裂缝型储层应力敏感与裂缝角度关系实验研究

赵光宇

(胜利油田鲁明油气勘探开发有限公司)

目前大多数油田都是采用的衰竭式开发方式。随着地下流体的不断采出，地层压力得不到及时补充，岩石所受有效应力增加，引起岩石骨架颗粒发生结构变化如变形或压缩，造成颗粒间孔隙和喉道空间的不断减少，表现出渗透率随有效应力的增加而降低的现象。因此，储层应力敏感性分析在油田开采中就显得尤为重要[1]。

学者们针对储层应力敏感进行了不同程度的研究。李闽、乔国安等[2]通过引入双重有效应力理论，对开采过程中有效应力随净应力的变化关系进行了重新校正和评价。李大奇、康毅力等[3]开展渗透率应力敏感性及岩石力学实验研究，并分析岩石物性及岩石力学性质对碳酸盐岩储层渗透率应力敏感性的影响。阳建平、刘志斌等[4]通过随机孔隙网络模型建立渗透率与有效应力的关系，解释渗透率应力敏感机理。张睿、宁正福等[5]探讨了Walsh模型的幂律公式的适用性并对5种不同孔隙类型的应力敏感公式进行分类。目前关于应力敏感方面的研究主要集中在渗透率随有效应力的变化关系方面，应力敏感系数基于裂缝角度的变化研究较少。因此，本文以某深层、高温、高压裂缝型干气气藏为研究对象，通过常规应力敏感评价实验，系统的评价储层的应力敏感程度，并分析裂缝角度对储层应力敏感性的影响，完善了应力敏感实验在裂缝角度方面的因素评价。

一、应力敏感实验

1. 样品准备

实验样品取自某地区某高温高压裂缝型干气气藏，岩样共计6组，其中3组为天然裂缝，3组人工压制裂缝，裂缝角度范围在0～30°之间。

气测渗透率范围0.02～33.5 mD，孔隙度范围0.03% ～2.5%。

2. 实验步骤

本实验所采用的实验仪器为SCMS-C3型全自动岩心孔渗测量系统，其主要原理是稳态法测量渗透率。具体实验步骤如下：

(1)测量岩样长度、直径，称重。

(2)岩样装入测试仪器测量岩样初始物性参数。

(3)设定实验条件：围压范围10～81 MPa，每次的增幅为10 MPa，测试气源压力为2 MPa，测试增压条件下的岩样渗透率值，将围压再分别从81 MPa的围压依次减小到10 MPa测试卸压过程中的岩样渗透率。

(4)对加压、卸压过程进行一次循环，测试二次加载、卸载过程中的渗透率。

(5)计算应力敏感系数进行应力敏感性评价，见式(1)。

(1)

3. 实验结果分析

根据实验结果做出渗透率随围压变化曲线，对公式(1)进行数学转换得到公式(2)，式中对有效应力和渗透率进行无因次化，分别求σ/σ0以10为底的对数和K/K0的1/3次幂，结果减小了有效应力项的增加，将其控制在1附近，并减小了渗透率项的降低，然后将它们拟合直线，斜率的相反数即为应力敏感性系数[6]。

(2)

以下列出2组岩心的实验结果分析图，见图1～图4。

图1 岩心1渗透率随围压变化曲线

图2 岩心1应力敏感系数拟合曲线

图3 岩心2渗透率随围压变化曲线

图4 岩心2应力敏感系数拟合曲线

从以上实验结果中可以看出：

(1)2组岩样的实验结果变化趋势一致，初始增压过程中渗透率下降极快，当围压增加到20 MPa时渗透率降幅已经超过20%，渗透率变化的临界压力均为10 MPa。

(2)卸压过程中渗透率变化微小，应力敏感性滞后现象严重，说明裂缝已经发生塑性变形，渗透率无法大幅恢复。

(3)人工缝的应力敏感系数介于0.82～0.93之间，天然缝的应力敏感系数介于0.78～0.81之间，分布较为均匀，应力敏感程度强。

(4)人工缝整体应力敏感程度略高于天然缝，可能与人工缝的裂缝开度高于天然缝有关。

4. 裂缝角度与应力敏感系数的关系分析

根据公式(1)的计算结果，进一步通过绘制了裂缝角度与应力敏感系数的关系曲线图，如图5所示。

图5 裂缝角度与应力敏感系数关系曲线

图5中可以发现，随着裂缝角度的增加，其应力敏感系数线性增加。

二、结论

(1)某地区某高温、高压裂缝型储层应力敏感系数介于0.75～0.95之间，分布较为均匀，且应力敏感程度表现为强。

(2)卸压过程的应力敏感性滞后现象严重，裂缝产生塑性变形。

(3)人工缝整体应力敏感程度略高于天然缝，与人工缝裂缝开度高于天然缝有关。

(4)随着裂缝角度的增加，其应力敏感系数呈线性增加。

[1]李飞飞. 应力敏感性的实验室研究[J]. 石化技术,2015(7):101-142.

[2]李闽,乔国安,陈昊. 低渗砂岩储层岩石应力敏感实验与理论研究[J]. 钻采工艺,2006,29(4):91-93.

[3]李大奇,康毅力,游利军. 碳酸盐岩储层渗透率应力敏感性实验研究[J]. 天然气地球科学,2014,25(3):409-413.

[4]阳建平,刘志斌,喻晓琳,等. 基于随机孔隙网络模拟的渗透率应力敏感机理[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2017,7(2):626-632.

[5]张睿,宁正福,张海山,谢佥. 裂缝性致密储层应力敏感机理新认识[J]. 天然气地球科学,2016,27(5):918-923.

[6]兰林,康毅力,陈一健,杨建,等. 储层应力敏感性评价实验方法与评价指标探讨[J]. 钻井液与完井液,2005,22(3):1-4.

[7]李传亮,朱苏阳. 关于应力敏感测试方法的认识误区[J]. 岩性油气藏,2015,27(6):1-4.

[8]SY/T5358-2002储层敏感性流动试验评价方法[S].北京:石油工业出版社, 2002.

[9]李传亮.储层岩石的应力敏感性评价方法[J].大庆石油地质与开发, 2006, 25(1): 40-42.