浅层超低渗致密砂岩储层应力敏感性定量模型

2017-12-21刘广英中石化华北油气分公司工程技术研究院河南郑州450006

长江大学学报(自科版) 2017年23期

关键词：损失率油层渗透率

刘广英 (中石化华北油气分公司工程技术研究院，河南郑州 450006)

吴楠 (中石化新星河南新能源开发有限公司，河南郑州 450004)

浅层超低渗致密砂岩储层应力敏感性定量模型

刘广英 (中石化华北油气分公司工程技术研究院，河南郑州 450006)

吴楠 (中石化新星河南新能源开发有限公司，河南郑州 450004)

为研究浅层超低渗致密砂岩储层应力敏感性，以鄂尔多斯盆地渭北油田延长组储层为研究对象，采用变围压应力敏感性试验，分析长3、长6和长7油层组的应力敏感性程度，并建立相应的应力敏感性定量模型。研究表明，长3油层组应力敏感性为弱-强，波动范围较大；长6油层组应力敏感程度强；长7油层组应力敏感程度中等偏强-强。同一储层初始渗透率越低，应力敏感性越强。储层渗透率对净围压变化普遍比较敏感，渗透率不可恢复率随埋深的增加而减小。当初始渗透率大于0.3mD时，渗透率最大损失率随渗透率的增大而增大；当初始渗透率小于0.3mD时，渗透率最大损失率随渗透率的增大而减小。研究区长3油层组应力敏感性模型以幂函数和指数函数为主。

浅层超低渗致密砂岩储层；应力敏感性试验；应力敏感定量模型

油气藏储层岩石所受到的有效应力改变时，孔隙、喉道将发生变形，储层岩石的渗流能力也相应发生改变，这就是储层应力敏感性现象[1～4]。不同渗透率储层，其应力敏感程度不同。储层渗透率越低，其应力敏感程度越强。关于低渗储层的应力敏感性定量解释模型，前人[5～8]已经做了大量研究工作，但大都是针对中、深程度埋深储层的应力敏感研究。该次研究以鄂尔多斯盆地渭北油田延长组浅层超低渗致密砂岩储层为研究对象，开展覆压孔渗试验，建立储层应力敏感性定量模型，填补超低渗浅层储层应力敏感性研究的空白，为该类油气储层实际矿场生产提供有力支撑。

1 净围压单向增加覆压孔渗试验

笔者开展了单向增加净围压、净围压增加-降低循环试验，并以此建立超低渗浅层砂岩砂岩储层应力敏感性定量模型。应力敏感性试验样品见表1，覆压孔渗测试分析结果见图1。

鉴于各层段应力敏感性的可对比性，只进行相同净围压的渗透率损失率对比，对比结果如表2所示。

通过分析图1、表2表明，长3油层组覆压孔渗试验中渗透率的损失率明显低于长6、长7油层组渗透率损失率。相同净围压条件下，长3油层组渗透率损失率最低，长6油层组渗透率损失率最高，长7油层组渗透率损失率居中。相比较而言，长3油层组储层应力敏感性最弱，长6油层组储层应力敏感性最强。

对比各油层组物性数据发现，长3油层组物性好于长6、长7油层组。即浅层超低渗致密砂岩储层物性(主要指渗透率参数)越好，应力敏感程度越弱；渗透率越低，储层应力敏感性越强。这与常规低渗、致密砂岩储层应力敏感性认识一致[9～11]。

表1 应力敏感性试验样品

图1 典型样品渗透率频率与净围压的相关关系

净围压/MPa参数值级别渗透率损失率/%长3油层组长6油层组长7油层组10.34最大值52.2258.5254.94最小值9.0553.9628.76平均值34.456.2144.8513.79最大值--67.07最小值--41.71平均值--57.6550最大值55.3295.6495.28最小值34.1394.8682.14平均值44.695.3287.8460最大值98.42--最小值88.37--平均值94.43--

2 净围压循环覆压试验

2.1 储层应力敏感程度分析

为了清晰地反映应力敏感性的不同，用无量纲渗透率(Ki/Ko)的立方根与应力的对数作图，可以得到(Ki/Ko)1/3与lg(σi/σo)的线性关系：

式中：σo为初始有效应力，MPa；σi为有效应力，MPa；Ko为σo所对应的渗透率，mD；Ki为σi所对应的渗透率，mD；Ss为斜率，1。

Ss的增加，意味着有效应力的影响增大，即岩心的应力敏感性增强。通过Ss可以较直观地说明岩心应力敏感程度的强弱。当0.05

图2 典型样品净围压循环覆压孔渗试验应力敏感曲线

井号井深/m样号层位渗透率/mD最大渗透率损害率/%渗透率不可恢复率/%斜率/1应力敏感程度WB11396.89WB11-13长3230.67127.2718.260.2681弱WB7410.00WB7-6长3330.15869.2451.070.7923强WB31453.12WB31-24长3330.3088863-强WB7633.27WB7-90长6220.21268.4149.810.7776强WB11708.05WB11-53长7110.21866.7535.030.8179强WB11749.40WB11-70长7210.15050.9830.430.5630中偏强WB10873.41WB10-21长7210.20453.2626.190.6951中偏强

分析表明，研究区储层长3油层组应力敏感性为弱-强，波动范围较大，长6油层组应力敏感程度最强，长7油层组应力敏感程度中等偏强-强，储层渗透率对净围压的变化普遍比较敏感；同一储层初始渗透率越低，应力敏感性越强。

2.2 储层应力敏感特征分析

1)渗透率与最大渗透率损害率为了研究储层岩心初始渗透率与最大渗透率损害率之间的关系，选取净围压循环加载方式相同的应力敏感曲线(图3)。分析表明，当岩心初始渗透率小于0.3mD时，渗透率最大损失率随初始渗透率的增大而增大；当初始渗透率大于0.3mD时，渗透率最大损失率随初始渗透率的增大而减小。

2)渗透率不可恢复率与埋深关系渗透率不可恢复率是指岩心在净围压增压和降压过程中，渗透率的损失率，也是衡量储层应力敏感性的另一指标。为了研究岩心初始渗透率与埋深的关系，选取净围压循环加载方式相同，渗透率相近的岩心样品WB7-90、WB11-53和WB10-21。分析发现，渗透率不可恢复率随埋深的增加而减小(图4)。

3 应力敏感性定量模型

(3)

(4)

式中：φ为岩石多孔介质孔隙度，%；φc为触点孔隙度(即，触点处孔隙面积占整个介质截面积的百分数)，%；p为孔隙流体压力，MPa；σ为上覆岩层应力，MPa。

图3 渗透率与最大渗透率损害率关系图4 渗透率不可恢复率与埋深散点图

超低渗浅层砂岩油藏由于埋深较浅，压实作用程度低，储层岩石多孔介质在净围压增加过程中以塑性变形为主，弹性变形较弱。统计分析覆压孔渗试验数据，意欲建立研究区各油层组应力敏感性定量模型。

首先将室内覆压孔渗试验数据转换到实际地层应力条件状态。因长3油层组试验样品较多，故建立其应力敏感性模型。长3油层组油藏平均埋深441m，岩石密度为2.32g/cm3，重力加速度为9.8m/s2，原始平均地层压力为4.5MPa，上覆岩石压力为10MPa，有效应力为5.5MPa。因此，覆压孔渗试验净围压应从5.5MPa开始。根据鄂尔多斯盆地延长组储层分类标准[17]，结合研究区长3油层组储层物性特征，将样品分为4类(Ⅰ类：渗透率>2mD；Ⅱ类： 2mD≥渗透率>1mD；Ⅲ类：1mD≥渗透率>0.3mD；Ⅳ类：渗透率≤0.3mD)，并绘制净围压增大过程中净围压与渗透率频率的关系曲线(图5)，得到长3油层组应力敏感性解释模型。分析表明，研究区长3油层组应力敏感性模型以幂函数和指数函数为主(表4)，相关性较强(R2>0.98)。

图5 长3 油层组储层渗透率频率与净围压关系

储层类型渗透率模型应力敏感模型试验流体低渗Ⅰ类(样品D)Kp=0.01×K0×133.22σ-0.145p()-0.162氮气低渗Ⅱ类(样品C)Kp=0.01×K0×148.75σ-0.155p()-0.238低渗Ⅲ类(样品B)Kp=0.01×K0×122.16e-0.042(σ-0.093p)低渗Ⅳ类(样品A)Kp=0.01×K0×531.39σ-0.091p()-0.974

注：Kp为净围压循环覆压试验中的净围压渗透率；K0为净围压循环覆压试验中的初始渗透率。

4 结论

1)鄂尔多斯盆地渭北油田长3油层组应力敏感性为弱-强，波动范围较大，长6油层组应力敏感程度最强，长7油层组应力敏感程度中等偏强-强，储层渗透率对净围压的变化普遍比较敏感。

2)同一储层初始渗透率越低，应力敏感性越强，渗透率不可恢复率越大；渗透率不可恢复率随埋深的增大而减小。

3)当初始渗透率大于0.3mD时，渗透率最大损失率随渗透率的增大而增大；当初始渗透率小于0.3mD时，渗透率最大损失率随渗透率的增大而减小。研究区长3油层组应力敏感性模型以幂函数和指数函数为主。

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2017-02-23