鄂爾多斯盆三疊系超低滲儲層應力敏感性評價

鄂爾多斯盆三疊系超低滲儲層應力敏感性評價

關于低滲和低滲儲存層是否具有很強的應力敏感性，有很多討論。許多科學家認為，低滲和低滲巖石的固應力性非常敏感。因為巖石的低粘質和骨含量很高，孔喉嚨規(guī)模?。?lt;1m），巖石壓縮，變形，骨架壓縮，導致空腔內半徑減小，并關閉。也有一部分學者認為,超低滲透儲層屬于致密多孔介質,膠結成巖作用明顯,巖石抗壓強度高,壓縮系數(shù)低,因此不存在強應力敏感。針對超低滲砂巖是否存在強應力敏感問題,筆者采用鄂爾多斯盆地三疊系露頭全直徑巖心和美國巖心公司生產的全自動巖心驅替系統(tǒng)進行了巖心應力敏感性評價實驗,并結合雙重有效應力理論對實驗結果進行分析,研究了超低滲應力敏感指數(shù)對油田產能的影響。1對壓力敏感的評估方法1.1u3000效應力理論中的本體有效應力油氣藏的巖石一般屬于致密介質,致密介質的變形以本體變形為主。筆者采用雙重有效應力理論中的本體有效應力對實驗結果進行評價,本體有效應力公式為σpeff=σ-?p(1)σpeff=σ??p(1)式中:σpeff為本體有效應力,MPa;σ為上覆巖層壓力,MPa;p為流體壓力,MPa;?為孔隙度,小數(shù)。1.2儲集層巖石物性指標ws本文中評價巖石的應力敏感性中的有效應力指的是本體有效應力。用本體有效應力表示的儲集層應力敏感公式為Κ=Κ0e-b(σ-?p)(2)式中:K0為應力為零時的巖石滲透率,10-3μm2;K為任意地層壓力條件下的滲透率,10-3μm2;b為應力敏感常數(shù),MPa-1。儲集層巖石的敏感程度用敏感指數(shù)來衡量,敏感指數(shù)定義為:條件參數(shù)在一定范圍內的變化時,巖石物性參數(shù)的損失百分數(shù)。滲透率對地層壓力的敏感指數(shù)為Sp=(Κi-Κ)/Κi(3)式中:Sp為滲透率應力敏感指數(shù),小數(shù);Ki為原始地層壓力pi下的滲透率,10-3μm2。經推導得Sp可表示為Sp=1-e-b?(pi-p)(4)應力敏感指數(shù)統(tǒng)一取為地層壓力下降10MPa時的數(shù)值,因此式(4)轉化為Sp=1-e-10b?(5)2巖石力學敏感實驗2.1儲層應力敏感性研究主要依據(jù)儲層的應力敏感是由于儲層所受的應力發(fā)生變化,導致巖石變形,進而導致滲透率發(fā)生變化所致。儲層滲透率發(fā)生變化是由于有效應力發(fā)生變化的結果,因此研究儲層應力敏感性主要是研究滲透率與有效應力的關系。根據(jù)雙重有效應力理論可知,在實驗室可以采用改變孔隙壓力和改變圍壓兩種方法改變巖石的有效應力。2.2實驗儀器和傳感器滲流實驗裝置是美國巖心公司提供的AutofloodTM(AFS300TM)驅替評價系統(tǒng)(圖1)。該系統(tǒng)包括壓力自動控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)?；貕合到y(tǒng)、圍壓系統(tǒng)是通過高精度多級柱塞驅替泵以恒壓模式控制。注入驅替系統(tǒng)根據(jù)實驗要求可以設置為恒流速或恒壓驅替模式。數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)在對系統(tǒng)各部分壓力自動采集的同時能自動實現(xiàn)恒流速和恒壓驅替模式,并完成相應數(shù)據(jù)分析。泵流量為0.01μL/min～50mL/min,流速精度±0.3%。流速顯示最小流量為0.01μL/min,恒壓模式下能達到1.0μL/min。為模擬地層應力特征,實驗采用三軸巖心夾持器。夾持器在測試壓力為103.45MPa條件下測試4h無漏跡象,工作壓力為68.97MPa;工作溫度為5～150℃。實驗采用壓力傳感器在30～100℃條件下,測試精度為±0.02%;在0～50℃條件下,測試精度為±0.04%,壓力顯示解析度為6.9×10-3MPa。為更精確采集到巖心兩端的壓差,實驗室采用了3個不同量程的高線性壓差傳感器:(0～5.5×10-2)MPa,(0～8.6×10-1)MPa,(0～2.24)MPa,壓差精度±0.5%,在低壓差條件下使用(0～5.5×10-2)MPa量程壓差傳感器。由于巖心液體飽和度一般為80%～90%,孔隙中存在氣體或氣泡,氣水界面對滲流影響較大。為保證巖心孔隙中為單相滲流,在實驗室采用了美國巖心公司生產的BP-100空氣彈簧回壓閥,提高孔隙壓力,使得孔隙殘余的氣體或氣泡溶解在液體中,消除非混相流體界面對啟動壓力梯度測試的影響?；貕洪y的測試壓力為103.45MPa,工作壓力為68.97MPa,工作最高溫度為177℃。為了盡量達到恒壓差驅替,實驗室采用高精度多級柱塞驅替泵控制回壓閥。2.3實驗方法2.3.1巖心滲透率測定模擬開采過程中由于孔隙壓力下降造成的儲層的應力敏感,實驗中圍壓保持37.93MPa不變,通過精確控制回壓的變化來實現(xiàn)孔隙壓力的變化。實驗步驟如下:①巖心恒溫烘干48h、測量巖心的長度、直徑及氣測滲透率,然后抽空、充分飽和煤油48h并稱重。②將巖心放入巖心夾持器,接通流程,對儀器初始值調零,然后同時加圍壓與回壓,每次壓力增加3.45MPa,防止巖石所受的有效應力過大,造成巖石嚴重的變形。最終加圍壓至37.93MPa,并保持不變,回壓為33.10MPa。③打開裝煤油的中間容器閥門,進行煤油單相滲流實驗,記錄巖心在不同壓差下的壓差與流量。通過回歸直線的斜率,計算該有效應力下的液相滲透率;④每次降低回壓3.45MPa,壓差傳感器調零,并重復步驟③,直到回壓降至3.45MPa,卸壓、停泵,實驗結束。2.3.2巖心滲透率測定實驗中回壓保持3.45MPa不變,通過控制圍壓的變化來實現(xiàn)有效應力的變化。實驗步驟如下:①巖心恒溫烘干48h、測量巖心的長度、直徑及氣測滲透率,然后抽空、充分飽和煤油48h并稱重。②將巖心放入巖心夾持器,接通流程,對儀器初始值調零,加圍壓至8.97MPa,每次壓力增加3.45MPa,加回壓至3.45MPa,并保持不變。③打開裝煤油的中間容器閥門,進行煤油單相滲流實驗,記錄巖心在不同壓差下的壓差與流量。通過回歸直線的斜率,計算該有效應力下的液相滲透率。④逐步升高圍壓并重復步驟③,直到圍壓升高至37.93MPa,卸壓、停泵,實驗結束。3結果與討論3.1儲層開發(fā)過程中,最佳壓力和壓差傳感器實驗過程中,為模擬實際地層條件下有效應力特征,通過調整回壓控制巖心孔隙壓力,從而改變巖石有效應力(圖2)。實驗所用巖心長度分別為16.82cm和18.81cm,滲透率分別為11.04×10-3μm2和2.57×10-3μm2。滲流曲線表明:隨著孔隙壓力的降低,有效應力增加,滲透率逐漸增大,且增加幅度為20%～100%。事實上根據(jù)雙重有效應力理論,儲層開發(fā)過程中,孔隙壓力降低,有效應力增加,巖石發(fā)生本體變形,巖石骨架顆粒被壓縮,巖石骨架體積減小,孔隙體積降低,滲透率應該降低,很明顯實驗結果與客觀事實相違背。經分析發(fā)現(xiàn),壓力傳感器和壓差傳感器在較大壓力變化范圍內存在零點漂移問題,導致測量過程中實測的壓差沒有客觀反映真實壓差。為避免巖心滲流端面面積小(直徑2.5cm)可能導致的流量測定不精確,在實驗室采用全直徑超低滲巖心做應力敏感性評價。在同樣壓差條件下,采用全直徑巖心(直徑10cm),更加容易準確地測得體積流量。但在低壓差條件下進行單相滲流實驗時,由于體積流量相對較大,隨著孔隙壓力的增加,微弱的零點漂移問題會使得壓差的實測值比真實值偏大,最終計算出的滲透率偏小?？紫秹毫υ酱?實驗所用的壓電式壓差傳感器的零點出現(xiàn)正漂移越嚴重,從而導致圖2所示的實驗結果:滲透率隨著有效應力的增加反而升高。很顯然這樣的實驗結果是不符合邏輯的。3.2考慮儲層巖石滲透率的應力性評價為了克服壓差傳感器零點漂移帶來的實驗誤差,在實驗室采用回壓閥穩(wěn)定巖心出口端壓力,通過改變圍壓的方法改變巖石的有效應力,并結合雙重有效應力進行巖石應力敏感性分析,實驗結果見表1和圖3。滲透率隨著有效應力的增加而降低,并分為2個階段:第1階段滲透率下降快,最大降幅達到20%左右;當有效應力達到25MPa時,滲透率下降變慢,進入了第2階段,第2階段最大降幅為5%左右。分析認為,巖心中存在微裂縫,微裂縫在低滲、超低滲巖心中對滲透率的貢獻比較大。在第1階段巖石受壓縮的同時,微裂縫閉合,使得滲透率大幅度下降。第2階段巖石主要發(fā)生壓縮變形,此時的微裂縫處于閉合狀態(tài),由于低滲、超低滲透巖心比較致密,壓縮系數(shù)比較小,不容易被壓縮,因此滲透率下降比較慢。掃描電鏡實驗顯示,這些縫主要是以粒間縫、粒緣縫、穿?？p的形式存在,是孔隙之間的連接通道。這些縫對于低滲、超低滲透巖心的滲透率起重要作用(圖4)。然而,油藏條件下巖石處在壓縮的狀態(tài),微裂縫處于閉合狀態(tài),此時的滲透率遠遠小于巖石在地面時的滲透率。因此,利用應力敏感性實驗來分析巖心的應力敏感時,使用第1階段進行應力敏感性評價是不合適的,滲透率的初始值大于實際地層條件下滲透率的初始值,這樣會夸大儲層的應力敏感性。而第2階段微裂縫處于閉合狀態(tài),巖石受壓縮,與儲層的實際情況相符,應用此階段應力敏感實驗結果對儲層進行應力敏感性評價,可以真實地反映油藏條件下巖石的應力敏感性。同時還可以看出,儲層巖石的應力敏感性并不強。根據(jù)文獻給出的評價標準,本地區(qū)的巖心屬于弱應力敏感。3.3高度敏感對電池的影響3.3.1地層壓力條件下的滲透率由達西定律可得:v=ΚμdpdrQ=Av=2πrh×ΚμdpdrqBo=2πrΚhμ??p?r(6)根據(jù)式(2),原始地層壓力條件下的滲透率為Κi=Κ0e-b(σ-?pi)(7)任意地層壓力條件下的滲透率為Κ=Κie-b?(pi-p)(8)積分可得q=2πΚih(pe-pw)Boμlnrerwe-b?(pi-ˉp)(9)3.3.2應力敏感調查應力敏感強與弱采用應力敏感常數(shù)b表示。華慶白豹地區(qū)白155井區(qū)的具體數(shù)據(jù):原始地層壓力條件下滲透率Ki為1×10-3μm2;油層有效厚度為10m;應力敏感常數(shù)為0.002MPa-1;孔隙度?為10%;黏度μ為1mPa·s;體積系數(shù)Bo為1.3m3/m3;控制半徑re為200m;井徑rw為0.1m;邊界壓力pe為20MPa;井底壓力pw為10～20MPa。由式(9)可知,應力敏感常數(shù)越大,產量降低的幅度越大。第1階段的應力敏感指數(shù)大于第2階段應力敏感指數(shù),采用第1階段的應力敏感指數(shù)評價儲層將夸大儲層的應力敏感性。由圖5可見,第2階段應力敏感常數(shù)對應的產量與無應力敏感時相差不大,幾乎重合。由此可以得出:由于低滲、超低滲透儲層的應力敏感性不強,因此低滲、超低滲透儲層的產量壓敏性不