頁巖油藏儲層物性壓力敏感性分析

馬龍 姜易龍 楊帆

摘要：本文主要對頁巖巖芯進(jìn)行應(yīng)力（壓力）敏感性評價(jià)分析，通過對應(yīng)力敏感試驗(yàn)分析進(jìn)一步了解頁巖應(yīng)力敏感影響因素，從而完善頁巖儲層改造技術(shù)措施，長時(shí)間發(fā)揮頁巖儲層最大產(chǎn)能。

關(guān)鍵詞：頁巖儲層;滲透率;裂縫;壓力敏感

一、頁巖微觀組構(gòu)特征

對頁巖巖石微觀組構(gòu)特征的研究我們主要通過X 射線衍射、巖石熱解、壓汞法和氮?dú)馕椒ㄟM(jìn)行研究。通過X 射線衍射實(shí)驗(yàn)和巖石熱解實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如下：石英、碳酸鹽和粘土為含量最高的三種無機(jī)礦物。石英含量為 14.3%到 58.6%，平均為 31.4%;碳酸鹽（白云石和方解石）含量為 0 到 56.5%，平均為 25.6%;粘土含量為 10.4%到 46.1%， 平均為 33.2%。此外，大多數(shù)樣品含有少量的長石和黃鐵礦，含量均小于 10%，個(gè)別樣品含有少量菱鐵礦。粘土礦物主要為伊蒙混層、伊利石和綠泥石，平均含量分別為 47%、37.6% 和 15.4% 。TOC 含量為 0.14 到 8.43%，平均為 1.9%。[1]

二、頁巖應(yīng)力敏感模型

（1）圓形毛管模型

當(dāng)巖石孔隙中多為粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、有機(jī)質(zhì)不定形孔隙，且主要是鈣質(zhì)頁巖基質(zhì)情況，基質(zhì)內(nèi)并不存在裂縫的時(shí)候，我們考慮適用毛管模型。該模型的滲透率應(yīng)力敏感性往往是根據(jù)巖石力學(xué)性質(zhì)，楊氏模量、泊松比所決定的。當(dāng)頁巖巖石楊氏模量、泊松比相對比較高的時(shí)候，其應(yīng)力敏感也就越強(qiáng)。

（2）橢圓孔模型

泥質(zhì)頁巖主要孔隙為粘土片層狀孔隙，并且其基質(zhì)內(nèi)不含有宏觀裂縫。該類頁巖適用于橢圓孔模型。橢圓孔模型對比圓形毛管模型，其滲透率應(yīng)力敏感不僅僅與巖石力學(xué)性質(zhì)相關(guān)，另一方面孔隙的縱橫比也是主要影響因素。該類頁巖楊氏模量越低其應(yīng)力明暗相對也就越強(qiáng)，并且泊松比的影響被淡化。那么這時(shí)孔隙形狀對應(yīng)力敏感影響較大，孔隙縱橫比越小，巖石的應(yīng)力敏感越強(qiáng)。

（3）裂縫模型

裂縫模型相似與橢圓孔模型。該模型主要適用于在片狀孔隙及基質(zhì)孔隙中微小裂縫的巖石中，裂縫模型的滲透率應(yīng)力敏感性主要與楊氏模量及裂縫縱橫比相關(guān)。當(dāng)楊氏模量比較小的時(shí)候，孔隙縱橫比也比較小的時(shí)候，此時(shí)的應(yīng)力敏感表征為強(qiáng)。

（4）雙重孔隙模型

該類模型下，楊氏模量表征越小，縫孔比越小、裂縫縱橫比越低時(shí)，巖石的應(yīng)力敏感性也就越強(qiáng)。

結(jié)合以上幾種模型我么得到應(yīng)力敏感影響因素，孔滲冪指數(shù)和孔隙壓縮系數(shù)，進(jìn)而我們總結(jié)出了圓形毛管模型、橢圓孔模型、裂縫模型和雙重孔隙模型?？诐B冪指數(shù)主要由孔隙幾何形狀、孔隙的尺度和數(shù)量決定，孔隙壓縮系數(shù)主要由孔隙幾何形狀和巖石力學(xué)性質(zhì)決定?？诐B冪指數(shù)與孔隙壓縮系數(shù)越大，滲透率應(yīng)力敏感越強(qiáng)烈;反之，應(yīng)力敏感越弱。頁巖應(yīng)力敏感主要取決于巖石力學(xué)性質(zhì)、孔隙縱橫比、裂縫尺度和基質(zhì)孔隙度與裂縫孔隙度的比值。

總體上，巖石的楊氏模量越小，裂縫縱橫比越低，巖石的應(yīng)力敏感越強(qiáng)。此外，在雙重孔隙介質(zhì)中，當(dāng)裂縫尺度遠(yuǎn)大于基質(zhì)尺度時(shí)，縫孔比越小，巖石的應(yīng)力敏感越強(qiáng);當(dāng)裂縫尺度與基質(zhì)尺度相近時(shí)，縫孔比越大，巖石的應(yīng)力敏感越強(qiáng)。

三、頁巖滲透率應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)分析

（1）傳統(tǒng)變圍壓應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)

根據(jù)儲層敏感性流動實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法，將頁巖巖芯裝入夾持器中，加載2.0MPa圍壓，將設(shè)備入口壓力設(shè)置為0.2MPa，出口壓力放空，然后增加圍壓到5.0MPa，測試巖芯的滲透率，逐步將巖芯圍壓增加至25MPa，測量頁巖巖芯滲透率。隨后將要從25MPa逐步降低至5.0MPa。針對壓力變化繪制相應(yīng)的曲線圖。從而進(jìn)一步研究有效應(yīng)力增加對儲層滲透率的傷害程度。

（2）定圍壓變內(nèi)壓加載實(shí)驗(yàn)

定圍壓變內(nèi)壓加載試驗(yàn)進(jìn)一步應(yīng)證了，當(dāng)內(nèi)壓持續(xù)降低，頁巖滲透率會隨之下降。內(nèi)壓下降初期，頁巖滲透率下降也比較快，當(dāng)下降進(jìn)入后期，其滲透率下降呈現(xiàn)平緩趨勢。因此頁巖對內(nèi)壓力有著極強(qiáng)的敏感性，當(dāng)頁巖滲透率越低，則其對內(nèi)壓的敏感性也就會越強(qiáng)。因?yàn)樵趪鷫翰蛔兊那闆r下，隨著內(nèi)壓的降低，巖芯所承受的有效壓力就會顯著上升，巖芯內(nèi)部孔隙將會受到擠壓變形，孔隙通道的收縮使得油氣流動通道變窄，這使得流動量下降，也就表現(xiàn)為滲透率下降內(nèi)壓作用剛開始，巖石變形程度相對較大，因此巖芯滲透率瞬間變化，其下降率也相對較高，然而孔隙被壓縮至一定極限的時(shí)候，孔隙已經(jīng)不能發(fā)生變形時(shí)，那么巖芯滲透率下降也就相對緩慢了。

（3）定內(nèi)壓變圍壓加載實(shí)驗(yàn)

定內(nèi)壓變圍壓增壓實(shí)驗(yàn)中隨著圍壓的增加，頁巖孔喉呈現(xiàn)縮小趨勢，孔喉通道的縮小進(jìn)一步阻礙了流體的通過。并且頁巖中的天然發(fā)育裂縫在圍壓的作用下也會進(jìn)一步被壓縮，并且閉合，這使得巖石的滲透率急劇下降。當(dāng)圍壓開始下降，頁巖的滲透率并不能立馬恢復(fù)，巖石彈性形變恢復(fù)是需要一定的時(shí)間，因此存在一定的滯后性。圍壓的影響使得原有巖石不僅僅存在彈性形變，也存在塑性形變，這使得頁巖的滲透率不能完全恢復(fù)到當(dāng)初的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，頁巖對圍壓有著極強(qiáng)的敏感效應(yīng)，在升圍壓的過程中，巖心的滲透率越高，滲透率損害率越大。

結(jié)論

通過本文分析研究得知：

（1）頁巖應(yīng)力（壓力）敏感程度與其巖石力學(xué)性質(zhì)、泥質(zhì)成分含量相關(guān);

（2）頁巖中泥質(zhì)成分較高的巖石，其表征頁巖自身的楊氏模量也就越小，其壓縮性能也就越好，相對對來說也就比較容易被壓縮，那么容易被壓縮也就證明其應(yīng)力敏感系數(shù)越大;

（3）通過頁巖應(yīng)力敏感機(jī)理研究及頁巖滲透率應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)，我們知道，當(dāng)有效壓力逐步增大，頁巖片狀孔隙的閉合會進(jìn)一步降低頁巖內(nèi)部孔隙的連通性，并且，孔喉半徑相對于特低滲透儲層來說比較低，中孔孔隙在頁巖中分布頻率相對較高;

（4）因此對于中孔孔隙，其對巖石滲透率貢獻(xiàn)比較大的應(yīng)力敏感普遍強(qiáng)，對于滲透率貢獻(xiàn)小的敏感程度相對弱。

參考文獻(xiàn)

[1] 阮敏，王連剛. 低滲透油田開發(fā)與壓敏效應(yīng)[J]. 石油學(xué)報(bào)，2002，23 （3）： 73-76.

[2] 宋傳真，鄭榮臣. 致密低滲氣藏儲層應(yīng)力敏感性及其對單井產(chǎn)能的影響[J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2006，25（6）： 47-49.

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