，也表現(xiàn)為較好的相關性。而且，與油藏評價法相比，應力敏感性系數(shù)法可以在既不知道油藏原始地應力，也不需要多個應力敏感測試點的情況下得到比較切實的油藏應力敏感評價。因此，應力敏感性系數(shù)法使用起來更加簡單方便。但是，應力敏感性系數(shù)是由實驗得到的全部數(shù)據(jù)進行擬合得到，每一巖樣對應一個應力敏感性系數(shù)，該系數(shù)的物理意義不如滲透率損害率直觀，而且不能反映出油氣藏開發(fā)過程中每個階段的應力敏感狀態(tài)，不利于工程應用。雖然如此，應力敏感性系數(shù)法仍得到廣泛應用。

圖2 應力敏感性系數(shù)與滲透率損害率(以原始有效覆壓為初始點)的線性關系

4 結論

(1)用乘冪函數(shù)關系可以表征巖心的滲透率與有效覆壓的關系。

(2)行業(yè)標準選用2.5 MPa圍壓下的滲透率為初始點計算滲透率損害率將夸大實際油藏有效覆壓對滲透率的損害，應以原地有效覆壓下的滲透率作為參考點來計算滲透率損害率。

(3)應力敏感性系數(shù)與初始滲透率呈乘冪關系，初始滲透率小于1×10-3μm2以后，應力敏感系數(shù)急劇增加，特低滲巖心滲透率應力敏感性顯著。

(4)應力敏感性系數(shù)和油藏評價法算得的滲透率損害率有較好的一致性，建議使用應力敏感性系數(shù)法來評價儲層的應力敏感性。

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編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0094-04

2015-03-10

羅超，1989年生，2011年畢業(yè)于中國石油大學(北京)石油工程專業(yè)，在讀碩士生，研究方向：滲流理論與油氣藏數(shù)值模擬技術。

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