异常高压气藏应力敏感性及其对产能的影响

郭晶晶,张烈辉,涂 中

(1.西南石油大学,四川 成都 610500;2.中油西南油气田分公司,四川 遂宁 629000)

异常高压气藏应力敏感性及其对产能的影响

郭晶晶1,张烈辉1,涂 中2

(1.西南石油大学,四川 成都 610500;2.中油西南油气田分公司,四川 遂宁 629000)

针对异常高压气藏开发实践,利用气体稳定渗流理论,推导得到考虑异常高压气藏应力敏感性的产能方程,并对某异常高压气藏实例井的产能进行了预测,预测效果较好。本次研究提出的产能方程符合异常高压气藏的开发实际,具有重要的指导意义。

异常高压气藏;储层变形;应力敏感;产能

前 言

随着油气田开发的不断发展和深入,中国相继发现越来越多的异常高压气藏,如位于塔里木盆地的克拉 -2气藏和四川的磨溪嘉二气藏,并已投入开发。在异常高压气藏的开采过程中,随着气体的产出,地层压力不断降低,储层岩石承受的有效应力大幅度增加,引起储层岩石的明显变形,从而导致储层渗透率降低,进而影响气井的产能。异常高压气藏的开发实践和气井开发动态表明,储层的应力敏感对生产的影响不容忽视。研究异常高压气藏的应力敏感性及其对产能的影响对异常高压气藏的开发具有重要的指导作用。

1 应力敏感性

油气藏投产后,随着地层流体的不断采出,地层孔隙压力逐渐降低,岩石骨架所承受的有效上覆应力作用不断增大。由于孔隙为拱形结构,当孔隙壁表面岩石受到压缩应力的作用时,岩石颗粒间胶结物将产生一定的塑性变形,但颗粒间结构将会更稳定,具有较强的抗挤压能力,颗粒变形量较小。岩石孔隙度的大小主要取决于孔隙体的体积。在有效应力的作用下,孔隙体体积变化不大,因此,孔隙度变化也不大。与孔隙体结构相反,孔道结构为反拱形结构,在有效应力作用下,孔道壁表面层岩石受到拉伸,岩石颗粒间胶结物极易变形 (尤其是泥质含量较高的岩石),使得岩石更加疏松,颗粒间结构更加不稳定。当应力迅速增加时,胶结物将产生较大的变形,孔道直径会急剧减小,甚至闭合[1-4]。岩石渗透率主要受孔道半径大小制约,孔道半径的减小和部分孔道的闭合会使岩石渗透率显著降低,即所谓的储层岩石应力敏感性伤害[5-7]。

近年来,国内的许多研究者,如李传亮、杨胜来、张新红、秦积舜[8-11]等,均在油气储层的应力敏感方面做了不少的实验研究,并且得到岩心渗透率随有效应力的变化关系式。其中,渗透率随有效应力变化的指数关系式为:

式中:K0为储层基础渗透率,μm2;K为有效应力 p下的渗透率,μm2;p为压力,MPa;pr为平均地层压力,MPa;α为应力敏感系数,MPa-1。

式 (1)中,α由实验数据获得,其物理意义为压力下降一定数值时渗透率的损失百分数。α越大,应力敏感性越强。当α=0时,即不存在应力敏感,此时 K为常数,且等于地面条件下的渗透率值。

相应的储层渗透率应力敏感程度通常用渗透率伤害率来评价,其定义如下:

式中:DK为渗透率伤害率,%。

当 DK≤0.3时,储层为弱应力敏感;当 0.3＜DK＜0.7时,储层为中等应力敏感;当 DK≥0.7时,储层为强应力敏感。

2 产能方程推导

设有一水平均质各向同性圆形等厚地层,中心有一口井以定产量生产,气体渗流为平面径向渗流且服从线性渗流规律,此时达西方程可以表示为:

考虑到地层伤害引起的表皮因子及非达西流动效应,可求出考虑渗透率应力敏感性的稳态渗流产能公式:

3 实例分析

3.1 渗透率应力敏感系数的确定

采用拟三轴应力岩心夹持器测定该井取样岩心在不同有效覆压下的渗透率,得到每块岩心的渗透率与有效覆压的数据 (表 1)。

表 1 渗透率应力敏感实验数据

对测定数据采用指数函数进行拟合 (图 1),得到岩心渗透率随有效覆压的变化规律:

图 1 渗透率应力敏感拟合曲线

根据渗透率伤害率的定义,可计算出不同有效应力条件下该储层岩石的渗透率伤害率(表 2)。

表 2 渗透率伤害率评价结果

计算结果表明,该气藏存在渗透率应力敏感,应力敏感程度为中等。

3.2 应力敏感对气井产能的影响

在不考虑储层渗透率敏感性条件下,由试井数据可计算出该井的无阻流量为 22.406×104m3/d。不考虑地层伤害,利用本文推导出的考虑渗透率应力敏感性条件下的产能计算公式 (7)计算产能,得到该井的无阻流量为 15.78×104m3/d,约为不考虑渗透率应力敏感时所计算出的无阻流量的70.43%。

同时,改变应力敏感系数 ,通过式 (7)可得到不同应力敏感系数时的气井产能 (图 2)。从图 2可看出,α值大小对无阻流量大小有较大的影响。随着α的增加,qAOF降低。即应力敏感性对产能有较大的影响,敏感性增强,则产能明显降低。

图 2 不同应力敏感条件下 IPR曲线

4 结论及建议

(1)异常高压气藏开采过程中,随着地层流体的不断采出,岩石受到的有效应力大幅度增加,从而导致储层的渗透率下降,即异常高压气藏存在渗透率应力敏感性。

(2)渗透率应力敏感性的存在对异常高压气藏的产能有较大的影响,随着敏感性的增强,产能明显降低。在不同的应力敏感系数条件下,气井产能降低程度不同。

(3)实际生产中,对低渗气井应确定合理的生产压差,使气井长期保持高产和稳产。

[1]王秀娟,赵永胜,等.低渗透储层应力敏感性与产能物性下限[J].石油与天然气地质,2003,24(2):162-165.

[2]向阳,向丹.致密砂岩气藏应力敏感的全模拟实验研究[J].成都理工大学学报,2002,29(6):617-619.

[3]张浩,康毅力,陈一健,等.岩石组分和裂缝对致密砂岩应力敏感性影响[J].天然气工业,2004,24(7):55-57.

[4]林光荣,刘学刚,等.应力变化对低渗储层两相渗流规律的影响[J].特种油气藏,2008,15(1):43-45.

[5]张新红,秦积舜.低渗岩心物性参数与应力关系的试验研究[J].石油大学学报:自然科学版,2001,25(4):56-60.

[6]王胜利.压力敏感性对深层低渗储层伤害特征研究[J].西部探矿工程,2004,16(7):59-60.

[7]石玉江,孙小平.长庆致密碎屑岩储集层应力敏感性分析[J].石油勘探与开发,2001,28(5):85-87.

[8]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.

[9]杨胜来.异常高压气藏岩石应力敏感性及其对产能的影响[J].天然气工业,2005,25(5):94-95.

[10]秦积舜,张新红.变应力条件下低渗透储层近井地带渗流模型[J].石油钻采工艺,2001,23(5):41-44.

[11]秦积舜.变围压条件下低渗砂岩储层渗透率变化规律研究[J].西安石油学院学报,2002,17(4):28-31.

Stress sensitivity and its influence on productivity in gas reservoirs with abnormally high pressure

GUO Jing-jing1,ZHANGLie-hui1,TU Zhong2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan610500,China;
2.Southwest O il&Gas Field Com pany,PetroChina,Suining,Sichuan629000,China)

A deliverability equation is derived for gas reservoirswith abnor mally high pressure with consideration of stress sensitivity based on steady percolation theory.The deliverability of a case well is predicted with the equation and the result is preferable.This deliverability equation confor ms to the practical recovery process of gas reservoirs with abnormally high pressure and has a guiding significance.

gas reservoirwith abnormally high pressure;reservoir deformation;stress sensitivity;deliverability

TE33

A

1006-6535(2010)02-0079-03

20090914;改回日期20100111

教育部博士点基金项目“低渗透油气藏非线性渗流机理研究”(20040615004)、国家“973”课题“CO2驱油过程中的油藏工程与集输工艺技术”(2006CB705808)

郭晶晶 (1986-),女,2008年毕业于西南石油大学石油工程专业,现为该校在读硕士研究生,主要研究方向为油气藏渗流及数值模拟等。

编辑 姜 岭