复杂岩性储层渗透率-应力敏感性及其对气井产能的影响

采用变流压定围压试验方式,在高温、高压条件下模拟了气藏开发过程,研究了复杂火山岩气藏储层渗透率应力敏感性,对比了变流压定围压与常规的定流压变围压方式评价储层应力敏感性的异同。试验结果表明,火山岩储层渗透率随着孔隙压力的减小而减小,渗透率减小主要发生在孔隙压力从40 MPa下降至25 MPa的变化区间,渗透率损失率与其初始渗透率之间的相关性较差,这与常规沉积砂岩储层具有一定的差别。变流压定围压试验评价的应力敏感性强于定流压变围压评价结果,气藏储层有效应力变化范围内两种试验评价的应力敏感性结果差异更大。基于渗流力学理论,推导得到考虑应力敏感性的气井产能方程。计算结果表明,考虑应力敏感性时气井无阻流量约为不考虑应力敏感性时的63.28%,应力敏感性对气井产能的影响随着生产压差的增大而增大。     

低渗致密砂岩渗透率应力敏感性试验研究

储层岩石中孔隙流体压力的变化会引起有效应力发生变化,进而导致渗透率的改变,引发储层岩石渗透率应力敏感现象。以试验研究了不同围压下渗透率随孔隙流体压力的变化规律,试验包含了老化处理和升降内压4个回路,每个回路是在围压不变降低和增加孔隙流体压力下实现的,采用稳态法采集每个测试点的数据。试验结果表明,渗透率随着孔隙流体压力的降低而减小,随着孔隙流体压力的增加而增加;在低围压下渗透率的变化幅度较大,在高围压下,则变化幅度较小;在不同围压回路下,净应力相等的点对应的渗透率不相等;渗透率在随孔隙流体压力的变化中呈现出“台阶式”变化。根据Bernabe的模型计算了渗透率有效应力系数,结合Bernabe的观点分析计算结果发现渗透率呈“台阶式”变化是微裂缝随应力的变化而发生变形的表现。对试验岩样进行了储层岩石应力敏感性评价,结果表明,该低渗致密砂岩储层表现为中等应力敏感。     

致密储层应力敏感性研究

在油田开采过程中,地层压力逐渐下降,作用在岩石颗粒上的有效应力增加,这种效应使岩石发生形变,产生应力敏感,使得岩石的渗透率减小,从而影响到流体的流动及产能,给高效、合理地开发带来许多困难和问题。为此,对大庆油田低渗透致密岩心进行了应力敏感性试验,考虑其微观孔隙结构特征及黏土矿物的赋存状态,提出了新的毛管模型,并研究了单毛管在应力作用下的变形规律。研究表明：应力敏感程度与岩心的渗透率初值具有较好关系,随着渗透率降低,应力敏感性变强,渗透率损失率与渗透率初值具有乘幂递减关系。基于弹性力学理论,应用新的毛管模型,通过对单毛管在应力作用下的变形规律研究,从应力敏感性微观作用机制角度解释低渗透储层与中高渗透率储层在应力敏感性上的差异。这些研究对该低渗透致密储层的合理开发及合理生产工作制度的确定具有重要意义。     

基于特低渗砂岩覆压试验渗透率方向性特征分析

由于地质成因的不同,岩石渗透率往往具有不同程度的大小和方向性差异,即呈各向异性的特点。目前,岩石渗透率方向性特征的理论和试验研究仍然不足,缺乏岩石渗透率各向异性量化评估。基于国内CCUS场地储层砂岩,沿正交方向钻取岩芯试件若干,完成瞬态法覆压渗透率测试。试验结果表明,特低渗砂岩正交方向渗透率随围压（上覆岩层压力）加载呈幂律函数递减,当围压加载至20 MPa以后,正交方向渗透率差异性逐步降低,即渗透率由各向异性逐步向各向同性过渡,且储层砂岩竖向渗透率压力敏感系数普遍低于水平侧向。通过建立一种空间坐标系下渗透率计算模型,将岩石内部渗流规律等效为空间正交方向渗透率模型,并借用统计学标准差定义提出渗透率各向异性系数?k,将不同岩性储层岩石渗透率不均匀性作归一化处理,定量地描述了覆压试验过程中试件渗透率各向异性的变化规律。     

非饱和低渗砂岩突破压力试验研究——以柴达木盆地东部石炭系砂岩为例

突破压力是气藏开采和盖层评估中的重要参数。文章选取柴达木盆地东部石炭系低渗砂岩岩心3块,对每块岩心进行6个不同含水率下的突破压力试验。通过XRD、XRF分析方法对砂岩的矿物成分、化学成分进行定量测试;利用氦气双室法与压汞试验对砂岩的孔隙度和孔径分布特征进行分析;用CH4气体模拟渗流试验对砂岩的绝对渗透率进行分析。结果表明:研究区低渗砂岩孔隙度在9.02%~10.96%之间,平均孔隙半径在0.1082~0.3709 μm之间,绝对渗透率在0.008~0.012 mD之间,干岩石突破压力值在0.05~0.19 MPa之间,饱和岩石突破压力值在1.51~2.73 MPa之间。黏土矿物遇水膨胀对孔隙结构不会造成显著性改变,因此对突破压力没有明显影响。影响突破压力的主要因素是孔隙结构和含水率。试验结果表明突破压力与岩石孔隙大小之间呈现负相关的关系,随着平均孔径和中值半径的增大,突破压力随之降低。本研究得到了突破压力与含水率之间的定量函数关系:突破压力随含水率增加呈指数函数形式增加。     

考虑不同尺度孔隙压缩敏感性的砂岩渗透特性研究

以往的研究多是从宏观层面建立孔隙压缩敏感性与渗透率之间的关系,缺乏砂岩不同尺度孔隙结构改变对渗透率演化规律的认识。从细观孔隙层面来看,不同尺度孔隙在应力作用下闭合程度差异明显,考虑不同尺度下孔隙压缩敏感性对准确预测渗透率演化至关重要。因此,利用多场耦合核磁共振试验平台开展了砂岩渗流-应力耦合试验,获得了不同应力作用下砂岩渗透率以及孔径分布曲线的变化规律,将孔径分成大孔(>1μm)、中孔(0.1～lμm)、小孔(<0.1μm)3类,计算了砂岩不同尺度孔隙压缩系数及其转化因子,提出了考虑不同尺度孔隙压缩敏感性的砂岩渗透率计算公式。结果发现:砂岩不同尺度孔隙的压缩性差异明显,大尺度孔隙的压缩敏感性更强;考虑不同尺度孔隙压缩敏感性的渗透率公式与试验值具有较好的一致性。     

深层高压低渗砂岩油藏应力敏感性实验

为探讨深层高压低渗砂岩油藏储层的应力敏感问题,将取自渤海湾盆地东濮凹陷的深层低渗油藏样品进行了液体、气体应力敏感性实验;研究中以渗透率损害系数、渗透率损害率、不可逆渗透率损害率作为应力敏感性评价指标。研究结果表明,研究区深层高压低渗砂岩油藏储层为弱应力敏感,沙三段样品渗透率损害系数、渗透率损害率均高于沙二段样品,沙三段储层应力敏感性高于沙二段储层应力敏感性。气体应力敏感性实验的渗透率损害率整体高于液体应力敏感性实验的渗透率损害率,气体、液体应力敏感性实验所测得的不可逆渗透率损害率基本一致。     

松辽盆地徐深气田火山岩气藏相态与渗流机理

通过徐深气田天然气气体状态方程( PVT) 性质、天然气饱和水汽量和地层水PVT性质测试及全直径岩芯分析的气藏启动压力、储层流速敏感性和应力敏感性评价, 探讨了火山岩储层渗流机理。结果表明: 徐深气田火山岩气藏中CO₂含量差别较大(最高达86.88% ) , 天然气分子量与CO₂含量呈正相关; 偏差系数、饱和水汽含量及地层水中天然气含量受地层温度、压力、天然气组成及地层水矿化度等影响; 火山岩气藏启动压力与束缚水饱和度和空气渗透率均呈幂指数关系; 储层呈气水两相流特征, 具有弱速敏性和较强的应力敏感性, 易造成储层渗透率伤害以及孔隙结构改变。     

富含黏土矿物的低渗砂岩变形响应特征研究

为探讨黏土矿物对砂岩变形的响应特征,开展了富含黏土砂岩的渗透率随应力变化的研究。基于渗透率有效应力系数ESCK的含义,分析发现ESCK是岩石变形的响应特征参数,在前人研究的基础上建立了ESCK与岩石变形之间的关系,初步提出了一套新型的岩石变形特征诊断方法。选取两块富含黏土砂岩在3种不同的围压下分别加/卸载孔隙流体压力,根据稳态法原理实测每种试验条件下的岩芯渗透率,同时根据所提出的平移法计算ESCK,结果表明,ESCK是大于1.0的常数,平移法是计算ESCK的有效方法。此外,根据所提出的岩石变形特征诊断方法分析判断了31块岩石的变形特征,发现黏土矿物含量和类型以及岩石的微观孔隙结构是影响岩石变形特征的主要因素。     

不同煤阶煤应力敏感特征及其控制机理

煤储层应力敏感降低储层渗透率,进而影响煤层气井产能,如何降低排采中的应力敏感性影响值得深入研究。为了弄清不同煤阶煤储层的应力敏感性特征及差异性,分别采集樊庄高煤阶煤、保德中煤阶煤和二连低煤阶褐煤的样品,系统开展加载和卸载过程中不同煤阶煤的应力敏感性实验,并对应力敏感的产生机理进行分析。结果表明,随煤阶的升高,煤样的应力敏感性逐渐增强,含明显裂缝的样品敏感性更强。加载有效应力10 MPa条件下,相比初始渗透率,二连低煤阶褐煤样品渗透率下降79.26%,卸载后不可逆渗透率损害率平均33.4%;保德中煤阶煤样渗透率下降79.4%,卸载后不可逆渗透率损害率平均51.4%;樊庄高煤阶煤样加载后渗透率下降92.33%,卸载后渗透率只能恢复30%左右。产生这种差异的机理主要是由于不同煤阶煤的物质组成、孔裂隙结构以及渗流通道不同造成的。低煤阶煤变质程度低,主要发育大、中孔隙,割理–裂隙不发育,为基质孔隙–喉道渗流,渗透率主要受连通喉道控制,应力加载时主要是大、中孔压缩变形严重,而尺度较小的喉道受压缩变形小,因而其应力敏感性相对弱;而高煤阶煤孔隙以微、小孔为主,镜质组含量高,割理–裂隙发育,控制其渗透性,应力加载时微、小孔难以被压缩,而裂隙抗变形能力弱,易发生韧性变形破坏或闭合,卸载后也难以恢复,表现出强应力敏感特征。考虑到高煤阶煤储层埋深更大、应力更高,因此其应力敏感性对产能伤害大,排采初期宜以较小强度进行,降低不可逆渗透率伤害,扩大压降范围;而低煤阶煤储层本身应力低、渗透率较高,应力敏感对产能影响相对较小,排水期可适当加快速度,提高排水效率。      

页岩储层裂隙渗透率模型和试验研究

页岩储层的裂隙渗透率是评价页岩气开采的重要参数,基于裂隙法向刚度的概念,考虑页岩储层变形过程中裂隙系统和基质系统之间的相互作用以及页岩气解吸引起的体应变,提出了与有效应力相关的页岩储层的渗透率模型。然后分别分析了页岩气藏在单轴应变和常体积条件下的渗透率模型,分析表明,单轴应变和常体积条件下（3个方向的总应变都为0）的裂隙渗透率模型完全一致。采用脉冲衰减渗透率仪测试了煤系页岩的裂隙渗透率,当有效应力从0.7 MPa增加到14.5 MPa时,渗透率从41.81×10-17 m2降到5.43×10-17 m2。为了阐述渗透率模型的有效性,利用煤系页岩的渗透率数据对有效应力-渗透率模型进行拟合。结果表明,当裂隙的法向刚度、张开度和煤系页岩的初始渗透率分别为57 922.5 MPa/m、0.000 17 m和50.15×10-17 m2时,有效应力-渗透率模型和煤系页岩的渗透率拟合程度较好。然后利用现场渗透率数据对该模型进行拟合,结果表明,当裂隙的法向刚度和张开度的关系符合反比例函数时,拟合程度非常好。该渗透率模型适合于单轴应变、常体积和常围压条件,可用于描述页岩气开采过程中页岩储层裂隙渗透率随孔隙压力的变化规律。同时,该渗透率模型和P&M模型以及S&D模型进行了比较,结果表明,该渗透率模型的拟合结果与S&D模型基本一致,但与P&M模型存在一定的差别。     

淮北许疃矿构造煤孔隙结构及压敏效应

为了探究构造煤的孔隙结构及压敏效应,采取淮北许疃矿煤样,利用扫描电子显微镜、压汞实验、含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置进行相关参数测试,研究构造煤的孔隙结构以及有效应力对煤样渗透率渗透系数的影响。实验结果表明:碎裂结构煤裂隙规则、平直,连通性较好;原生结构煤中主要以微孔为主,构造煤中以微孔和过渡孔占主导。韧性变形系列构造煤的有效应力与渗透率呈抛物线关系;有效应力小于4 MPa时,煤体渗透率敏感性显著,大于4 MPa时其渗透率敏感性弱。该趋势是有效应力和解吸效应共同作用的结果;由于解吸和有效围压的共同作用,渗透率存在最小值。与沁水盆地相比,许疃矿煤样部分渗透率损害系数较高。      

基于岩石颗粒排列方式的低渗透储层应力敏感性分析

以颗粒堆积模型为基础,考虑了低渗透岩心颗粒不同排列方式和不同变形方式,建立了毛管束模型,并通过颗粒Hertz接触变形原理对毛管变形量进行计算,研究毛管和多孔介质应力敏感性定量表征关系,通过有效毛管分数和毛管变形规律探讨了低渗透储层应力敏感性的作用机制。研究表明,低渗透储层的应力敏感性主要表现为渗透率的应力敏感性,相比于渗透率应力敏感性,孔隙度应力敏感性较弱;低渗透储层应力敏感性与岩石颗粒排列方式、颗粒变形方式、岩石微观孔隙结构、固液界面作用力和启动压力梯度效应等密切相关;考虑有效毛管分数和毛管变形量的多孔介质应力敏感性量化模型可从应力敏感性微观作用机制角度解释低渗透储层应力敏感性。     

高煤阶煤层气藏储层应力敏感性研究

水相存在使煤储层应力敏感性更加复杂,是煤层气开发需要特别关注的问题。通过开展煤储层干样与湿样的应力敏感性实验,分析了煤储层应力敏感性特征。应用数值模拟方法,研究了煤储层应力敏感性对煤层气井产能的影响。研究结果显示,煤储层具有强应力敏感性并且明显不可逆性。有效压力从2 MPa增加到10 MPa,气相渗透率降低90%;初始渗透率越低,应力敏感性越强,有效应力降低以后,煤岩渗透率不能恢复到原始水平。水相存在使得煤层气藏应力敏感性更强,有效压力从2 MPa增大到3 MPa,3块煤岩湿样渗透率分别降低了66.0%、50.4%和58.5%,而干岩芯渗透率降低幅度均低于50%。同时随含水饱和度增高,表现出应力敏感性愈强的趋势。煤储层应力敏感性极大地影响煤层气井产能,储集层原始渗透性越差,应力敏感对产量的影响越大。因此,煤层气生产过程中,特别是煤层气排采初期,地层压力较高,一味地增大生产压差可能不会增加煤层气井产量。     

松辽盆地长岭断陷火山岩储层对天然气成藏的控制作用

火山岩气藏是松辽盆地长岭断陷深层重要的气藏类型。通过钻井岩芯、扫描电镜、孔渗测试及面孔率分析等资料,详细研究了火山岩储层的类型和特征;并结合地震资料和产能数据刻画了火山岩储层和气藏的空间分布特征,探索了不同类型火山岩储层对天然气成藏的控制作用。研究表明,研究区主要发育有气孔流纹岩储层、流纹质凝灰熔岩储层和块状流纹岩储层3种类型。气孔流纹岩储层以原生孔隙和微裂缝为主,属于较高-高孔,低渗-较高渗储层;流纹质凝灰熔岩储层主要发育脱玻化孔和构造裂缝,为中孔-特低渗储层;块状流纹岩储层储集空间以裂缝为主,属于特低孔-特低渗储层。气孔流纹岩型气藏的特点是多层工业气层纵向和横向叠加形成,气井产能高,含气面积大;流纹质凝灰熔岩型气藏的特点是块状气藏的气井产能中等;块状流纹岩型气藏的特点是块状气藏,气井产能小,需压裂后方能达到工业产能。     

煤层应力敏感性对煤层气产量预测的影响

大量现场实践和室内实验表明,煤层气藏为典型的应力敏感性气藏,随着煤层气的开采,储层孔隙压力降低,渗透率大幅度降低,引起产量下降。为了研究煤层应力敏感性与渗透率的关系,进行了应力敏感性实验,结果表明:煤层渗透率对于应力变化非常敏感,当有效围压从1MPa增加到12MPa时,其渗透率最大值只有初始的10%,即使围压恢复至1MPa,岩心渗透率损失率在54.98%~79.09%。由于煤层这种应力敏感性,其渗透率不再是常数,而是压力的函数,利用实验得到的动态渗透率与有效围压的关系,建立了考虑渗透率变化、带人工裂缝的预测煤层气产量的二维气、水两相数值模型,现场应用表明预测的产量与和实际产量吻合。     

致密储层渗透率测试的稳态与非稳态法对比研究

渗透率是油气藏储层评价、产能计算及制定合理的开发方案所需关键参数之一。针对常规稳态法测试致密储层岩石渗透率效率低下、试验过程易受环境温度影响等缺点,使用脉冲衰减渗透率测试仪对39块致密岩石稳态法克氏渗透率与非稳态脉冲衰减渗透率进行系统的对比研究,分析岩样渗透率、试验操作方法及有效应力组合方式等因素对测试结果的影响。研究结果表明,相同净围压条件下致密岩石脉冲渗透率小于克氏渗透率,脉冲渗透率平均约为克氏渗透率的47.26%,岩样渗透率越小,则两种渗透率之间的差别越大。误差分析表明,脉冲渗透率试验初期岩样短时间承受的9 MPa高围压和其高围压、高孔隙压力组合的有效应力施加方式对脉冲渗透率测试结果具有一定程度的影响,但仍无法完全解释两种渗透率的总体误差。数学拟合表明,取自同一区块的露头砂岩岩样脉冲与克氏渗透率相对误差与脉冲渗透率具有较好地对数函数关系,由数学推导获得该露头砂岩储层岩石脉冲渗透率与克氏渗透率的转换关系。