王 欣，齐 梅，胡永乐

(中油勘探开发研究院，北京 100083)



西加盆地B气田致密砂岩储层应力敏感评价

王 欣，齐 梅，胡永乐

(中油勘探开发研究院，北京 100083)

描述致密砂岩储层渗透率应力敏感有多种经验公式，根据岩心类型的不同，对各经验公式的应用尚存在争议。依据基质孔隙和裂缝尺度不同，将研究区储层介质划分为“微小孔+裂缝”模型和“中大孔+裂缝”模型2种类型，结合应力敏感实验对经验公式进行验证。实验结果表明， “微小孔+裂缝”模型储层的渗透率随有效应力变化符合幂律式，“中大孔+裂缝”模型符合指数式。Walsh模型的回归结果表明，“微小孔+裂缝”模型拟合结果较好，说明该类储层裂缝对渗透率的贡献起绝对支配作用，渗透率随有效应力变化符合幂律式。

致密砂岩储层；应力敏感；裂缝；西加盆地

引 言

当深埋于地下的油气藏储层岩石所受到的有效应力改变时，其中的孔隙、喉道将变形，导致裂缝闭合，储层岩石的渗流能力降低，这就是储层应力敏感性现象[1-2]。应力敏感评价是储层保护方案设计及油气井产能评价的重要依据，对低渗储层更为重要[3]。近年来，随着常规油气资源量日益减少，包括致密砂岩气在内的非常规储层已逐渐成为油气勘探开发的重点[4]。致密砂岩气藏天然裂缝发育，渗透率一般呈对数正态分布，储层基质渗透率低，但储层中存在高孔高渗的甜点区，储层具有较强的应力敏感性[5-6]。在致密气藏大规模的投入开发之前，进行储层应力敏感评价对储层保护及合理的开发方案设计至关重要。目前对储层应力敏感进行评价的方法中，鲜有针对储层不同孔缝尺度组合分别进行评价的研究，依据研究区致密砂岩储层不同的孔缝尺度组合，将储层介质划分为“微小孔+裂缝”模型与“中大孔+裂缝”模型2种类型，并对2种类型的储层分别进行储层介质应力敏感评价。

1 研究区概况

西加盆地是北美地区重要的非常规天然气聚集区，研究区位于阿尔伯达省境内西加沉积盆地的深盆区B气田，该气田主力储层为白垩系砂岩，发育4组储层，共有8个主力层段：Cardium、Dunvegan、Cadotte、Notikewin、Falher、Wilrich、Gething和Cadomin。研究区沉积特征由下至上表现为海相沉积演化为非海相沉积碎屑沉积，储层孔隙度为3%～10%，渗透率为0.01×10-3～1.00×10-3μm2，属于致密砂岩储层，储层有效厚度约为90 m，地层温度为30～110℃，地层压力系数为0.92～1.20，属于正常压力系统。目前气田已接近开发中期，仍处于上产阶段。原始天然气地质储量为9 340×108m3，预计可采储量为990×108～ 2 320×108m3，目前生产井为374口，日产气为7.28×106m3/d。

2 致密砂岩应力敏感实验

实验样品采自研究区内6口井，共14块岩心。实验采用CMS 300 自动测量系统，测量了14块岩心在不同有效应力条件下致密砂岩岩心的渗透率，对于低渗岩心的渗透率利用脉冲法测量。

根据取样深度和层段不同将岩心分为3组，分别确定其最大净上覆压力为30.8、37.1、34.0 MPa。采用变围压的方法进行岩心渗透率应力敏感情况考察，实验用致密砂岩岩心，直径为2.54 cm，基础数据见表1。14块岩样中，9块为低渗岩心，渗透率为0.02×10-3～0.15×10-3μm2；5块为中高渗岩样，渗透率为0.37×10-3～38.70×10-3μm2。

通过改变围压的方法测量各岩心的渗透率随有效应力的变化。目前国内外学者[7-15]建立了多种储层物性参数应力敏感性模型，渗透率与有效应力之间的函数关系主要有指数、对数、幂函数、多项式等形式，笔者利用最常见的指数式和幂率式进行拟合，拟合参数见表2。由表2可知，2种关系式都可得到较好的拟合效果，但对于低渗岩心，幂率关系式拟合的相关系数更高；对于中高渗岩心，指数关系式拟合的相关系数更高。

表1 岩心基础数据

表2 参数拟合结果

3 实验结果分析与验证

3.1 实验结果分析

对于裂缝发育致密砂岩气藏，储层物性普遍较差，孔隙度和渗透率较低，储层仅存在少量中高孔渗的区域。根据研究区致密砂岩气藏的储层特性，将储层介质简化为以下2种模型：①基质孔径远小于裂缝缝宽，储层渗透率主要由裂缝控制，基质介质中的颗粒与颗粒之间排列紧凑，介质较为致密的“微小孔+裂缝”模型[16]；②基质孔径略小于裂缝缝宽或与裂缝缝宽尺寸相当的“中大孔+裂缝”模型，裂缝和孔隙都对储层渗透率有贡献。

由于多孔介质的渗透率主要是由孔隙尺度控制，储层孔隙的形状和大小决定储层的渗流能力。对2种储层介质模型的应力敏感实验结果进行分析，可以得到如下结论。

(1) “微小孔+裂缝”模型对应低渗岩心，岩心渗透率绝大部分由裂缝贡献，基质孔径对渗流贡献很小。当岩样有效应力增加，裂缝由于被压缩后闭合，该过程中岩样渗透率迅速下降。当裂缝闭合后，由于基质孔径极小，对有效应力的增加变化并不敏感，因此渗透率降低不明显。

(2) “中大孔+裂缝”模型对应中高渗岩心，除裂缝外基质孔隙也对渗透率有贡献。当岩样受到的有效应力增加，裂缝由于受压导致开度降低至闭合后，基质中孔隙也由于有效应力的增加而孔径变小，渗透率依然会随有效应力增加而降低。

对比指数关系与幂率关系(图1)，幂率函数初期下降非常迅速，而在中后期的下降趋于平缓；而对于孔小缝宽模型随应力增加渗透率的变化趋势与幂率式变化趋势非常相近，因此，对于低渗的致密气藏进行渗透率应力敏感评价时应使用幂率式表达；指数函数在整个过程中缓慢下降，该趋势与孔缝相当模型渗透率应力敏感相应一致，对于致密砂岩气藏中高孔渗“甜点区”的应力敏感评价应采用指数式表达。

图1 指数式与幂率式函数示意图

3.2 Walsh模型验证

Walsh根据平板裂缝模型的流量公式推导得到裂缝性多孔介质渗透率与有效应力变化的关系式[5]：

(1)

式中：h为裂缝表面粗糙度，μm；a0为缝径，μm。

利用该模型对3组岩心分别进行验证，结果见图2，各组岩样的线性回归相关系数见表3。

表3 线性回归参数

由表3可知：第1组岩心共7块，其中低渗岩样4块，中高渗岩样3块。由图2a可知，岩心关系曲线明显分为2个区域，低渗岩样的关系曲线变化率较大，线性回归的相关系数很高，都大于0.984，而中高渗岩心的关系曲线变化率小，且线性回归的相关系数较低；第2组岩心共5块，均为低渗岩样，由图2b可知，曲线变化率大，线性回归的相关系数都大于0.99；第3组岩心为2块中高渗岩样，由图2c可知，2块岩心在Walsh模型关系曲线中进行线性回归的相关性差。

通过3组共14块岩心的Walsh模型验证表明，低渗岩样均满足Walsh模型，线性回归的相关系数都很高。说明低渗岩样与Walsh模型的假设相近，多孔介质以裂缝为主，基质孔径极小，几乎不贡献渗透率，当受到的有效应力增加时，裂缝闭合，渗透率迅速降低，而后随着有效应力增加，孔径变化小，渗透率随有效应力变化不明显，该类岩心的渗透率应力敏感符合幂率变化关系；中高渗岩样对Walsh模型的符合程度不高，这说明中高渗岩样与Walsh模型的假设不符，介质中除裂缝贡献渗流通道外，基质孔径对渗透率的贡献不可忽视，当岩石受压，介质中裂缝闭合，但此时基质孔隙提供渗流通道，对渗透率的贡献不可忽视，随着有效应力增加，孔隙被压缩导致渗透率降低，该类岩心在有效应力增加的整个过程中，渗透率持续降低，其随有效应力的变化关系满足指数关系式。

图2 Walsh模型验证曲线

4 结 论

(1) 致密砂岩储层天然裂缝发育，基质孔隙度和渗透率低，但也存在部分中高孔渗的“甜点区”。根据研究区致密砂岩储层特性，利用“微小孔+裂缝”及“中大孔+裂缝”2种模型描述致密砂岩储层介质。

(2) 通过研究区内6口井14块岩心进行应力敏感性实验发现，指数式和幂率式均能拟合各岩心渗透率随有效应力变化趋势，其中低渗岩心利用幂率式拟合相关系数更高，而中高渗岩心利用指数式拟合相关系数更高。

(3) 分析研究区应力敏感实验结果，并利用基于平板裂缝模型推导得到的Walsh模型进行验证，可以得到：低渗岩心对“微小孔+裂缝”模型岩心应力敏感实验结果与Walsh模型符合程度很高，该类储层的渗透率应力敏感应使用幂率式模型进行评价；中高渗岩心对“中大孔+裂缝”模型岩心的应力敏感实验结果与Walsh模型符合程度不高，在对该类储层进行应力敏感评价时应使用指数式进行描述。

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编辑 王 昱

20141019；改回日期：20150211

国家科技重大专项“全球剩余油气资源研究及油气资产快速评价技术”(2008ZX05028)

王欣(1986-)，女，2009年毕业于中国石油大学(北京)石油工程专业，现为中国石油勘探开发研究院油气田开发工程专业在读博士研究生，主要从事非常规油气藏开发评价方面的研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.02.021

TE312

A

1006-6535(2015)02-0085-04