微裂縫性特低滲透砂巖儲(chǔ)層特征研究

微裂縫性特低滲透砂巖儲(chǔ)層特征研究

在特殊低滲透油藏中，微裂縫發(fā)育可以提高基本結(jié)合能力，改善儲(chǔ)層的滲透能力，提高油藏開(kāi)發(fā)的效果。這已在礦山實(shí)踐中得到證實(shí)。該結(jié)論是基于不含微裂縫的油藏和含微裂縫油藏的基質(zhì)具有相同滲透率這一前提下進(jìn)行對(duì)比得到的,關(guān)于裂縫的研究也大都是在這一對(duì)比條件下進(jìn)行的。筆者從橫向?qū)Ρ?研究了微裂縫性特低滲透油藏的基質(zhì)和微裂縫的綜合滲透率與不含微裂縫油藏的單一基質(zhì)滲透率相同時(shí)的儲(chǔ)層特征。1儲(chǔ)層儲(chǔ)集和回流能力的影響因素儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)主要是指儲(chǔ)集層所具有的孔隙和喉道的大小、幾何形狀、分布及相互連通或接觸關(guān)系,兩者分別反映和控制了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力和導(dǎo)流能力。表征微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的相關(guān)參數(shù)主要有平均喉道半徑、微觀均質(zhì)系數(shù)、喉道半徑相對(duì)分選系數(shù)和連通度等。1.1以微裂縫連接的孔道連通度不同滲透率級(jí)別的含微裂縫與不含微裂縫低滲透砂巖巖心的掃描電鏡照片見(jiàn)圖1,巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。從4幅照片可以看出,含微裂縫的巖心孔道之間主要靠微裂縫連接,而不含微裂縫的巖心孔道之間主要靠喉道連接?？课⒘芽p連接的孔道其連通度比靠喉道連接的孔道連通度低,根據(jù)拓?fù)鋵W(xué)連通度定理,前者的支路數(shù)明顯要比后者少得多,因此在節(jié)點(diǎn)數(shù)相同的情況下,其連通度或配位數(shù)比較低。另外,在同樣級(jí)別滲透率的巖心中,含微裂縫的巖心孔隙度明顯低于不含微裂的巖心孔隙度。對(duì)比含微裂縫的14-2和1-7兩塊巖心,兩者的孔隙度幾乎相同。但后者的微裂縫發(fā)育程度明顯高于前者,孔道之間的連通度也比較高,無(wú)效孔隙比較少,因此其滲透率也相應(yīng)較高。這說(shuō)明在微裂縫性特低滲透油藏中,微裂縫對(duì)滲透率起主要控制作用,微裂縫的發(fā)育程度直接決定油藏的開(kāi)發(fā)難易程度及最終采收率。1.2喉道特征及成因采用美國(guó)Coretest公司制造的ASPE730恒速壓汞儀測(cè)試了大慶外圍不同地區(qū)的40塊低滲透砂巖巖心的喉道特征。實(shí)驗(yàn)中,進(jìn)汞壓力為0～7MPa,進(jìn)汞速度為5×10-5mL/min,接觸角為140°,界面張力為485mN/m,樣品外觀體積約1.5cm3。1.2.1微裂縫對(duì)滲透率的影響從圖2(a)可以看出,一般低滲透和特低滲透巖心的平均喉道半徑和空氣滲透率符合冪律關(guān)系為式中r為平均喉道半徑;K為空氣滲透率;a和b為斜率和截距?；貧w得到a為0.4324,b為0.0166,相關(guān)系數(shù)為0.9856。說(shuō)明在一般低滲透和特低滲透油藏中,平均喉道半徑對(duì)滲透率起主要控制作用。平均喉道半徑越大,滲透率越高;反之,平均喉道半徑越小,油藏滲透率就越低。而其他因素對(duì)滲透率的影響甚微。但微裂縫較發(fā)育的源264-142井的12塊特低滲透巖心卻偏離這一直線,直線斜率較高。雖然也近似符合冪律關(guān)系,回歸得到直線的斜率和截距:a為0.6723,b為-0.1575。但統(tǒng)計(jì)點(diǎn)比較分散,相關(guān)系數(shù)只有0.8422,而且滲透率越低,統(tǒng)計(jì)點(diǎn)越分散。直線斜率較大表明,在微裂縫性特低滲透油藏中,微裂縫雖然對(duì)滲透率起主要控制作用,但這種控制力比喉道的控制力要小。即微裂縫的寬度和喉道半徑發(fā)生同樣大的變化時(shí),微裂縫給滲透率帶來(lái)的變化比后者小,說(shuō)明還有其他因素影響滲透率。然而,在特低滲透段,如果不含微裂縫的巖心的平均喉道半徑和含微裂縫的巖心的微裂縫寬度相當(dāng)時(shí),后者的滲透率要高于前者。統(tǒng)計(jì)點(diǎn)分散,相關(guān)系數(shù)減小,這說(shuō)明在微裂縫性特低滲透油藏中,除了微裂縫對(duì)滲透率起主要控制作用外,還有其他因素的影響。而且隨著滲透率的減小,這些因素對(duì)滲透率的影響會(huì)越來(lái)越大,因?yàn)檫@時(shí)微裂縫的發(fā)育程度在降低,對(duì)滲透率的影響逐漸變?nèi)?所以統(tǒng)計(jì)點(diǎn)隨著滲透率減小會(huì)變得分散。1.2.2相對(duì)分選系數(shù)微觀均質(zhì)系數(shù)和相對(duì)分選系數(shù)都是表征孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)程度統(tǒng)計(jì)特征的參數(shù),但它們從不同的角度去衡量巖石孔喉結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)特征。微觀均質(zhì)系數(shù)的定義為α=n∑i=1rirmaxΔSi/n∑i=1ΔSi(2)α=∑i=1nrirmaxΔSi/∑i=1nΔSi(2)式中α為微觀均質(zhì)系數(shù);rmax為最大喉道半徑;ri為某一喉道半徑;ΔSi為相應(yīng)飽和度。α的變化范圍為0<α≤1。微觀均質(zhì)系數(shù)α越大,喉道半徑分布越均勻;α越小,喉道半徑分布越不均勻。喉道半徑相對(duì)分選系數(shù)定義為CCR=σ/ˉr(3)CCR=σ/rˉ(3)其中—r=n∑i=1riΔSi/100σ=√n∑i=1(ri-—r)2ΔSi/100式中CCR為相對(duì)分選系數(shù);—r和σ分別表示喉道半徑的數(shù)學(xué)期望和方差值。該值越小,說(shuō)明喉道半徑越接近于平均值,微觀結(jié)構(gòu)越均勻。從圖2(b)可以看出,不含微裂縫的低滲透砂巖巖心的微觀均質(zhì)系數(shù)和氣測(cè)滲透率的相關(guān)性很差,而且同一地區(qū)的巖心滲透率變化范圍很大時(shí),而微觀均質(zhì)系數(shù)幾乎沒(méi)有什么變化。然而,微裂縫比較發(fā)育的源264-142井的12塊巖心卻呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性:隨著微觀均質(zhì)系數(shù)的減小,滲透率逐漸增大。說(shuō)明在微裂縫性特低滲透油藏中,隨著滲透率的增加,微裂縫的發(fā)育變得不均勻;在微裂縫性特低滲透油藏中,非均質(zhì)系數(shù)比較高,但分布范圍比較寬。圖2(c)表明,無(wú)論低滲透油藏是否含有微裂縫,相對(duì)分選系數(shù)和氣測(cè)滲透率均存在一定的相關(guān)關(guān)系:隨著滲透率的增加,相對(duì)分選系數(shù)有增大的趨勢(shì),即喉道大小越偏離均質(zhì)。對(duì)于微裂縫性油藏,這種相關(guān)性更強(qiáng),源264-142井的12塊巖心的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.7097;而且直線斜率明顯較大,為0.3951,當(dāng)相對(duì)分選系數(shù)變化較大時(shí),滲透率的變化并不是很大。說(shuō)明在微裂縫性特低滲透油藏中,相對(duì)分選系數(shù)也是影響滲透率的因素之一,但其影響力較弱。同樣,微裂縫性特低滲透油藏的相對(duì)分選系數(shù)比較小,但分布范圍比較寬。圖2表明,微裂縫性特低滲透油藏的喉道半徑比較小,分布范圍比較寬,微觀均質(zhì)系數(shù)比較大,相對(duì)分選系數(shù)比較小,但分布范圍同樣比較大。說(shuō)明該類油藏具有微觀上比較均勻,宏觀上卻嚴(yán)重存在非均質(zhì)的特征,即其性質(zhì)隨尺度的變化而變化,且具有突變性質(zhì)。綜上說(shuō)明:微裂縫性特低滲透油藏的氣測(cè)滲透率影響因素比較多,它和微裂縫寬度、微觀均質(zhì)系數(shù)、相對(duì)分選系數(shù)等都有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。但微裂縫寬度對(duì)滲透率的影響小于不含微裂縫的低滲透油藏喉道半徑對(duì)滲透率的影響力。因此,多因素影響是微裂縫性特低滲透油藏的一個(gè)基本特點(diǎn),這也是該類油藏發(fā)生非線性滲流的最本質(zhì)原因。2靜態(tài)特征參數(shù)微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層影響最直接的宏觀表現(xiàn)參數(shù)就是油藏的孔隙度和滲透率。這兩個(gè)參數(shù)是常規(guī)中高滲透油藏最重要的經(jīng)典物性參數(shù),它們能反映中高滲透油藏的基本特征,其他靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)特征也大都與兩者有著較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。但研究表明,在低滲透油藏中,這些相關(guān)關(guān)系比中高滲透油藏減弱。2.1巖心孔隙度和滲透率分布特征微裂縫較發(fā)育的源264-142井的50塊巖心的孔隙度與滲透率關(guān)系見(jiàn)圖3。從圖中可以看出,巖心孔隙度分布為10%～15%,屬于中等孔隙度;而滲透率分布為0～4.32×10-3μm2,屬于特低滲透和超低滲透巖心。即使是相同孔隙度的巖心,滲透率差別也很大。巖心空氣滲透率和孔隙度幾乎沒(méi)有相關(guān)關(guān)系,這是微裂縫性特低滲透油藏區(qū)別于中高滲透和一般低滲透油藏的特征之一。2.2滲透率與液體時(shí)空的關(guān)系源264-142井的17塊巖心水測(cè)滲透率和氣測(cè)滲透率的相關(guān)關(guān)系見(jiàn)圖4。從圖中看出,巖心氣測(cè)滲透率與水測(cè)滲透率比值比較大,而且規(guī)律性比較差。根據(jù)經(jīng)典油層物理學(xué)對(duì)滲透率的定義,滲透率只是反映多孔介質(zhì)允許流體通過(guò)能力的強(qiáng)弱,與通過(guò)流體的性質(zhì)無(wú)關(guān),這里顯然與之相悖。這主要是由于流動(dòng)空間微細(xì)所致,一方面,在用氣體測(cè)試巖心滲透率時(shí),由于Klinkenberg效應(yīng)導(dǎo)致測(cè)試滲透率偏大;另一方面,液體分子的大小與微裂縫寬度相比不再是足夠小,流體流動(dòng)時(shí)會(huì)受剪切變形等而影響流動(dòng),因此兩者滲透率相差很大。說(shuō)明流體在微裂縫性特低滲透油藏滲流時(shí),其性質(zhì)會(huì)因孔隙空間微細(xì)在大壓差驅(qū)動(dòng)下而發(fā)生變化,這在滲流理論研究時(shí)應(yīng)該給予考慮。2.3巖心滲透率特征對(duì)取自源264-142井的13塊全直徑巖心不同方位上的97塊小巖心的滲透率統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),每塊全直徑巖心上的各小巖心滲透率均存在很大差異,有的甚至高達(dá)幾百倍。說(shuō)明微裂縫性特低滲透油藏具有很強(qiáng)的各向異性和非均質(zhì)性。這與微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果相吻合。3儲(chǔ)層物性特征在低滲透儲(chǔ)層中,由于微小孔隙所占比例較大,喉道狹窄,很大一部分流體在滲流過(guò)程中被毛管力和粘滯力所束縛而不能參與流動(dòng),只有部分處于較大流動(dòng)空間中的流體能夠參與流動(dòng),稱這部分流體所占的份額為可動(dòng)流體體積百分?jǐn)?shù)?？蓜?dòng)流體體積百分?jǐn)?shù)是對(duì)儲(chǔ)層巖石物性、流體性質(zhì)以及它們之間的相互作用的綜合反映,是一個(gè)表征低滲透、特低滲透儲(chǔ)層物性的參數(shù)。采用低磁場(chǎng)核磁共振巖心分析儀,測(cè)試了大慶外圍不同地區(qū)的79塊巖心的可動(dòng)流體體積百分?jǐn)?shù),對(duì)比了微裂縫性特低滲透巖心與一般低滲透巖心的可動(dòng)流體體積百分?jǐn)?shù)特征的差異(圖5)。從圖5可以看出,當(dāng)巖心滲透率相同時(shí),微裂縫性特低滲透巖心的可動(dòng)流體體積百分?jǐn)?shù)比較低,但其與氣測(cè)滲透率的相關(guān)關(guān)系好,相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.8596,說(shuō)明可動(dòng)流體體積百分?jǐn)?shù)也是影響其滲透率的一個(gè)小因素。并且回歸直線斜率大,即可動(dòng)流體體積百分?jǐn)?shù)發(fā)生同樣大的變化時(shí),微裂縫性特低滲透巖心的滲透率變化幅度小。因此,雖然可動(dòng)流體體積百分?jǐn)?shù)是影響其滲透率的一個(gè)小因素,但影響力小于一般低滲透巖心。同樣,可動(dòng)流體體積百分?jǐn)?shù)的分布區(qū)間比較寬,反映了其宏觀非均質(zhì)特征。4壓力和有效上覆壓力下的滲透率通過(guò)改變環(huán)壓模擬有效上覆壓力的變化,利用氮?dú)庾鳛轵?qū)替流體測(cè)試滲透率的變化,在實(shí)驗(yàn)室對(duì)比了含微裂縫和不含微裂縫低滲巖心的壓力敏感特征差異。測(cè)試巖心的基本參數(shù)如表2所示,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6。從圖6可以看出,巖心滲透率隨有效上覆壓力的增大而減小,且減小的幅度逐漸變小。在有效上覆壓力為0～10MPa時(shí),滲透率降低最快,含微裂縫的巖心降幅可達(dá)40%～80%,而不含微裂縫的巖心降幅均小于15%;在有效上覆壓力為10～20MPa時(shí),滲透率下降趨于平緩,含微裂縫的巖心最終降幅超過(guò)50%,最高可達(dá)92%,而不含微裂縫的巖心最終降幅均小于20%。從壓力恢復(fù)曲線也可以看出,不含微裂縫的巖心滲透率可恢復(fù)到95%以上,而含微裂縫的巖心滲透率最大可恢復(fù)到70%;降幅越大,其恢復(fù)能力越弱,滲透率損失也越大。在有效上覆壓力低于10MPa時(shí),滲透率恢復(fù)才開(kāi)始明顯。在含微裂縫的巖心中,對(duì)滲透率作主要貢獻(xiàn)的是微裂縫和喉道。當(dāng)對(duì)其加壓以后,微裂縫首先閉合,滲透率大幅下降;繼續(xù)加壓,喉道閉合數(shù)量增加,滲透率繼續(xù)減小;當(dāng)再加壓所剩喉道多為不易閉合的喉道時(shí),滲透率減小不明顯。由于喉道的彈性比微裂縫好得多,所以在減壓時(shí),主要是喉道恢復(fù),微裂縫不易恢復(fù),以致含微裂縫的巖心滲透率恢復(fù)程度低于不含微裂縫的巖心。5儲(chǔ)層覆巖結(jié)構(gòu)(1)微裂縫性特低滲透砂巖巖心孔道與孔道之間主要靠微裂縫連接,連通度比較低,滲流能力主要由微裂縫提供。(2)氣測(cè)滲透率與微裂縫寬度、微觀均質(zhì)系數(shù)、相對(duì)分選系數(shù)和可動(dòng)流體體積百分?jǐn)?shù)都有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。微裂縫寬度比較微細(xì),微觀均質(zhì)系數(shù)比較大,相