火山岩高含CO2气藏渗透率应力敏感性研究

范照伟 杨胜来 王玉霞 邓 惠

（1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 102249；2.西南油气田分公司勘探开发研究院，四川 成都 610051）

相对于砂岩和碳酸盐岩气藏来说，目前国内外对于火山岩气藏的岩石物性、渗流特征的认识还不是很多［1-2］。深入了解火山岩储层的渗透率敏感性及气体渗流特征，对于研究气井的产能大小、影响因素及生产动态具有非常重要的意义［3-5］，同时这也是制定开发方案的基础。

大量实验和理论研究证明，对于低渗透油气藏这类变形介质油藏，其渗透率随有效覆压的变化符合幂函数关系［6］，指数由岩心实验可得。

1 实验步骤

实验过程是定流压、变有效覆压来测定不同有效覆压下的孔隙度变化。实验步骤如下：1）常温测量渗透率。根据达西定理计算渗透率，并外推求克氏渗透率。2）高温下测量渗透率。在实验前首先系统升温到140℃（油藏温度），待温度稳定后，再测量渗透率。高温下要准确计量温度和气体黏度。

实际操作中，分为2个过程：1）升有效覆压过程：逐步加大有效覆压值，增加过程控制在30 min以上，并测定每一有效覆压下岩样的有效渗透率。2）降低有效覆压过程：从最高有效覆压开始，逐步减小岩样有效覆压，减小的过程控制在足够长的时间，以保证岩石变形达到一定的平衡状态，测定每一有效覆压下岩样的有效渗透率。

2 实验结果分析

2.1 有效覆压与渗透率关系

选取长深1井区的岩心3、30，岩心267、217和岩心270、307三组岩样进行实验，岩样物性参数见表1。测量净有效覆压从2 MPa增大时各岩心的渗透率。

表1 岩心基本数据

岩心3、30和307的CO2气测渗透率与有效覆压的关系见图1—3（其他3块岩心规律类似）。

图1 岩心3渗透率随有效覆压变化曲线

图2 岩心30渗透率随有效覆压变化曲线

图3 岩心307渗透率随有效覆压变化曲线

首先通过拟合回归得出了渗透率与有效覆压的关系。若已知K0，则不同覆压下的渗透率计算方法为

若已知Kg，则不同有效覆压下的渗透率为

式中：pe为有效覆压，MPa；K0为初始有效覆压（2 MPa）下的地面渗透率，10-3μm2；K（p）为任一有效覆压 p 所对应的渗透率，10-3μm2；Kg为原始地层条件下（有效覆压约 40 MPa）的渗透率，10-3μm2。

可见火山岩的应力敏感性规律与其他低渗透油气藏类似。

从实验结果（6块岩心实测结果）可以看出，随着有效覆压的增加，岩心的渗透率逐渐减小；另外有效覆压增加越大，最终测出的渗透率越小。

在岩样受压初期（有效覆压低于20 MPa），渗透率随压力增加快速下降，应力敏感性较强；当净有效覆压增加到20 MPa以后，渗透率下降幅度明显减缓，应力敏感性明显减弱。

再讨论净有效覆压降低过程中渗透率的损害。通过计算，得到岩心3、30和307的渗透率损害率分别是8.6%，1.9%和28.8%。同样，从其各自对应的图中可以看出，当有效覆压降至低于10 MPa时，渗透率变化幅度最大，与有效覆压增加过程的实验结果相吻合。

这说明当有效压力降低后，岩样的渗透率有所恢复，但不能恢复到原始状态。这表明对所测岩样，实验过程中的压力变化会造成岩石变形，对储层的渗透性能造成伤害，渗透率产生一定的不可逆下降。

2.2 渗透率应力敏感性评价

研究过程中采用3种方法进行应力敏感性评价，分别是：归一化渗透率、渗透率损害率和渗透率伤害系数。这里主要列出采用归一化渗透率评价方法所得结果（见表 2）。

表2 不同岩心在不同有效覆压下的归一化渗透率

由表2可以看出，相对于地面条件下（有效覆压2 MPa）的渗透率，归一化渗透率平均值的范围为1～0.12。在有效覆压20 MPa范围内，归一化渗透率为0.573（介于0.4～0.7）。因此判断该气藏的应力敏感性属于中等。从整个气藏开发过程中的压力变化范围看，84 MPa有效覆压（气藏废弃压力）时，归一化渗透率为0.12，属于强应力敏感。

2.3 N2和CO2应力敏感性实验

从天然气、N2和CO2应力敏感性实验结果可以看出（见图4，同一颜色的分别为该气体升压和降压实验过程），相同的有效覆压下天然气和N2测的渗透率要比同一条件下的CO2测的渗透率高（升压和降压过程都是如此），这说明岩心与CO2的作用力要强于与天然气和N2的作用力。

由于该气藏CO2含量高，因此CO2的存在会加剧其应力敏感性；3种气体所作出的曲线都反映出在低有效覆压下渗透率变化较大；高有效覆压下渗透率变化不大，应力敏感性并不是非常强，即气藏开发初期的应力敏感性要明显强于开发后期。

图4 N2和CO2应力敏感性实验

3 结论

1）气藏开发初期的应力敏感性要明显强于开发后期，因此，在开发初期就要制定合理的工作制度。

2）在相同的有效覆压条件下，N2和天然气测的渗透率要比CO2测的渗透率高，说明岩心与CO2的作用力要强于与N2和天然气的作用力。由于该气藏CO2含量高，因此，CO2的存在会加剧气藏的应力敏感性。

3）火山岩岩心中的微裂缝在压力作用下易闭合，而这些裂缝闭合后在卸压过程中不易恢复张开，而且火山岩储层的孔隙结构复杂，如低渗储层孔道弯曲程度大而且连通性差，这些都导致了其应力敏感性较强。

［1］袁士义，冉启全，徐正顺.火山岩气藏高效开发策略研究［J］.石油学报，2007，28（1）：73-77.

Yuan Shiyi，Ran Qiquan，Xu Zhengshun.The research of effective development strategy on volcanic gas reservoir［J］.Acta Petrolei Sinica，2007，28（1）：73-77.

［2］陈元春，吴昌志，武毅.辽河盆地黄沙坨火山岩油藏开发实践［J］.新疆石油地质，2006，27（1）：71-75.Chen Yuanchun，Wu Changzhi，Wu Yi.Development of Huangshatuo volcanic reservoir in Liaohe Basin［J］.Xinjiang Petroleum Geology,2006，27（1）：71-75.

［3］汪子昊，李治平，赵志花.水平井产能影响因素综合分析［J］.断块油气田，2009，16（3）：58-61.

Wang Zihao，Li Zhiping，Zhao Zhihua.Analysis of influence factors on productivity of horizontal well［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2009，16（3）：58-61.

［4］任晓娟，张宁生，张喜凤，等.水相滞留对低渗气层渗透率的损害分析［J］.天然气工业，2004，24（11）：106-108.

Ren Xiaojuan，Zhang Ningsheng，Zhang Xifeng，et al.Damage of residual water on permeability of tight gas reservoir［J］.Natural Gas Industry，2004，24（11）：106-108.

［5］梁彬，李闽，曾繁华，等.致密气藏产能分析方法研究［J］.断块油气田，2005，12（1）：30-33.

Liang Bin，Li Min，Zeng Fanhua，et al.Study on the deliverability analysis of the tight gas reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2005，12（1）：30-33.

［6］杨胜来，王小强，汪德刚，等.异常高压气藏岩石应力敏感性实验与模型研究［J］.天然气工业，2005，25（2）：89-92.

Yang Shenglai，Wang Xiaoqiang，Wang Degang，et al.Experiment and model of rock stress sensitivity for abnormal high pressure gas reservoir［J］.Natural Gas Industry，2005，25（2）：89-92.