低渗透油藏应力敏感评价新方法

2014-02-17黄海龙修德艳康海军孙红桃

特种油气藏 2014年6期

许涛，黄海龙，修德艳，康海军，孙红桃

(中油冀东油田分公司，河北唐山 063006)

引言

应力敏感评价标准中实验条件与实际油藏条件存在较大差距，无法满足现场生产要求。SY/T5358-2002[1]与 SY/T5358-2010[2]中有关应力敏感评价提出2种实验方式，但实验条件是否与实际油藏匹配未做任何说明。兰林、康毅力等[3]指出行业标准没有充分考虑油气藏原始地应力情况;郭平[4]指出油气藏开发过程无法改变上覆压力，变化的仅仅是地层压力;罗瑞兰、程林松等人[5]认为岩石应力变化过程分为3个阶段，不同阶段的规律不同，所以应力敏感实验应建立在油藏条件上才具有意义[6-9]。

高深南沙三2+3油藏位于南堡凹陷高尚堡油田深层，属于低孔、低渗岩性构造油藏，埋藏深度为3 200～3 800 m，构造类型为潜山披覆背斜，扇三角洲沉积相，平均孔隙度为16.3%，平均渗透率为30×10-3μm2，为常规稀油油藏。该区块采出程度仅为7.66%，采油速度为0.23%，综合含水为80.1%，自然递减率达到37.69%，地层压力存在不同程度的降低，局部地区无法注进采出，压裂增产效果变差。以高深南区沙三2+3油藏为例，对应力敏感作出分析，并与行业标准实验结果对比，证明了后者存在缺陷。

1 等效压力计算

根据Terzaghi有效应力原理，可得:

式中:p上覆为地层上覆压力，MPa;A为岩石面积，m2;p孔为孔隙压力，MPa;σ为岩石骨架应力，MPa;φ为孔隙度。

将式(1)化简并转化到实验室条件下:

式中:p围为实验条件下围压，MPa;p回为地层压力或驱替回压，MPa;p等为等效压力，MPa。

2 地层上覆压力计算

地层上覆压力大小受各层岩石密度的影响，常用的方法有密度测井法、声波测井法和地震法等。针对老油田，采用经验公式法[10]:

式中:a为上覆压力梯度系数，取值范围为0.020 6～0.027 5;Hz为油藏中深，m。

高深南区沙三2+3油藏上覆压力梯度系数取0.022 0，以油层中深为3 600 m计算得到上覆地层压力为79.2 MPa。

3 实验数据与处理

选取无油层缺失的2口取心井，共钻取岩样36块，测得驱替回压为0.2 MPa，围压为2～40 MPa，选取具有代表性的10块岩心绘制渗透率随围压变化曲线(图1)。

图1 渗透率随围压变化曲线

图2 渗透率比值随等效压力变化曲线

利用式(2)将图1中渗透率—围压曲线转化成渗透率比值(该实验条件下渗透率与初始渗透率之间的比值)—等效压力曲线(图2)。由图2可知应力敏感性很强，但实际上并非如此。岩样从地层取至地面，经历了上覆压力与孔隙压力的泄压与释放，岩心颗粒间因接触所受到的挤压力变得非常小，孔隙结构发生了较大变化。岩心经过切割、钻样，放入孔-渗联测仪内加载围压后，再加载非常小的驱动压力，就会出现渗透率急剧下降的现象。在油藏开发过程中，受应力敏感因素影响，当上覆压力保持不变、孔隙压力降低时，会引起渗透率的降低，从而影响产能。所以应力敏感实验过程也应保持与上覆压力一致的围压，而行业标准 SY/T5358-2002/2010对实验围压与驱动压力是否与油藏条件一致无强制规定。

前人研究认为低渗透油藏应力敏感性很强，不同渗透率级别应力敏感变化规律不同，因此，作出等效压力为40 MPa条件下渗透率与最小渗透率比值的散点图(图3)。由图3可知，最小渗透率比值存在明显区间性:渗透率在10×10-3μm2以下，最小渗透率比值分布范围较大，为0.30～0.65，平均为0.45，其主要原因是受泥质含量、胶结方式、颗粒接触关系等的影响[5]，特低渗储层孔隙结构复杂，呈现多样性，也有可能与测试时未消除启动压力梯度有关;渗透率为10×10-3～50×10-3μm2时，最小渗透率比值为0.7左右;渗透率为50×10-3μm2以上时，最小渗透率比值为0.8左右。

图3 等效压力40MPa下渗透率比值与初始渗透率

将图2中处理后的实验数据按照初始渗透率大小分类平均，得到不同渗透率级别下渗透率比值与等效压力的散点图，采用幂函数拟合，拟合效果较好(图4)。

4 应力敏感评价

4.1 行业标准应力敏感评价方法

SY/T5358-2010行业标准中有效压力下岩心渗透率变化率公式为:

式中:Ki为初始渗透率，μm2;Kn为第n次净压力下岩心渗透率，μm2;Dstn为渗透率变化率;Dst为最大岩心渗透率损害率。

图4 渗透率比值随等效压力变化曲线

依据行业标准规定将图4中第1个等效压力点的渗透率作为初始渗透率，计算得到最大岩心渗透率损害率在第6个等效压力点。

4.2 应力敏感评价新方法

沙三2+3油藏原始地层压力为39.6 MPa，上覆压力为79.2 MPa，由图4中拟合公式计算得到上覆压力79.2 MPa条件下不同地层压力对应的渗透率比值(图5)。图5中粉色线右侧为实验数据点，粉色虚线对应的点为油藏原始压力条件下渗透率比值，粉色虚线左侧是油藏压力下降后渗透率比值变化趋势，可知实验数据点均不在油藏范围内，进一步说明按照行业标准的的应力敏感实验所得到的渗透率变化规律无法代表油藏开发过程中的变化规律。

图5 上覆压力79.2MPa条件下渗透率比值变化曲线

4.3 结果分析

采用行业标准SY/T5358-2010中应力敏感评价指标进行评价，等效压力计算得到该油藏条件下地层压力下降到0 MPa时，渗透率损害率为4.9% ～13.5%，属于弱到无;而采用行业标准计算得到渗透率损害率为20.2% ～48.2%，应力敏感为中等偏弱(表1)。2种分析方法评价结果差异较大，证明行业标准中规定的实验条件与油藏条件相差较大，存在缺陷。

表1 应力敏感评价结果

行业标准SY/T5358-2010相比SY/T5358-2002有较大改进，但仍然存在缺陷:①标准中承认存在不可逆渗透率损害，已说明岩石储层在一定条件下发生非弹性形变，同时也承认了恒定回压变围压实验结果与实际油藏存在一定差距，但仍然保留在标准之中;②标准中虽然说明了可根据油藏实际情况选择净压力或有效压力点，但未强制规定油藏上覆压力和油藏压力为实验围压和驱替回压;③在低渗透储层渗透率测试时，应测试多个不同驱替速度下的压差，以消除启动压力梯度或其他因素对渗透率的影响;④在计算岩心渗透率变化率时，初始净压力的概念未做明确规定，未指出是油藏上覆压力和地层压力条件下的净压力。