低渗岩芯应力敏感性升降法实验研究

李明军，苏崇华，刘双棋，杨志兴

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江524057)

低渗岩芯应力敏感性升降法实验研究

李明军，苏崇华，刘双棋，杨志兴

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江524057)

研究了低渗岩芯的应力敏感性，即油气层的渗透率随有效应力的变化而发生改变的现象。在岩芯常规孔隙度、渗透率测试的基础上，对CQ油田某区块柱塞岩芯分别进行变内压恒外压和变外压恒内压测试。实验结果表明，变内压恒外压更符合油田开发的实际，随多次应力敏感次数的增加，应力敏感性变弱，甚至趋于一个极限。

低渗岩芯;应力敏感;渗透率;特低渗透;有效应力

油气田开发前，储层中岩柱压力(外压)、储层压力(流体内压)以及岩石骨架所承受的压力(外压与内压之差)处于平衡状态［1－7］。油气田投入开发后，随着流体的采出，储层压力下降，净上覆岩层压力升高，孔隙介质被压缩变形，产生损害低渗透气藏渗透率的压敏效应。一方面，压敏效应使储集层被压缩，而最先被压缩闭合的是喉道以及狭窄的孔隙。孔隙以及喉道平均半径轻微减小将引起储层渗透率显著降低，因此岩芯渗透率会随着有效应力的增大而降低。随着闭合的喉道数增加，渗透率伤害程度相应增大，但是岩石的压缩量也不是无限的，压缩到一定程度之后，剩下的多为不易闭合的喉道，所以渗透率伤害程度逐渐减缓。另一方面，孔隙介质变形，使依附在孔壁上的松散颗粒脱落，在孔隙中运移并在狭窄孔隙或喉道处堆集，造成堵塞，使储层渗透性降低。

1 实验原理

首先准确测定出岩芯孔隙体积，将岩芯饱和煤油，在岩芯夹持器内建立两个相互独立的静水压力系统，即围压和内压。其中围压模拟地层岩样所承受的上覆岩石所产生的覆盖压力，内压则模拟油藏流体的压力，大小由回压阀控制。在测定时，通过改变围压或内压而改变有效应力，在每个压力点测定渗透率。测定完后再改变有效应力进行下一压力点测试。实验参照标准SY/T6385—1999覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法。

2 实验条件、方法及岩芯

实验的工作介质为煤油。实验中固定围压25 MPa。实验温度49℃、原始地层压力11 MPa。实验测试采用两种方法，即按变围压和定围压测试应力敏感。变内压恒外压测试，进行四升四降测试。由于各区块原始地层压力均较低，因此为了取得较多的测试点数，围压恒定为25 MPa，内压从20 MPa左右下降到2～3 MPa后再恢复。变外压恒内压测试，在地层温度下，按流体压力一定，围压逐渐上升并下降进行四升四降测试。实验选择不同类型岩芯5块(见表1)。实验参照SY/T5358-2002储层敏感性流动实验评价方法和SY/T6385-1999覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法。

表1 岩芯参数

3 实验结果及分析

3.1 变内压恒外压测试

从5块岩芯中选取有代表性的相对中渗岩芯2#，测试其渗透率的相对变化与净有效上覆压力之间的变化关系(见图1)。其中K0为原始地层条件下渗透率，K为某一地层压力下岩石的渗透率。

从图1可以看出，在四次降内压过程中，岩芯渗透率相对值随净有效上覆压力的升高而逐渐降低，且随净有效覆盖压力的增大，渗透率相对值下降的幅度逐渐变小，趋于恒定，说明此时净有效覆盖压力对渗透率的影响达到了极限。而在每次升内压过程中，岩芯渗透率相对值随净有效覆盖压力的下降而逐渐增大，但不能恢复到原始地层渗透率值;在净有效覆盖压力开始减小时，渗透率相对值增大的幅度最小。这种现象说明地层发生了不可逆形变，从而导致渗透率发生部分不可逆变化。同时，由于渗透率滞后效应，每次升降压过程中，在同一净有效覆盖压力的作用下，岩芯升内压时的渗透率相对值低于降内压时的值。从图2还可以看出，随着升降次数的增加，同一岩芯渗透率相对值的变化越来越小，渗透率滞后效应也越来越弱。到第3次升降压时，岩芯渗透率相对值基本不再随升降次数而变化。这主要是由于当净有效覆盖压力达到一定值时，基质中岩石颗粒靠的很近，随净有效覆盖压力连续升降，岩石形变趋于极限，岩芯的渗透率趋于恒定。对于不同地层，由于岩石的矿物种类和组成不同，其影响程度也将不同。其它几块岩芯测试也得到类似的结论。

3.2 变外压恒内压测试

在地层温度下，按流体压力一定，围压逐渐上升并下降进行四升四降测试渗透率相对值与净有效覆盖压力之间的关系，选取代表性较好的2#岩芯进行测试。测试结果见图2。

从图2可以看出，变外压恒内压测试与变内压恒外压测试得到的岩芯渗透率变化规律是一致的。岩芯渗透率相对值随净有效上覆压力的增大而减小，且随着净有效覆盖压力的逐渐增大，渗透率相对值下降的幅度逐渐变小;在每次升压后进行的降压过程中，渗透率相对值随净有效上覆压力的下降而逐渐升高，但不能恢复到原始的渗透率值，在净上覆有效压力开始减小的瞬间，渗透率相对值增大的幅度最小;岩芯同样表现出明显的渗透率滞后效应，即在同一净有效上覆压力下，有效上覆压力降低过程的渗透率相对值低于有效上覆压力增大的渗透率相对值;随着净有效上覆压力升降次数的增加，渗透率相对值变化越来越小。

3.3 变内压恒外压与变外压恒内压对比

对相对高、中、低渗的3块岩芯，用两种测试方法得到的渗透率相对值随净有效上覆压力变化规律见图3。从图3可知，三块岩芯渗透率相对值随净有效上覆压力变化的规律基本一致，随净有效上覆压力的增大而减小;当升降压力次数相同时，渗透率相对较高的岩芯(1#岩芯)，两种测试方法得到的结果相差较大;而对于渗透率相对中等和较低的岩芯(2#、4#岩芯)，两种测试方法得到的结果相差不太大。

4 结论

1)岩芯渗透率均随有效应力的升高而逐渐降低，且在有效应力增加的早期，渗透率下降幅度相对比较大，而在增加的后期，下降幅度相对比较小。当有效应力增加到一定程度或升降次数足够多时，渗透率趋于不变，此时有效应力的变化对渗透率的影响已经到了极限。

2)岩石卸压以后，渗透率有一定程度的恢复但不能恢复到其原始值，即渗透率发生部分不可逆变化。

3)存在渗透率滞后效应，即在同一有效应力的作用下，有效应力降低过程岩样的渗透率值低于有效应力增加过程的渗透率值。

4)变外恒内测试与变内恒压测试两种方法得到的岩芯渗透率的变化规律是一致的。但两种方法的结果存在一定差异，即变内恒外测试表现出的应力敏感更强，更接近真实地层情况;且渗透率越大，两种测试方法得到的结果差异越大。

［1］代平，孙良田.低渗透砂岩储层孔隙度、渗透率与有效应力关系研究［J］.天然气工业，2006，26(5):93－95.

［2］郭平，张俊.采用两种实验方法进行气藏岩芯应力敏感研究［J］.西南石油大学学报，2007，29(2):7－9.

［3］杨满军，李允.低渗透油气储层的应力敏感性表皮系数研究［J］.天然气工业，2005，25(3):141－143.

［4］姚约东，葛家理.低渗透油藏不稳定渗流规律的研究［J］.石油大学学报，2003，27(2):55－58.

［5］张光明，廖锐全.特低渗透油藏流体渗流特征试验研究［J］.江汉石油学院学报，2004，26(1):88－89.

［6］林彦兵，刘艳.有效压力对低渗透多孔介质渗透率的影响［J］.重庆石油高等专科学校学报，2003，5(4):33－34.

［7］胡永乐，宋新民.低渗透油气田开采技术［M］.北京:石油工业出版社，2002.

Lifting-Method Experimental Study on Stress Sensitivity of Low-Permeability Core

LI Ming-jun，SU Chong-hua，LIU Shuang-qi，YANG Zhi-xing
(Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Zhanjiang 524057，Guangdong，China)

Stress sensitivity refers to the reservoir permeability change with the effective stress.Based on the conventional core porosity and permeability tests，we developed Change Inside Pressure＆Keep Outside Pressure Test method on five piston cores from CQ Oilfield.Experimental results show that Change Inside Pressure Test is more in accordance with actual oilfield development.With the increase of stress-sensitive number，variable stress sensitivity becomes weaker，and even tends to a limit.

low-permeabilitycore;stresssensitivity;permeability;extralowpermeability;effective stress

TE348

B

1008-9446(2011)01-0001-03

2010-11-25

李明军(1979－)，男，河南武陟人，中海石油(中国)有限公司湛江分公司研究院工程师，硕士，主要研究方向为油气藏工程。