致密油氣藏儲(chǔ)層應(yīng)力敏感各向異性及其微觀機(jī)制
——以鄂爾多斯盆地安塞油田長6油層為例

張志強(qiáng)，師永民，李　鶴

(北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871)

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致密油氣藏儲(chǔ)層應(yīng)力敏感各向異性及其微觀機(jī)制
——以鄂爾多斯盆地安塞油田長6油層為例

張志強(qiáng)，師永民，李鶴

(北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871)

中國陸相致密儲(chǔ)層應(yīng)力敏感各向異性研究對(duì)低滲透油氣藏開發(fā)過程中儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)具有重要作用。鑒于注水開發(fā)過程中的實(shí)際問題，選取鄂爾多斯盆地安塞油田長6油層3塊典型巖樣，分別從水平X,Y及垂直Z方向鉆取小巖心柱，并依次恢復(fù)至地層條件下變化圍壓測(cè)定滲透率，并結(jié)合鑄體薄片、掃描電鏡及XRD等實(shí)驗(yàn)，對(duì)致密油氣藏儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感各向異性及其微觀機(jī)制進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：不同巖樣的應(yīng)力敏感性存在差異，且同一巖樣不同方向的應(yīng)力敏感性也存在差異，應(yīng)力敏感性指數(shù)由強(qiáng)到弱分別為細(xì)粒巖屑長石砂巖、長石巖屑質(zhì)石英粉砂巖和中細(xì)粒巖屑長石砂巖，各向異性系數(shù)由強(qiáng)到弱分別為長石巖屑質(zhì)石英粉砂巖、中細(xì)粒巖屑長石砂巖和細(xì)粒巖屑長石砂巖。通過微觀實(shí)驗(yàn)可知，不同類型儲(chǔ)層的礦物成分、排列方式及孔隙結(jié)構(gòu)特征差異大，是造成儲(chǔ)層應(yīng)力敏感各向異性的關(guān)鍵因素。因此認(rèn)為，致密油氣藏不同類型儲(chǔ)層應(yīng)力敏感及各向異性存在較大差異，而儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性特征是應(yīng)力敏感及各向異性的主要影響因素。這一結(jié)論對(duì)鄂爾多斯盆地陸相致密非均質(zhì)性儲(chǔ)層的高效開發(fā)具有重要意義。

應(yīng)力敏感性；各向異性；微觀非均質(zhì)性；油田開發(fā)；致密油氣藏；鄂爾多斯盆地

油氣藏主要受到上覆巖石壓力、構(gòu)造應(yīng)力和孔隙流體壓力的控制而處于相對(duì)平衡狀態(tài)。而這種平衡隨著油氣藏深入開發(fā)而發(fā)生變化，隨著有效應(yīng)力的逐漸增加，儲(chǔ)層的孔隙空間不斷減小，表征巖石滲流特性的滲透率也將減小，這一現(xiàn)象稱為儲(chǔ)層巖石的滲透率應(yīng)力敏感性。致密儲(chǔ)層油氣資源豐富，逐漸成為全球戰(zhàn)略重心之一，在中國陸相油氣藏中，低滲、特低滲及致密儲(chǔ)層所占比例超過50%[1-3]。而在致密儲(chǔ)層開發(fā)過程中，滲透率是影響油氣田有效開發(fā)最重要的巖石物性參數(shù)之一[4-5]。

近年來國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)低滲、特低滲及致密油氣藏儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性開展了大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究分析，但尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。部分學(xué)者認(rèn)為低滲、特低滲及致密儲(chǔ)層存在較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性[6-9]。然而，有一部分學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)該類儲(chǔ)層并不存在較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性[10-14]。針對(duì)這一問題，通過對(duì)鄂爾多斯盆地長6油層的3類典型致密儲(chǔ)層取心鉆柱，利用TAW1000巖石三軸伺服實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力敏感性測(cè)試，結(jié)合有效應(yīng)力理論對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，針對(duì)致密儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性對(duì)低滲透油氣藏開發(fā)的影響進(jìn)行深入探究。這對(duì)低滲透油氣藏開發(fā)過程中滲透率變化規(guī)律研究，及時(shí)采取合理的開發(fā)方案，確保油田持續(xù)增產(chǎn)和長期穩(wěn)產(chǎn)具有重要的實(shí)際意義[15]。

低滲透油氣藏儲(chǔ)層巖石滲透率各向異性特征一直是巖石力學(xué)和滲流力學(xué)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容之一。L.W.Lake指出,若儲(chǔ)層的滲透性與儲(chǔ)層內(nèi)部的方向性有關(guān)，則該儲(chǔ)層是滲透率各向異性,反之，則是滲透率各向同性[16]。隨著低滲透油氣藏深入開發(fā)，儲(chǔ)層應(yīng)力條件會(huì)不斷發(fā)生變化，并且由于沉積環(huán)境的差異，多數(shù)陸相儲(chǔ)層滲透率表現(xiàn)出較強(qiáng)的各向異性特征[17]。M.S.Bruno等研究發(fā)現(xiàn),弱膠結(jié)儲(chǔ)層的微觀非均質(zhì)性導(dǎo)致滲透率存在各向異性[18]。劉月田等測(cè)量儲(chǔ)層巖心不同方向的流量確定最大和最小滲透率的主方向，建立平面內(nèi)滲透率各向異性[19]。P.C.Iheanacho等通過對(duì)砂巖儲(chǔ)層研究發(fā)現(xiàn),滲透率在垂向和水平存在各向異性[20]。而針對(duì)儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感各向異性特征鮮有研究。雖然N.Zisser和孫東生分別對(duì)致密砂巖各向異性取心進(jìn)行應(yīng)力敏感各向異性分析[21-22],但針對(duì)滲透率應(yīng)力敏感各向異性的微觀機(jī)制展開的研究甚為匱乏，而這恰好是油田開發(fā)過程中亟需研究并解決的重要實(shí)際問題之一。

本文對(duì)鄂爾多斯盆地長6油層3類典型致密儲(chǔ)層取心，分別從水平X,Y和垂直Z方向各鉆取3塊小柱，利用TAW1 000巖石三軸伺服實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將孔隙壓力、溫度及流體飽和度恢復(fù)到地層原位條件下，通過改變圍壓(12～50 MPa)進(jìn)行滲透率測(cè)試，得到致密儲(chǔ)層3個(gè)樣品的應(yīng)力敏感及各向異性特征與變化規(guī)律，借助線性擬合方程建立應(yīng)力敏感性指數(shù)與各向異性系數(shù)。結(jié)合巖石鑄體薄片、掃描電鏡及XRD等實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)3類巖樣的礦物成分、性質(zhì)及孔隙結(jié)構(gòu)等微觀特征進(jìn)行分析，揭示致密儲(chǔ)層應(yīng)力敏感及其各向異性特征的內(nèi)在機(jī)制，對(duì)儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性進(jìn)行定量表征。這將為低滲透油氣藏開發(fā)中后期儲(chǔ)層改造提供較為重要的科學(xué)依據(jù)。

1　典型儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)備

儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性是由于儲(chǔ)層所受的應(yīng)力發(fā)生變化，導(dǎo)致巖石變形，繼而導(dǎo)致滲透率發(fā)生變化的性質(zhì)，因此研究儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性主要是研究滲透率與有效應(yīng)力的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)恢復(fù)孔隙壓力至地層條件，通過改變圍壓的方法來改變巖石的有效應(yīng)力，繼而分析巖石應(yīng)力敏感性特征。有效應(yīng)力公式如下：

(1)

式中：peff表示有效應(yīng)力，MPa；pc為圍壓，MPa；pp為孔隙壓力，MPa。

氣體在巖樣中流動(dòng)時(shí)，由氣體一維穩(wěn)定滲濾達(dá)西定律可得滲透率計(jì)算公式：

(2)

式中:ka為巖心氣體滲透率，10-3μm2；QO為出口氣體流量，mL/s；pa為大氣壓力，MPa；μ是液體的粘度，mPa·s；L是樣品長度，cm；p1為入口壓力，MPa；p2為出口壓力，MPa;A為樣品截面積，cm2。

實(shí)驗(yàn)裝置采用TAW1 000巖石三軸伺服實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。全套裝置由高溫高壓三軸室、圍壓、軸壓、孔壓控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集控制系統(tǒng)等幾大部分組成，可以進(jìn)行應(yīng)力-滲流耦合等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1　原位條件下應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)流程

整個(gè)過程應(yīng)力以0.02 MPa/min的速度進(jìn)行加載，都是在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制之下完成。實(shí)驗(yàn)流體為氮?dú)?，在控制不同有效?yīng)力條件下，實(shí)驗(yàn)流體以一定流速流過巖心，同時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理終端實(shí)時(shí)獲取巖心滲透率的變化情況，測(cè)量分辨率高達(dá)1/200 000。實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)的具體參數(shù)表1。

1.2實(shí)驗(yàn)方法及巖心參數(shù)

實(shí)驗(yàn)樣品選取鄂爾多斯盆地長6油層3塊典型巖樣(表2)，從水平X，Y及垂向Z分別鉆取小巖心柱，3個(gè)樣品可以代表3類具有典型成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征的致密砂巖儲(chǔ)層。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試之前，對(duì)巖樣進(jìn)行預(yù)處理，主要包括巖樣的洗油和烘干，洗油用酒精和苯的混合物，烘干溫度控制在45 ℃，連續(xù)烘干36 h。巖樣具體的信息如表2所示，巖樣孔隙度為3.26%～15.52%，平均為8.72%，滲透率為(0.002 0～0.815 2)×10-3μm2，平均為0.202 9×10-3μm2。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1巖樣1

圖2a是巖樣1的滲透率隨有效應(yīng)力的絕對(duì)變化值。3個(gè)鉆柱的滲透率都隨有效應(yīng)力的增加而降低，當(dāng)有效應(yīng)力增加到40 MPa時(shí)，滲透率絕對(duì)變化值分別為0.132 0×10-3，0.103 8×10-3和0.043 1×10-3μm2；當(dāng)有效應(yīng)力從40 MPa恢復(fù)到10 MPa時(shí)，3個(gè)樣品儲(chǔ)層巖心滲透率分別恢復(fù)了85.23%，92.00%和95.17%，由于地下應(yīng)力狀態(tài)變化，巖石在不同方向發(fā)生不同程度的彈塑性變形。圖2b是巖樣1的滲透率隨有效應(yīng)力的相對(duì)變化值。3個(gè)方向的滲透率在隨著有效應(yīng)力增加過程中，滲透率都是先快速下降，之后降速相對(duì)變緩，相對(duì)變化率分別為18.46%，15.82%和35.92%，3個(gè)方向儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性差異較大，X和Y方向敏感性較為接近，而與Z方向差異大。這一現(xiàn)象表明，巖石受到壓縮變形，水平和垂直方向的儲(chǔ)層特征存在差異，會(huì)導(dǎo)致巖石發(fā)生不同的變形特征，因此，滲透率的應(yīng)力敏感在水平與垂直方向存在較大差異。

表1　實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)規(guī)格

2.2巖樣2

圖3a是巖樣2的滲透率隨有效應(yīng)力的絕對(duì)變化值。3個(gè)巖心柱的滲透率都隨著有效應(yīng)力的增加而降低，當(dāng)有效應(yīng)力增加到40 MPa時(shí)，滲透率絕對(duì)變化值分別為0.003 9×10-3，0.003 4×10-3和0.001 1×10-3μm2；當(dāng)有效應(yīng)力從40 MPa恢復(fù)到10 MPa時(shí)，3個(gè)樣品儲(chǔ)層巖心滲透率分別恢復(fù)了43.11%，51.31%和61.54%。地下應(yīng)力狀態(tài)變化，巖石在不同方向發(fā)生不同程度的彈塑性變形，且塑性變形程度較巖樣1大。圖3b是巖樣2的滲透率隨有效應(yīng)力的相對(duì)變化值。3個(gè)方向的滲透率在隨有效應(yīng)力增加過程中，滲透率都是先快速下降，之后降速相對(duì)變緩，相對(duì)變化率分別為72.29%，79.24%和62.94%，3個(gè)方向儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性差異較大，X和Y及Z方向下降程度都超過60%。這一現(xiàn)象表明，不同方向的結(jié)構(gòu)存在差異，巖石壓縮過程中會(huì)發(fā)生不同的變形特征，因此滲透率的應(yīng)力敏感不同方向存在各向異性。

2.3巖樣3

圖4a是巖樣3的滲透率隨著有效應(yīng)力的絕對(duì)變化值。3個(gè)巖心的滲透率都隨有效應(yīng)力的增加而降低，當(dāng)有效應(yīng)力增加到40 MPa時(shí)，滲透率絕對(duì)變化值分別為0.014 4×10-3，0.011 4×10-3和0.008 5×10-3μm2；當(dāng)有效應(yīng)力從40 MPa恢復(fù)到10 MPa時(shí)，3個(gè)樣品儲(chǔ)層巖心滲透率分別恢復(fù)了37.35%,38.95%和41.29%。地下應(yīng)力狀態(tài)變化，巖石發(fā)生較大程度的塑性變形，從而對(duì)油氣藏產(chǎn)生不可恢復(fù)的破壞。如圖4b所示，在不同有效應(yīng)力條件下，巖樣3的滲透率變化相對(duì)于巖樣2而言，應(yīng)力敏感性減弱。3個(gè)方向相對(duì)變化率分別為80.44%，81.86%和78.85%，都超過75%，但差異很小。這一現(xiàn)象表明，巖石受到壓縮變形，儲(chǔ)層不同方向的結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性較弱，會(huì)導(dǎo)致巖石發(fā)生程度類似的變形特征，因此滲透率的應(yīng)力敏感各向異性較小。

表2　實(shí)驗(yàn)巖心鉆柱參數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖2　巖樣1的滲透率與有效應(yīng)力關(guān)系

圖3　巖樣2的滲透率與有效應(yīng)力關(guān)系

圖4　巖樣3的滲透率與有效應(yīng)力關(guān)系

巖樣編號(hào)巖性鉆柱方向K0/(10-3μm2)AkR2損害程度1中細(xì)粒巖屑長石砂巖X0.90030.1530.961弱Y0.81740.1210.917弱Z0.21980.3160.964弱2長石巖屑質(zhì)石英粉砂巖X0.01960.7370.898中等偏強(qiáng)Y0.03680.9420.915強(qiáng)Z0.00340.4630.852中等偏弱3細(xì)粒巖屑長石砂巖X0.11960.9350.946強(qiáng)Y0.08930.9620.922強(qiáng)Z0.07360.9160.956強(qiáng)

3　討論

3.1應(yīng)力敏感各向異性

3.1.1應(yīng)力敏感性

分析實(shí)驗(yàn)得到的3類樣品滲透率隨有效應(yīng)力變化關(guān)系，借助冪指數(shù)方程擬合可以表示為[23]：

(3)

式中:K(peff)是有效應(yīng)力為peff時(shí)樣品的滲透率，10-3μm2；K0為有效應(yīng)力為零時(shí)樣品的滲透率，10-3μm2；Ak是擬合得到的應(yīng)力敏感指數(shù)，無量綱。

3個(gè)樣品致密儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性存在明顯差異(表3)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)在0.852～0.964，相關(guān)性好。巖樣1的3個(gè)方向應(yīng)力敏感指數(shù)分布在0.121～0.316，平均為0.197，應(yīng)力敏感性較弱，X和Y方向比較接近，二者與Z方向的敏感指數(shù)存在差異。巖樣2在3個(gè)方向的應(yīng)力敏感指數(shù)分布于0.463～0.942，應(yīng)力敏感性中等偏強(qiáng)，3個(gè)方向應(yīng)力敏感性差異較大。巖樣3應(yīng)力敏感指數(shù)為0.916～0.962，平均為0.938，為強(qiáng)應(yīng)力敏感性，3個(gè)方向的差異小。

3.1.2各向異性

實(shí)驗(yàn)樣品中X，Y與Z三個(gè)方向相互垂直，因此通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得X，Y與Z三個(gè)方向的滲透率，就相應(yīng)的得到了YZ，XZ與XY三個(gè)平面的滲透率，三個(gè)平面內(nèi)的滲透率各向異性用αk表示[21]：

(4)

通過代入滲透率與壓力的冪函數(shù)方程式(3)，滲透率各向異性方程式(4)可用下式表示：

(5)

(6)

(7)

式中：di，dj代表方向；Ki，Kj表示不同有效應(yīng)力條件下的滲透率，10-3μm2(i，j代表X，Y，Z中任意二者)。

經(jīng)計(jì)算得到所測(cè)樣品3個(gè)平面內(nèi)的滲透率各向異性隨有效應(yīng)力的變化規(guī)律(表4)。αk0可以表示有效應(yīng)力為零時(shí)，在YZ，XZ與XY平面內(nèi)的滲透率各向異性系數(shù)。巖樣1在水平方向上滲透率差異較小，而水平與垂直方向的各向異性明顯。巖樣2在三維空間內(nèi)存在明顯的各向異性特征。分析巖樣3認(rèn)為，各個(gè)方向的滲透率變化都比較接近，各向異性最弱。

為直觀分析不同樣品的不同平面間的滲透率各向異性隨有效應(yīng)力的變化趨勢(shì)，將滲透率各向異性參數(shù)進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化的滲透率各向異性(αkg)(圖5)。在有效應(yīng)力40 MPa范圍內(nèi)，XY平面內(nèi)的滲透率各向異性隨有效應(yīng)力的增加而變化不大；YZ和XZ平面內(nèi)的滲透率各向異性隨有效應(yīng)力的增加而出現(xiàn)差異性變化，且變化幅度差異較大，最大的滲透率各向異性達(dá)到9.33(YZ平面)。因此，對(duì)于陸相致密儲(chǔ)層應(yīng)力敏感各向異性參數(shù)變化不能一概而論，需要結(jié)合儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)特征進(jìn)行分析。

表4　滲透率各向異性系數(shù)

圖5　歸一化的滲透率各向異性αkg隨有效應(yīng)力變化

3.2應(yīng)力敏感性內(nèi)在機(jī)制

致密儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感性主要受到礦物成分、排列方式及微觀孔隙結(jié)構(gòu)等因素的綜合影響[24-25]。將3組巖樣共9個(gè)鉆柱制成鑄體薄片置于偏光顯微鏡下觀察(圖6)。就巖樣1而言，巖石顆粒成分以石英、鈣長石為主，含量大于80%，巖屑含量少(表5)，巖石受應(yīng)力主要發(fā)生本體變形，彈性變形遠(yuǎn)大于塑性變形程度，因此3個(gè)方向的滲透率降幅較小，最大不超過40%，屬于較弱的應(yīng)力敏感性，且在卸壓加載過程中，3個(gè)方向的滲透率恢復(fù)率都大于85%。

X和Y方向(圖6a，b)樣品顆粒排列方向性較強(qiáng)，且X方向發(fā)育明顯微裂縫，孔隙多以定向排列的粒間孔為主，因此在受壓過程中，滲透率下降率接近。Z方向(圖6c)顆粒排列方向性較弱，孔隙較小且分布較為分散，由于鈣長石大量破碎形成粒內(nèi)孔-縫為主的結(jié)構(gòu)，微裂縫受壓容易閉合，導(dǎo)致變有效應(yīng)力條件下Z樣品的滲透率下降率大于X和Y樣品，與之前通過線性回歸計(jì)算得到的應(yīng)力敏感指數(shù)Ak(X≈Y

分析可知，巖石受到壓縮變形，水平與垂直方向的巖石結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)，因此滲透率的應(yīng)力敏感存在各向異性，通過巖石薄片對(duì)其微觀機(jī)制分析可以得到應(yīng)力敏感性在水平(XY平面)和垂直方向(XZ和YZ平面)出現(xiàn)明顯的差異，各向異性順序?yàn)閅Z≈XZ>XY，這與歸一化的滲透率各向異性隨有效應(yīng)力變化情況一致(αkX≈αkY>αkZ≈0)。

巖樣2以殘余粒間孔隙為主，粘土雜基含量較高(表5)，礦物顆粒之間被大量粘土礦物充填，導(dǎo)致連通性差。巖石受應(yīng)力主要發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，塑性變形大于彈性變形程度，在應(yīng)力達(dá)到40 MPa的壓縮過程中，3個(gè)方向的滲透率降幅較大，X，Y及Z向損害程度都超過60%，在卸壓加載過程中，3個(gè)方向的滲透率恢復(fù)率平均小于50%。

3個(gè)方向儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性差異較大。X方向(圖6d)巖石顆粒定向排列，發(fā)育明顯的微裂縫，導(dǎo)致YZ平面滲透率存在很大的差異；Y方向(圖6e)孔隙呈半定向排列，存在細(xì)小的微裂縫，因此在XZ平面滲透率差異性小于YZ面；Z方向(圖6f)顆粒分選磨圓好，定向性較差，因此XY平面滲透率差異性較小。這直接導(dǎo)致變有效應(yīng)力條件下X，Y及Z樣品的滲透率損害率都存在差異，順序?yàn)閅>X>Z，與擬合計(jì)算得到的應(yīng)力敏感指數(shù)Ak(Y>X>Z)結(jié)果一致。

分析可知，非均質(zhì)性強(qiáng)較強(qiáng)的巖石受壓變形，滲透率的應(yīng)力敏感在不同方向存在較大的各向異性，通過巖石薄片對(duì)其微觀機(jī)制分析可以得到應(yīng)力敏感性在三維空間內(nèi)(XY，XZ及YZ平面)出現(xiàn)明顯的差異，儲(chǔ)層巖石微觀非均質(zhì)性順序?yàn)閄>Y>Z，分析得到3個(gè)平面滲透率各向異性順序?yàn)閅Z>XZ>XY，這與之前的歸一化的滲透率各向異性隨有效應(yīng)力變化情況一致(αkX>αkY>αkZ)。

巖樣3以非定向的粒間孔隙為主，巖石顆粒如石英、長石含量高(表5)，長石的大量溶蝕形成粒內(nèi)孔隙，孔滲通道分布較為復(fù)雜，總孔隙度較巖樣1和2大。X，Y及Z方向巖石孔隙空間較大，而喉道較細(xì)，且被粘土礦物充填，導(dǎo)致3個(gè)平面滲透率在有效應(yīng)力逐漸增加情況下，喉道快速閉合而滲透率損失大，3個(gè)樣品的損失率都在80%左右，具有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性。并且長石大量溶蝕，導(dǎo)致骨架顆粒硬度下降，在增壓過程中容易被壓實(shí)變形，發(fā)生較大程度的結(jié)構(gòu)變形，因此卸壓后，滲透率恢復(fù)僅40%。

X，Y及Z方向(圖6g—i)巖石顆粒均呈現(xiàn)非定向排列，粒間孔隙分布均勻，在YZ，XZ和XY平面滲透率的差異很小，導(dǎo)致變有效應(yīng)力條件下X，Y及Z樣品壓縮變形機(jī)制相似，其滲透率損害幅度X≈Y≈Z，與計(jì)算得到的應(yīng)力敏感指數(shù)Ak結(jié)果一致。

綜上所述，巖石受到壓縮變形，均質(zhì)性好的巖石結(jié)構(gòu)差異小，因此滲透率的應(yīng)力敏感各向異性較小，通過巖石薄片對(duì)其微觀機(jī)制分析可以得到滲透率損害程度在三維空間內(nèi)(XY，XZ及YZ平面)差異很小，3個(gè)方向的儲(chǔ)層巖石微觀非均質(zhì)性X≈Y≈Z，分析得到3個(gè)平面滲透率各向異性為YZ≈XZ≈XY，結(jié)果與歸一化的滲透率各向異性隨有效應(yīng)力變化情況一致(αkX≈αkY≈αkZ≈0)。

圖6　3個(gè)樣品在X，Y及Z方向的鑄體薄片特征

巖樣編號(hào)石英/%長石/%云母/%粘土礦物/%鉀長石鈉長石鈣長石白云母黑云母高嶺石蒙脫石綠泥石伊利石124.717.9610.0639.782.720.582.111.152.528.41221.799.298.6725.015.021.371.963.403.6119.88327.2012.5913.6928.971.210.440.400.942.9610.72

4　結(jié)論

1) 本文選取鄂爾多斯盆地長6油層組致密儲(chǔ)層3塊典型巖樣，從水平X,Y及垂向Z鉆柱，依次恢復(fù)至地層條件下變圍壓進(jìn)行滲透率測(cè)定實(shí)驗(yàn)，借助線性擬合，建立滲透率隨有效應(yīng)力之間的冪函數(shù)方程，并得到各巖樣的應(yīng)力敏感指數(shù)Ak，分析可發(fā)現(xiàn)不同類型的巖樣滲透率應(yīng)力敏感性表現(xiàn)出不同的特征。

2) 3塊巖樣在不同方向的滲透率應(yīng)力敏感各向異性指數(shù)αk同樣也是有效應(yīng)力的函數(shù)，且隨著有效應(yīng)力的增加，不同巖樣在不同平面內(nèi)的滲透率各向異性表現(xiàn)出完全迥異的變化規(guī)律。結(jié)合鑄體薄片、掃描電鏡及XRD等實(shí)驗(yàn)分析，可知巖石礦物成分、排列方式，孔隙結(jié)構(gòu)等儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性特征起主要控制作用。

3) 陸相致密儲(chǔ)層應(yīng)力敏感及其各向異性評(píng)價(jià)不能籠統(tǒng)的稱作強(qiáng)或弱敏感性，而是要根據(jù)不同儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)特征來進(jìn)行深入的分類研究，對(duì)儲(chǔ)層損害能有一個(gè)合理的評(píng)價(jià)，繼而根據(jù)儲(chǔ)層實(shí)際特征來選擇合理的開發(fā)方式，這對(duì)低滲透油田開發(fā)中的提高采收率及儲(chǔ)層損害評(píng)價(jià)具有重要的指示意義。

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(編輯張亞雄)

Stress sensitivity anisotropy and its microscopic mechanism of tight oil and gas reservoirs:A case from the Chang-6 reservoir in Ansai oilfield of Ordos Basin

Zhang Zhiqiang，Shi Yongmin，Li He

(SchoolofEarthandSpaceScience，PekingUniversity，Beijing100871，China)

Study on stress sensitivity anisotropy of continental tight reservoirs in China plays an important role in evaluation of reservoir damage during the exploitation of low permeability oilfield.In view of the practical problems，the X，Y and Z columns from three inter-perpendicular orientation of three typical samples from Chang-6 reservoir in Ansai oilfield of Ordos Basin are used to test permeability by changing confining pressure under the in-situ condition and study the relationship between permeability and effective stress.In addition，microscopic mechanism and anisotropy of stress sensitivity in tight oil and gas reservoirs are analyzed through integrating various data including casting thin sections，scanning electron microscopy and XRD，etc.The results demonstrate that stress sensitivities of different rock samples are different and stress sensitivities of the same rock sample are also quite different in different directions.The ranking of stress sensitivity index from strong to weak is fine-grained lithic feldspathic sandstone，feldspar lithic quartz siltstone and medium to fine-grained lithic feldspathic sandstone，and the ranking of anisotropy coefficient from strong to weak is feldspar lithic quartz siltstone，medium to fine-grained lithic feldspathic sandstone and fine-grained lithic feldspathic sandstone.Microscopic experiments indicate that mineral composition，the arrangement and pore structure characteristics of different types of reservoir are key factors to cause reservoir stress sensitivity anisotropy.Therefore，stress sensitivity anisotropies are quite different in different types of tight reservoirs，and the microscopic heterogeneity characteristics of reservoirs are the major factors influencing stress sensitivity and anisotropy.This understanding is of great significance to highly-efficient exploitation of the continental heterogeneous tight reservoirs in Ordos Basin.

stress sensitivity，permeability anisotropy，microscopic heterogeneity，oilfield development,tight Oil & Gas reservoir，Ordos Basin

2015-06-03;

2016-01-04。

張志強(qiáng)(1990—)，男，碩士，低滲油田開發(fā)地質(zhì)。E-mail:zhiqiangzhang@pku.edu.cn。

簡介：師永民(1966—)，男，研究員，低滲油田開發(fā)和儲(chǔ)層地質(zhì)。E-mail:sym@pku.edu.cn。

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2009CB219302)。

0253-9985(2016)01-0117-08

10.11743/ogg20160116

TE311

A