致密砂岩油气储层压敏渗流特征实验.pdf

2 0 0 9年 2月 第 2 8卷第 1期 大庆石油地质与开发 P e t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l fie l d De v e l o p me n t i n Da q i n g F e d ．， 2 0 0 9 V0 J ． 2 8 NO ．1 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 0 9 0 1 - 0 0 7 8 - 0 4 致密砂岩油气储层压敏渗流特征 实验 田 冷 何J ,l ． if -- 0 ’ 顾岱鸿 ’ 1 ．中国石油大学气体能源开发技术教育部T程研究 中心 ，北京1 0 2 2 4 9 ； 2 ．巾国石油大学石油T程 教育部重点实验室 ，北京1 0 2 2 4 9 摘要 通过实验对 安塞油田致密砂岩储层压敏渗流特 征进行研 究。运用 室 内实验 和理论分 析相结合 的方法 ，通 过致密砂岩储层压力敏感性机理分析 ，将非达两渗流 、岩石形变 和有效应 力的变化作 为一个整 体来研究压 敏渗 流特征。主要研究不同净 围压下 的孔渗关系及 渗流 曲线 特征 ，实验研究 表 明在净 围 小 于某一值 时，岩石 形变 特别是致密介质中裂隙的变化导致了渗流曲线特征的不同。当有效压力较低时，渗流ff f j 线为非直线；但当有效 压力超过某一值时，渗流曲线却为一条直线。这种渗流特征与岩石裂隙形变有关 ，存致密砂岩油气藏储集层近 井 区范 围内 ，除孔隙尺寸原 因以外 ，岩石形变是导致压敏 渗流非达两 特征 的主要 原 因。该结论 为致密砂岩 油藏 启动压力研究开辟了一条新途径 。 关键词 致密砂岩 ；储集层 ；压敏性 ；岩石形变 ；实验 中图分类号 T E 3 1 2 文献标 识码 A EXPERI M ENTAL S TUDY oN PRES S URE． S ENS I TI VE FLoW CHARACTERI STI CS oF TI GHT S ANDS ToNE RES ERVoI RS TI AN L e n g 一 ． HE S h u n l i 一 ． GU Da i h o n g ’ 1 ． MO E E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f G a s E n e r g y R e s o u r c e s D e v e l o p m e n t T e c h n o l o g y ，C h i n a U n i v e r s i t y of P e t r o l e u m，B e ij i n g 1 0 2 2 4 9 ，C h i n a ；2 ． MO E K e y L a b o r a t o r y of P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g， C h i n a U n i v e r s i t y of P e t r o l e u m， B i n g 1 0 2 2 4 9 ，C h i n a Ab s t r a c t P r e s s u r e s e n s i t i v e flo w c h a r a c t e r i s t i c s o f t i g h t s a n d s t o n e r e s e r v o i r s i n Ans a i Oi l fie l d a r e s t u d i e d t h r o u g h e x p e r i me n t s ．Co mb i n i n g l a b o r a t o r y e x p e r i me n t s wi t h t h e o r e t i c a l a n a l y s i s， c h a n g e s o f n o n Da r c y flo w，r o c k d e f o r m a t i o n a n d e f f e c t i v e s t r e s s a r e c o n s i d e r e d a s a wh o l e t o s t ud y p r e s s u r e s e n s i t i v e flo w c h a r a c t e r i s t i c s t h r o u g h a n a l y s i s o n p r e s s u r e ． s e n s i t i v e me c h a n i s m o f t i g h t s a n d s t o ne r e s e r v o i r s ． Re l a t i o ns hi p b e t we e n p o r o s i t y a n d p e r me a b i l i t y a n d fl 0 W c u r e c h a r a c t e r i s t i c s u n d e r d i fie r e n t ne t c o n fin i n g p r e s s u r e a r e s t u d i e d．Ex p e r i me n t a l s t ud i e s i n d i c a t e t h a t r o c k d e f o r ma t i o n，e s pe c i a l l y fis s u r e c ha n g e s i n t i g h t me di a r e s u l t s i n d i f f e r e n t flo w c h a r a c t e r i s t i c s wh e n ne t c o n fin i n g p r e s s u r e i s l e s s t h a n a c e r t a i n v a l u e ． Wh e n e f f e c t i v e p r e s s ur e i s l o we r ，flo w c u r v e i s a n O B s t r a i g h t l i n e ． Wh e n e f - f e c t i v e D r e s s ur e i s h i g h e r t h a n a c e r t a i n v a l u e，flo w c u r v e b e c o me s a s t r a i g h t l i n e ．Th e s e flo w c u rve c ha r a c t e r i s t i c s a r e r e l a t e d t 0 r o c k d e f o r ma t i o n．Re s u l t s i n d i c a t e t h a t i n we l l a r e a s n e a r t i g h t s a n ds t o n e r e s e r v o i r s ，r o c k d e f o r ma t i o n i s t h e ma i n c a u s e r e s u l t i n g i n n o n ． Da r c y c h a r a c t e r i s t i c s o f p r e s s u r e s e n s i t i v e flo w e x c e p t f b r t h e c a u s e o f po r e s i z e ． Th i s c o n c l us i o n p r o v i d e s a n e w wa y f o r s t u d y o n s t a r t i n g p r e s s u r e i n t i g h t s a n d s t o ne r e s e r v o i r s ． 收稿 日期 2 0 0 8 - 0 2 2 7 作者简介田冷，男，1 9 7 7年生，讲师，博士，现从事油气井测试技术和油藏渗流实验教学与研究。 E mai l hi a ns h e n s i na ．c o rn 第 2 8卷第 1 期 田冷等致密砂岩油气储层压敏渗流特征实验 7 9 Ke y wo r ds t i g ht s a n d s t o n e； r e s e r v o i r s ； p r e s s u r e s e ns i t i v i t y； r o c k d e f o r ma t i o n； e x p e r i me n t 为了科学合理开发致密砂岩油气 田，近年来许 多科研人员对此类油 田储层渗流特征 的研究做 了大 量工作 。对致密砂岩储层应力 敏感性 的研究 ， 都是通过实验来进行评价。实验的研究结果表明在 油气藏开发过程中 ，因有效应力增加必然引起储层 岩石孔喉大小、裂缝宽度产生形变而导致孔 隙度及 渗透率变化 。 上述文献尽管对于致密砂岩油气 田渗流特征及 储层压敏性作 了详细的研究 ，但未找到压敏渗流特 征存在的主要原因。本文以安塞油田为例 ，根据致 密砂岩油藏的特点 ，运用室 内实验和理论研究相结 合的方法，对压敏性的致密砂岩油藏渗流特征进行 了深入的研究 ，将非达西渗流 、岩石形变和有效应 力的变化作为一个整体来研究 ，完善了致密砂岩油 气 田储层岩石形变渗流理论 ，为高效开发致密砂岩 变形介质油藏提供更科学的理论指导。 1实验条件与方法 渗流特征实验所 用岩心为安塞油 田的天然岩 心 ，实验用的流体是根据油田提供的地层水矿化度 分析数 据配制 的盐水。实验前先将岩 心抽 提 、烘 干、抽真空 、饱和流体 ，然后将饱和流体的岩心放 人岩心夹持器 ，加围压 ，测定不同驱替压差下使岩 石发生形变的流量 ，绘制渗流曲线 ，对于同一条渗 流曲线 ，保证实验过程 中的平均有效净 围压不变 。 在测定单相液体流动的过程中，当流量较小时 ，用 精度为 0 ． 0 5 m L和 0 ． 0 2 5 m L的计量管测流量 。流 量大时 ，用电子天平 精度为 0 ． O 1 g ，量程为 0～ 1 1 0 0 g 和计算机数据采集 系统来 确定流量 ，采 集数据时间间隔 3 0 S 。压力测量按压力的变化范围 选用不同量程的压力表 ，精度为 0 ． 2 5级。用平流 泵供给液 流，压力变 化范 围 0～2 0 MP a ，流 量为 0 ． O 1～ 9 ． 9 9 mL ／ m i n ，流量的重现性误差 ≤- 4- 1 ％。 2致密储层压 力敏感性特征研究 致密储层 岩心的渗透率对净 围压 即为有 效 压力 较敏感 ，这主要与岩心的孔 隙结构和矿 物 组成有关。岩心的渗透率不仅 与所承受 的围压有 关 ，而且与孔隙内流体的压力有关 ，也就是说与净 围压有关。 研究过程中取安塞油 田 2块岩心 的实验结果 ， 并且绘制了岩心渗透率 与净 围压的关系 曲线 图 1 。曲线 表 明对 于低 渗透岩心 在净 围压很小 时 ， 渗透率对压力 比较敏 感 ，在净 围压 达到一定程度 时，渗透率随净 围压的变化趋于平缓 ，当有效压力 从 1 MP a 增加到 4 MP a 时 ， ． 所试验样品渗透率平均 降低了 5 3 ． 6 2 ％ ，而当有效压力从 4 MP a 增加到 1 2 MP a时，渗透率平均只降低 了2 8 ． 9 0 ％。在有效压 力大于某值时，渗透率随有效压力的变化减小。 目 j ‘量 ＼ 褂 嘲 赔 净 围压 a 图l渗透率与净围压敏感性关系 Fi g． 1 S e n si t i vi t y re 1 a ti O ns h i p b e t we e n p e r me a bi li t y a n d n et c on f i ni n g pr e ss u r e 研究表明 ，当岩心表面存 在微 裂隙时岩石抗 压性降低 ，渗透率对围压更加敏感。一般填充的微 裂缝对岩心渗流能力 和敏感 性都有 明显影 响。所 以，裂缝和微裂缝发育程度对致密储层开发具有非 常重要的作用 。 3致密砂岩储 层渗流特征 渗流特征曲线是研究渗流规律的基础。在研究 安塞致密砂岩油田物性和渗流特征 的过程中，发现 这些岩心 的渗流特征 曲线 图 2 特征为 当 o r ，时，在低有效净 围压下 ，为一不过坐标 原点的非线性渗流，驱 替压力提高到一定程度时 ， 渗流曲线 向流量轴偏转 ，出现渗 流能力增加 的趋 势 ；在高有效净围压下，渗流曲线基本为经过坐标 原点一直线。 实验同时对岩 石形变过程 中是否符合达西定 律进行了验证 。测得在不同的围压条件下同一岩样 的渗透率值 随孔隙压力脉 冲 驱替压差 的变 化情况。结果 表 明 图 3 、4 当围压 为 4 M P a 时 ，岩样的渗透率随孔隙压力脉冲变化较大 ，不符 合达西定律；当围压为 1 3 MP a时 ，岩样 的渗透率 8 0 大庆石油地质与开发 2 0 0 9钜 召 n 。 g 鞠 据 驱替压力梯度／ MP a 锄 图2不同有效净围压下渗流特征曲线 F i g． 2 Fl o w c ur v e s u n d er di f f e r e nt ef f e c ti ve ne t c o nf i ni n g p re s s ur e 随孔隙压力脉冲变化并不 明显 ，基本符合 达西定 律 。 AP／ 砸’ 图 3渗透率与孔隙压力脉冲 幅度关系 围压 4 M P a Fi g ． 3 Re l a ti o n s hi p be t w e en pe r ue a hi l i t y a n d p o re p re s s u re p ul s e am p l i tu d e c o n f i n i n g p r e s s u r e i s 4 1 P a AP／ M P a 图 4渗透率与孔隙压力脉冲 幅度关系 围压 1 3 M P a F i g． 4 Re 1 a t i on s hi p b e t we e n p e r me a b il i t y an d p or e pr e s s ur e p ul s e a mpl i t u d e c o n f i n i n g p r e s s u r e i s 1 3 P a 实验数据反映的物理意义是 ，在不 同上覆压 力下会造成岩石的形变 ，特别是致密砂岩储层 中的 裂缝的变化 ，导致了渗流特征的不同。岩石受压开 始时，孔隙与裂缝变小范 围较大 ，相对容易变形 ， 渗透率变化较大 ；当围压进一步增大时，孑 L 隙与裂 缝空间已较小 ，变形相对较难 ，岩石渗透率变化较 小 。这表明岩石形变可以导致非达西渗流特征的出 现 ，而裂缝的作用在某一范围内消除了非达西的特 征 。 4致密砂 岩储 层压 敏 渗流 特征 的影 响 因素 4 ． 1岩石形变分析 根据岩石力学理论 ，致密砂岩油气储层开发过 程中孔隙压力的下降导致有效应力增加，有效应力 增加又必将压缩致密砂岩孔 隙体积使之产生形变。 致密砂岩油气储层 中不 同程度 的发育裂缝及微裂 隙。应力变化引起的岩石变形 主要包括孔隙变形 、 裂缝闭合以及胶结物变形等。当应力复原后较低应 力状态下的岩石形变一般可以恢复 ，而岩石中有裂 缝时 ，未充填缝在外力作用下极易闭合，外力恢复 后裂缝不能恢复原状。致密砂岩岩石的形变不仅与 所承受外力有关 ，与储层 中裂缝 、微裂隙发育程度 等也有很大关系。微裂隙的存在使得致密砂岩抗压 性降低 ，从而造成渗流特征复杂化了。 4 ． 2孔隙结构对渗流特征的影响 根据实验数据作出了 6 l口井 的渗透率与孔隙 度的交会图。从图 5可看 出，安塞油 田的孔隙度和 渗透率之问不存在线性相关关系 ，关系曲线中间有 一 个明显的拐点 ，前后斜率发生变化较大 ，即在孔 隙度为 1 0 ％ ～1 4 ％ 的 范 围内 两条 虚线 中间位 置 ，同一孔 隙度所对应 的渗透率变化范围较 大， 渗透率越高，则渗透率受有效压力 的影响越敏感 。 由此表明，该低渗透储层介 质中存 在微裂缝和裂 隙。从实验结果看出，低渗透岩心 中缝隙的发育是 造成上述渗流特征的内在因素。 吕 j 叩 2 ＼ 瓣 喇 斑 ．J 燕 ／l ． ． O 4 8 1 2 1 6 2 0 孔隙度／ ％ 图5孔隙度与渗透率相关曲线 F ig ． 5 Re l a ti O n s hi p b e tw e e n p o r os i t y a nd p erm e a bi li t y 第 2 8卷第 1 期 田冷等致密砂岩油气储层压敏渗流特征实验 8 1 5结论 1 通过压敏性 实验 ，表 明对 于低 渗透岩心 在净围压很小时 ，渗透率对压力 比较敏感 ，在净 围 压达到一定程度时，渗透率随净围压的变化趋于平 缓，原 因主要是低渗透油藏在压力较低时 ，会产生 许多张开裂隙。 2 岩石形变 的变化程度导致 了渗流特征的 不同。当有效压力较低时 ，岩石形变较大 ，渗流曲 线为非 直线；但 当有效压力较 高时 ，岩石形 变较 小 ，渗流曲线趋向一条通过原点的直线。这表明岩 石形变可 以导致非达西渗流特征的出现 ，这对于启 动压力产生的主要原因提供了新 的有利证据。 3 孔隙结构特征表现 同一孔 隙度所对应 的 渗透率变化范围较大 ，渗透率越高 ，则渗透率受有 效压力的影响越敏感 ，低渗透岩心中缝隙的发育是 造成上述物性特征和压敏性的内在因素。 4 为深入研 究岩石形变与启动压力 的关系 提供了实验基础 ，开创 了非达西渗流机理研究的新 思路。 参考文献 [ 1 ] C h i l i n g a z i a n G V， C h a n g J i n c a i ，B a g n D t s e v a K J ． T h e r u l e o f t h u mb o f t h e p e r me a bil i t y c a l c u l a t i o n b y ，Ss a nd s w r i n t h e Ca r - b o n a t e S t o n e[ J ]． J o u rna l o f P e t r o l e u m S i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 0 ， 4 3 1 7 - 3 2 2 ． [ 2 ]J o e l D W．致 密含气砂体的渗透率 、孔隙结构 和粘土[ A]． 低 渗透油田开发译文集 上册，油藏描述 [ c ] ．北京石油 工业出版社 ，1 9 9 0 ． [ 3 ]何顺 利，郑祥克 ．致密储 集层近井 区堵塞带 的产 能方程 [ J ]． 石油勘探 与开发 ，2 0 0 3，3 O 5 9 7 - 9 8 ． [ 4 ]林 玉保 ，刘春林 ，卫秀芬 ．特低 渗透储层 油水 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