致密砂岩储层应力敏感性实验研究

研究的背景:在油田开采过程中,随着地层压力的下降,作用在岩石颗粒上有效应力的增加,均会使岩石颗粒发生变形,产生应力敏感,降低储层的孔隙度和渗透率,影响流体在多孔介质中的渗流特征,给油田的合理开发带来诸多困难.研究方法及目的:利用美国Core Laboratory公司的仪器进行孔隙度、渗透率的测定,结合扫描电镜、铸体薄片以及核磁共振技术分析鄂尔多斯盆地延长组长7段低孔、低渗储层的应力敏感性.研究结果:(1)在定覆压变孔压和定孔压变覆压条件下,孔隙度、渗透率均随着孔隙压力的减小、上覆压力的增大而减小,属于"先快后慢"型的应力敏感性损害模式.孔隙度相对损失率1.21%~3.28%,渗透率相对损失率44%~70%,渗透率应力敏感性较强.(2)在有效应力压差相同情况下,渗透率相对损失率小于40%时,定孔压变覆压引起的渗透率损失率较大;渗透率相对损失率大于40%时,定覆压变孔压引起的渗透率损失率较大.(3)孔隙度应力敏感性与岩石的微观孔隙结构、孔隙大小及岩石颗粒的抗压能力有关,而渗透率主要与岩石的孔喉、孔隙尺寸分布有关.研究意义:为致密油勘探开发中保持合理的生产压差,减轻储层应力敏感性损害,为提高油井产能和采收率提供一定的实验依据.     

高煤级煤储层渗透性与应力耦合模型及控制机理

煤储层应力敏感性是影响煤层气井产能的地质因素,以鄂尔多斯盆地东南缘高煤级煤储层为对象,通过煤样的应力敏感性实验和现场测试,建立了高煤级煤储层渗透性与应力之间的相关关系和模型;探讨了渗透性变化的控制机理.研究结果表明, 煤储层渗透率随应力的增加按负指数函数规律降低.在应力小于5 MPa时,煤储层渗透率随应力增加快速下降,应力敏感性最强;应力在5~10 MPa时,渗透率随应力增加而较快下降,应力敏感性较强;而当应力大于10 MPa后,渗透率随应力的增加下降速度减缓,应力敏感性减弱.与沁水盆地南部高煤级煤样实验结果对比认为,鄂尔多斯盆地东南缘山西组2煤层应力敏感性要小于沁水盆地南部山西组3煤层的应力敏感性.煤储层渗透性是在应力作用下煤储层中裂隙产生压缩(压密)变形,裂隙开度急剧减小的结果.因此在煤层气开发过程中控制排采速度,尤其是排采早期降液速度,对于防止煤储层应力敏感性,提高采收率具有实际意义.     

低渗透储层孔隙流体压力预测方法及应用

在非常规储层的勘探开发历程中,人们逐渐意识到当非常规储层中具有异常高的孔隙流体压力时有利于油气的保存和获得较高的单井产能,为了在非常规储层中寻找高效井、高产井,对孔隙流体压力进行定量的预测是十分有必要的.目前预测孔隙流体压力的方法主要是利用了在异常高压地层中具有低纵波速度的特性,但由于异常高压不是唯一引起纵波速度降低的原因,所以利用现有方法预测孔隙流体压力存在一定的误差.近年来随着地震勘探技术的进步,很多学者利用岩石物理实验证实孔隙流体压力与横波速度之问也有很密切的关系,因此我们从杨氏模量的定义出发结合波动方程推导了有效应力与纵、横波速度以及密度之间的关系,并引入多孔介质中的有效应力定理开发出了一种新的方法来计算非常规储层中的孔隙流体压力.利用该方法在准噶尔盆地低渗透储层的油气勘探中取得了良好的应用效果.     

常规测井评价复杂砂岩储层孔隙结构的方法与应用——以莺歌海盆地黄流组储层为例

莺歌海盆地中深层储层非均质性强、孔隙结构复杂,气田开发实施阶段一般仅有常规测井资料,基于常规测井资料对储层孔隙结构精细评价一直是该区储层测井精细评价面临的难题,进一步造成测井解释符合率降低,储量参数计算精度变差.为有效解决上述问题,本文以莺歌海盆地黄流组为目的层,首先分析了储层孔隙结构复杂化的地质成因及其测井特征;之后,综合压汞毛管压力曲线和核磁共振等岩心分析资料,针对性开展测井响应特征分析及岩石物理机理分析,对比优选了流动带指数为表征储层孔隙结构的敏感参数;最后,优选反映储层特征变化的测井变量,建立常规测井资料计算储层流动带指数的模型,进而建立储层分类方法与标准,较好地实现了常规测井的储层孔隙结构评价.方法应用于莺歌海盆地东方13气田中,结果表明:储层孔隙结构与分类结果与岩心分析、试油产能数据吻合较好,奠定气田开发实施阶段利用常规测井资料精细表征储层孔隙结构的技术基础.     

Petrophysical evaluation and its application to AVO based on conventional and CMR-MDT logs

常规测井为 AVO 分析提供了基础的资料, 成为联系岩石物理与地震资料的桥梁。然而如果储层存在有复杂的流体系统, 如地层被严重地层流体侵入、电阻率响应低及盐水矿化度复杂等的现象, 则常规测井无法提供高质量的测井资料, 导致得出错误的弹性计算结果, 使 AVO 结果与地震资料不吻合。中国渤海湾地区第三系裂缝性储层复杂, 我们利用常规测井和核磁共振测井与模块地层动态测试相结合的组合仪完成了地层评价和储层描述。研究结果表明岩石物理学家利用上述方法技术可以获得诸如空隙度、渗透率、含水饱和度、束缚流体以及空隙压力等重要的储层参数并进一步综合应用这些结果和以实验室测量数据为基础的岩性分析结果进行在地震域岩石物理研究和 AVO 分析。     

DB气田非均质储层级别划分及常规测井识别方法

DB气田以裂缝-孔隙型、孔隙型岩屑砂岩储层为主,非均质性强,裂缝发育程度是决定产能高低的关键因素之一.立足于储层的录井、岩心分析和测井资料,开发了储层级别划分和常规测井识别储层级别的方法.首先,定义了每米产能指数作为标准化的产能参数;其次,基于产能参数与储层物性参数关系的考察,筛选综合物性参数(孔隙度和总渗透率的乘积)作为储层级别划分的评价指标,将DB气田储层分成了2个级别,给出了分级的物性标准;最后,应用主成分分析法计算了综合主成分,基于综合主成分与每米产能指数交会图给出了应用常规测井资料识别储层级别的标准.2口井的应用效果表明,依据上述方法划分及识别的储层级别与生产情况吻合得较好.     

南堡4号构造东营组岩石物理相特征及其分类评价

南堡凹陷4号构造晚期成岩作用强烈、储层非均质性强、孔隙结构复杂，导致优质储层岩石物理特征不清及储层有效性评价难.针对这一难题，综合利用岩心薄片鉴定、扫描电镜、X全岩衍射、毛管实验及测录、试油等数据对储层的沉积特征、成岩特征及孔隙结构特征开展相控研究，研究结果表明研究区东二、东三段沉积相主要发育辫状河三角洲相，沉积微相主要发育水下分流河道、分流间湾、河口坝等；依据成岩作用及矿物类型将成岩相划分为弱溶蚀相、黏土矿物充填相、碳酸盐胶结相、压实致密相四类；根据储层物性及压汞等数据将孔隙结构相划分为Ⅰ类大孔粗喉型、Ⅱ类大孔中喉型、Ⅲ类中孔细喉型、Ⅳ类小孔微喉型.基于沉积、成岩、孔隙结构三种特征单元叠加聚类分析将储层岩石物理相划分为PF1-PF4四类，其中PF1为油气及油水产能高的优势储层，PF2为产能一般的含油储层，PF3为需要储层改造才有产能的较差储层，PF4为无效储层，通过测井响应规律建立岩石物理相分类评价标准，为研究区储层有效性评价、优势储层预测以及后续的滚动开发提供了技术支撑和坚实的理论基础.     

地层压力条件下沁水盆地煤岩动静态弹性参数同步超声实验研究

静态弹性参数对储层压裂改造、应力场及裂缝预测具有重要意义,开展地层压力条件下煤岩动、静态弹性参数实验研究,获得动、静态弹性参数之间的关系,为利用动态弹性参数预测静态弹性参数提供了岩石物理依据.本次研究应用MTS岩石物理参数测试系统完成沁水盆地和顺地区的煤岩样在地层压力条件下的动静态弹性参数同步测试.结果表明:动态杨氏模量随压力的增加而增加,而动态泊松比随压力的变化较为复杂;动、静态杨氏模量之间呈线性关系,且动态杨氏模量大于静态杨氏模量;动、静态泊松比之间的相关性较差,大部分煤样的动态泊松比小于静态泊松比.获得的这些关系为动静弹性参数转换提供了基础,进而为利用地震资料进行静弹性参数预测,获得岩石力学性能参数提供了一种途径.     

四川盆地WR区块页岩气藏孔隙压力分布特征

页岩气储层孔隙压力是页岩气藏保存条件综合评价过程中的一项重要指标.常规基于欠压实成因的地层孔隙压力预测方法并不适用于存在大量有机质生烃增压过程的页岩气储层.本文在页岩储层岩石物理建模的基础上,通过在模型中添加有机相来间接考虑有机质生烃作用对泥页岩正常压实趋势的影响,结合有效应力原理,形成了面向页岩气储层的孔隙压力预测技术.该技术在四川盆地南部WR区块页岩气藏实际预测结果表明,研究区五峰组-龙马溪组页岩气藏属于典型的超压气藏.在纵向上,五峰-龙马溪组底部的有机碳含量高的优质页岩层段表现为明显的超压特征,压力系数介于1.6～2.1之间.在平面分布上,深凹区压力系数大,西部深凹区保存条件比东部隆起区要好.压力系数预测结果与钻井实测吻合率大于97％,该方法有效提高了钻前地层压力预测精度.     

电缆地层测试最小测试时间的确定

电缆地层测试器是重要的地层评价仪器,可以测量地层压力和渗透率、识别流体类型、确定油水界面.然而在低孔低渗地层中,由于泥饼的封闭性差而造成的地层增压现象,致使无法测量到地层真实压力.同时由于长时间的测试,容易将仪器卡在地层中而造成事故.本文提出一种确定电缆地层测试最小测试时间的方法.利用有限元方法计算泥饼和原状地层中的压力分布情况,求取泥浆柱静压力的影响半径,继而确定储层的最小测试时间,并且针对渗透性不同的储层给出了最小测试时间的范围.电缆地层测试最小测试时间的确定,可以确保电缆地层测试器在低孔低渗储层中测量到地层的真实信息,减小由于测量时间过长而引起工程事故发生率.     

电缆地层测试在低渗储层应用方法的研究

电缆地层测试技术在油气田勘探开发中得到了越来越多的应用,然而在低渗储层中的应用遇到了很大的挑战。本文通过数值模拟和现场资料分析了电缆地层测试在不同渗透性储层中的压力响应和抽吸流体的时间,指出在低渗储层中压降幅度大,压力恢复和抽吸地层流体的时间变长,容易造成预测试失败和仪器卡在井下的危险,阐明了在低渗储层中仪器的管储效应明显,地层容易出现超压现象。针对电缆地层测试在低渗透储层遇到的各种问题,本文在数据处理方面分析了FRA算法(Formation Rate Analysis)原理,探讨了其在低渗储层的适用性。在仪器选择上分析了大面积坐封胶垫探针(LAPA)和双封隔器模块在低渗储层的应用效果,同时指出精密数字泵抽技术是其成功应用于低渗储层的关键。     

基于岩石物理模板的孔隙度非敏感流体因子构建方法及应用

流体因子是一种指示储层含流体特征的常用工具,在储层流体识别中发挥着重要作用.现有的大多数流体因子除了反映孔隙流体性质以外还与孔隙度密切相关,对同一储层的高孔和低孔区域具有不同的流体敏感性,可能造成非均质储层的流体识别假象.本文提出一种消除孔隙度影响的流体因子,并将其应用于非均质储层流体识别.首先根据研究区地质特征选择并校准岩石物理模型,以此为基础优选横波阻抗I_S和饱和岩石体积模量与剪切模量之比K_(sat)/μ_(sat)构建能够分离岩石骨架和孔隙流体性质的I_S-K_(sat)/μ_(sat)岩石物理模板;而后通过对数域多项式拟合和归一化的方式构建孔隙度非敏感流体因子PINF(Porosity-Insensitive Normalized Fluid Factor).最后将本文提出的流体因子应用于苏里格气田非均质储层流体识别,实际测井和地震资料测试结果表明该流体因子的预测结果与测井解释结果相符,在同一储层段的高孔和低孔区域均显现出较好的应用效果,适用于非均质储层流体识别.     

低电阻率油气层物理参数变化机理研究

研究了淡水环境下富含粘土矿物、细颗粒砂岩低电阻率油气层. 分析了粘土的附加导电性,认为粘土质量百分数高且富含伊利石和蒙脱石的地层中,若地层水质量浓度小于15g/L等效NaCl盐溶液时,粘土的附加导电性是造成油气层电阻率低的首要原因. 同时分析了细颗粒、粘土质量百分数不高的储层,高的毛细管压力使束缚水饱和度很高,同样能形成低电阻率油气层. 储层中粘土质量百分数的多少对储层岩石电性特征(I-Sw曲线形态)有重要影响,可用于指导测井资料解释模型的选择.     

岩石电学性质实验研究方向展望

分析了岩心电性实验的内涵,介绍了油藏条件下岩石电学性质的研究现状以及对岩心电性实验方法的冲击.结合目前对不同地层特性岩石的电学性质的认识,就复杂储层评价的岩心电性实验方法、岩心电性实验技术装备、岩心电性实验技术规范化、岩心数值实验方法等方面对岩心电性实验的研究方向做了展望,认为：①岩心电性实验方法应立足于储层岩石的岩性、物性、孔隙结构、非均质性等地层特性;②系统地模拟和控制储层的温度、压力、润湿性条件、毛管与电性平衡等油藏条件,并使各种相关技术规范化,是其发展的必然趋势;③岩心数值实验方法可能作为实验室岩心电性实验的辅助手段之一在储层含油性评价中发挥作用.     

鄂尔多斯盆地天然气有效储层识别与评价方法

针对鄂尔多斯盆地天然气勘探开发存在的问题,通过对测井资料及天然气测试资料的分析,建立适合识别天然气有效储层的测井响应特征归一化方法,以及根据测井资料重构天然气有效储层特征曲线的方法,探索了根据测井资料评价天然气产能的方法.本文还分析了目前常用的预测天然气产能方法存在的问题及实际应用中欠缺的条件,形成了以中子、声波、密度测井资料为基本特征参数,用自然伽马、自然电位或电阻率比值参数等作为约束条件的天然气有效储层识别技术及天然气产能评价方法,并对实际测井资料进行了处理.没有试图通过井径校正的方法将受井径扩大影响的曲线恢复到原始地层的响应状态,而是通过极值变化消除井径扩大对声波、密度测井资料在天然气有效储层识别及天然气产能评价方面应用的影响.     

致密储层岩石应力各向异性与材料各向异性的实验研究

本文在实验室中对四组来自不同地区的致密砂岩和页岩的波速和波速各向异性开展了研究.结合扫描电镜分析和波速应力敏感性测试,分析了引起致密砂岩和页岩各向异性的主要影响因素及规律.研究结果:(1)层理和微裂隙是引起致密砂岩各向异性的主要影响因素,而页岩的各向异性主要由定向发育的矿物成分导致,本研究中所用的致密砂岩各向异性强于页岩的各向异性.(2)平行地层方向的岩石波速高于垂直地层方向的岩石波速,超声波速随着应力增加而增加(3)波速各向异性随应力的变化分为两阶段,第一阶段随应力增加而减弱的应力各向异性,与定向排列的微裂隙相关.第二阶段随应力不再发生变化的材料各向异性,与基质中的矿物成分相关.(4)利用体积应变获得的裂隙孔隙度,以及矿物成分含量验证了这两类各向异性,应力各向异性与裂隙密度成正比,材料各向异性与黏土矿物含量线性相关.(5)根据波速各向异性随应力变化的两阶段,可以定量区分裂隙和基质(矿物)对岩石各向异性的影响,研究结果对体积压裂的裂缝扩展具有重要的意义.     

饱和水致密砂岩电学参数对有效应力变化的响应

致密砂岩气藏在开采时因地层能量衰竭导致有效应力增加,储层物性相应地发生变化,其电学参数也随之改变.以往在常规围压下进行的岩电实验,其结果包含了岩样微裂缝等因素对电阻率的贡献,获取的电学参数不能客观反映原地储层性质.本文以鄂尔多斯盆地上古生界二叠系典型致密砂岩气藏为研究对象,测定了不同有效应力下完全饱和地层水71块致密砂岩样品的电学参数.结果表明,岩样电阻率随有效应力增加而变大,且与常规砂岩相比,致密砂岩电学性质受有效应力影响更大;随有效应力增加,岩性系数a增大,地层胶结指数m减小,原地有效应力(25.86MPa)下a和m分别是常压(3.5MPa)下的2.7和0.7倍;高有效应力状态下,电阻率达到稳定值所需测试时间更长;电阻变化幅度直观表征了其骨架结构变形程度,也是致密砂岩应力敏感时间效应的直接体现.因此,应根据储层原地有效应力确定致密砂岩气藏的电学参数.     

有效应力变化对致密砂岩孔隙结构及弹性波响应的影响规律

致密砂岩气藏具有裂缝发育和有效应力高的特征,研究不同有效压力下孔、裂隙介质地震波传播特征,有利于地震解释与地下储层的识别.但是前人的研究较少考虑岩石内部微观孔隙结构特征与孔隙、裂隙间流体流动的关系.本文首先通过选取四川盆地典型致密砂岩岩样,在不同有效压力下对岩石样本进行超声波实验测量.然后基于实验测得的纵、横波速度进行裂隙参数反演,得到不同有效压力下致密砂岩样本的裂隙孔隙度.再将裂隙孔隙度和样本岩石物理参数代入双重孔隙介质模型,模拟得到不同有效压力下饱水致密砂岩样本纵横波速度频散和衰减的变化规律.结果表明模型预测的速度频散曲线与纵波速度实验测量结果能够较好的吻合.最后统计分析了致密砂岩裂隙参数,得到了致密砂岩储层裂隙参数随有效压力及孔隙度变化特征.依据实际岩石物理参数建立模型,其裂隙参数三维拟合结果能够较好描述致密砂岩裂隙结构与孔隙度、应力的关联,可为实际地震勘探中预测储层裂缝性质提供基础依据.     

致密砂岩气储层的岩石物理模型研究

根据鄂尔多斯盆地苏里格气田以往实测和新测的共17口井51块岩样超声波实验数据,得到304组不同孔隙度和不同含水饱和度下对应的纵横波速度、泊松比等弹性参数.重新优选计算体积模量和泊松比与含气饱和度的关系,表明苏里格气田上古生界二叠系石盒子组盒8致密砂岩储层的模型与Brie模型(e=2)相似度最高.由此建立的苏里格气田储层岩石物理模型,更好的表征了致密岩石储层物理参数随含气饱和度变化规律,为该区储层预测提供了理论依据.致密储层岩石物理模型研究成果应用于苏里格气田多波地震资料气水预测中,实际例子表明该模型适用于该区的储层和含气性预测,并取得了较好的效果.     

阿尔奇公式的适用性分析及其拓展

阿尔奇年代的储层孔隙结构简单,岩石孔隙可以被实验电解质完全充填,随着油气田勘探开发的逐步深入,对储层孔隙结构复杂程度的认识更加深入.发现岩石孔隙不仅有有效孔隙,也有无效孔隙.不仅有效孔隙导电,无效孔隙也导电,某些岩石骨架同样也导电.如何去除无效孔隙和其他各类岩石附加导电现象的影响,正确评价有效孔隙的贡献往往令人困惑.笔者发现：通过岩石电阻率计算地层因数只是在没有岩石附加导电环境下的特殊应用,在更为普适的条件下,地层因数实质是借助岩石电阻变化率反映孔隙连通性的重要参数.与物理学位移、速度的关系类似,电阻率和电阻变化率之间同样有着密切关系.这一观点的提出为在复杂孔隙结构条件下评价储层孔隙有效性提供了手段.