镇泾油田长8超低渗油藏应力敏感性实验研究

周思宾，白 玲

（中国石化华北分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006）

镇泾油田长8超低渗油藏应力敏感性实验研究

周思宾，白 玲

（中国石化华北分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006）

用两种方法对鄂尔多斯盆地南部镇泾油田长8油藏砂岩进行了应力敏感实验，实验结果表明，渗透率随有效应力的变化而变化幅度较大，内压较大时，渗透率随围压的变化而变化幅度很大。应力敏感性评价采用了三种方法，其中，采用应力敏感指数法评价储层为弱应力敏感，此法符合实际生产过程，具有参考价值。

渗透率；应力敏感性；低渗致密砂岩；有效应力；应力敏感评价

镇泾油田构造上处于鄂尔多斯盆地西缘天环向斜的南段，地层平缓西倾，构造比较简单，局部发育宽幅度鼻状隆起。三叠系延长组长8层处于辫状河三角洲沉积体系发育的三角洲前缘上，储集砂体比较发育，平均孔隙度为10.8%，平均渗透率0.4×10－3μm2，原生残余粒间孔隙和次生溶蚀孔隙是该层最主要的孔隙类型，孔喉细小，连通性差，为一正常温压系统下的超低渗岩性油藏。

在超低渗油田开发过程中，是否存在应力敏感，对油井的产能和补充能量的时机有直接的影响，从而影响油井的井网部署，以及最终采收率。因此，油气田开发前认识清楚储层的应力敏感性至关重要［1－4］。

本文针对鄂尔多斯南部长8超低渗储层砂岩开展了两种应力敏感性实验，同时采用三种应力敏感评价方法评价了储层岩石的应力敏感性并进行了对比分析。

1 实验

1.1 实验装置及实验岩样

实验装置（见图1）主要由三部分组成。第一部分是进口压力表之前的所有实验装置，称为高压气源部分；第二部分是进口压力和出口压力之间的所有装置（包括实验岩样），称为实验的主体部分；第三部分出口压力表后面的所有装置，称为回压装置部分，主要是保持岩心内压不变，获取实验数据。实验流体采用的是氮气。

实验岩样（编号为HH12－9）渗透率为0.51×10－3μm2，孔隙度为10.16%，属于低孔超低渗致密砂岩，岩样以细粒岩屑长石砂岩为主，原生残余粒间孔隙和次生溶蚀孔隙是样品最主要的孔隙类型，为该区典型样品。

图1 实验装置

1.2 实验方案

本文岩样的应力敏感性实验按两种实验方案进行，实验流体为氮气。实验方案一是执行部颁标准SY／T5358－2002中的有效围压的应力敏感性评价实验，方案二是修正的析因设计。实验之前对岩心均进行了老化处理，因为老化处理是非常必要的，可以削弱滞后效应的影响。实验是在不同围压下降低和增加内压下进行的，共有三个内压循环，实验中的最高围压为51 MPa，最高内压为32 MPa，最小围压和内压分别是35 MPa和8 MPa。实验过程中内压不能超过围压。同时，采用稳态法获取实验数据，对每个点重复测试5次，取平均值作为该点的渗透率值。

1.3 方案一实验结果

图2、图3是依照方案一进行实验的结果图。图中的有效应力为围压与内压的简单差值，其中内压很小，可以视为零，图中反映了镇泾长8储层渗透率随有效应力的变化关系。由加载曲线可以看出，渗透率随着有效应力升高而降低，有效应力开始升高时渗透率下降很快，当达到一定值后，渗透率下降幅度逐渐变缓。这是因为岩石在开始受压时，较大的孔隙也逐渐随着压力增加而减小，直到岩石的性质变得更加稳定的时候，压力的增加将再很难引起喉道和孔隙的变形，此时渗透率下降的趋势逐渐缓慢；由卸载曲线可以看出，随着有效应力的降低而恢复，但是渗透率并不能恢复到原来所对应的大小；从同一样品相同有效应力大小下渗透率值来看，加载过程所测得的渗透率都大于卸载过程中的渗透率值，随有效应力的减小，这种现象越来越明显，这种现象往往被称为渗透率滞后效应。

图2 HH12－9升压过程渗透率与有效应力关系

图3 HH12－9降压过程渗透率与有效应力关系

同时，对实验数据进行回归分析可以发现乘幂关系式的拟合效果最好，即渗透率和有效应力的关系可以表述为：

加载：

卸载：

式中：k——渗透率，10－3μm2；σeff——有效应力，MPa。式（1）和式（2）的相关系数分别为0.9872和0.968。

1.4 方案二实验结果

实验结果表明（图4，图5）：渗透率随着围压的增加而降低，随着内压的增加而增加；在低围压时，渗透率受内压的影响相对较大，随围压的增加，内压对渗透率的影响变弱；内压大于25 MPa时，渗透率随内压的增加而增加的幅度较大，表现出了非线性的特征，低于25 MPa时，渗透率随内压的变化很小了，表现出线性的特征。基于镇泾长8储层的地层压力特征（内压未超过25 MPa），因此，在不同围压循环下，渗透率随内压的变化规律体现了一种线性的特征，这是数据分析的基础；同时，高围压下的渗透率随内压变化的两条曲线靠得较近，而油藏压力折算的围压处于实验的高围压的范围内，因此，分析数据时，采用高围压的渗透率随内压的变化关系曲线。

图4 HH12－9降压过程渗透率与内压关系

图5 HH12－9升压过程渗透率与内压关系

2 渗透率应力敏感性评价

结合上面应力敏感性实验的结果，下面采用三种敏感性评价方法进行应力敏感性评价。

（1）方法一：结合方案一卸载的实验数据，采用部颁标准SY／T5358－200的评价方法。该方法需要引入渗透率损害率的概念，其定义为：

式中：Dk——渗透率损害率，无因次；K1——加载过程中第一个应力点对应的岩样渗透率，10－3μm2；Kmin为达到临界应力后岩样渗透率的最小值，10－3μm2。

根据上述定义，计算得到岩样的渗透率损害率为74.3%，该岩样的应力敏感性为强应力敏感。

（2）方法二：应力敏感系数法是在方案一的基础上，通过式（4）对所测定的实验数据进行处理，得到岩心的应力敏感系数，然后根据表1的评价标准对岩心进行敏感程度评价。其表达式如下：

式中：K0、Ki——初始测试点和有效应力为σi时对应的样品渗透率，10－3μm2；σ0、σi——初始测试点和其他测试点的有效应力大小，MPa；Ss——渗透率应力敏感系数。

表1 应力敏感系数评价标准

应力敏感系数公式中，Ss为直线斜率的相反数。Ss越小，表明该样品的渗透率应力敏感性越弱，反之越强。样品加载时，渗透率应力敏感系数为0.15，根据应力敏感系数评价标准，为弱敏感。

（3）方法三：李传亮提出的应力敏感指数法［5］是基于方案二的试验数据进行评价，按照式（5）选取高围压（43MPa）条件下，孔隙流体压力由22MPa下降10MPa时的渗透率的变化值进行评价。

式中：SI——应力敏感指数，无因次；ki——原始地层条件下的渗透率，10－3μm2；k——某个地层条件下的渗透率，10－3μm2。按照李传亮的方法，当SI＜0.1时为弱应力敏感，当0.1≤SI≤0.3时为中等应力敏感，当SI＞0.3时为强应力敏感。

通过计算得到HH12－9岩样地层条件下应力敏感指数在为0.02，根据应力敏感性评价标准得到该低渗致密砂岩的应力敏感性为弱应力敏感。

综合三种评价方法的评价结果可以知道，行业标准法得到的敏感性最强，为强应力敏感。采用应力敏感系数法得到评价结果为弱应力敏感。方法三是最具参考价值的，因为该方法不同循环的内压是变化的，每个循环中的围压也是变化的，因此，可以得到一定围压下不同孔隙流体压力对应的渗透率值，这就得到了实际地层条件下围压不变而孔隙压力变化时的渗透率改变值，评价结果符合实际生产过程，因此认定该岩样为弱应力敏感（表2）。

表2 不同方法应力敏感性评价结果

3 结论

（1）按部颁标准开展的实验和评价表明，岩石为强应力敏感；基于应力敏感系数法评价的为弱应力敏感。

（2）按析因设计得到的实验结果，采用李传亮应力敏感指数法，评价储层岩石的应力敏感为弱应力敏感。该实验和评价方法符合实际生产过程，因此，建议用这一方法评价储层岩石的应力敏感性。

［1］ 何勇明，樊中海，孙尚如.低渗透储层渗流机理研究现状及展望［J］.石油地质与工程，2008，22（3）：5－7.

［2］ 欧阳传湘，张昕，承宁，等.低渗透储层气测与液测应力敏感性试验对比分析［J］.石油地质与工程，2011，25（4）：128－130.

［3］ 张新红，秦积舜.低渗岩心物性参数与应力关系的实验研究［J］.石油大学学报（自然科学版），2001，（4）：71－72，75.

［4］ 王秀娟，赵水胜，文武，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，（2）：64－68.

［5］ 李传亮.低渗透储层不存在强应力敏感［J］.石油钻采工艺，2005，（4）：64－66，95.

Zhengjing oilfield Chang 8 reservoir in south of Ordos basin is ultra low permeability lithologic reservoir，experiments have been carried out based on ministry standard and modified factorial design experiment.The experimental results show that the permeability changes a lot with the effective stress.Experimental data derived from modified factorial design show that when higher inner pressure is large，permeability change greatly with confining pressure.Three methods are evaluated based onstress sensitivity evaluation.For modified factorial design experiment scheme，sensitivity is weak by using the stress sensitivity coefficient method.This method is more consistent with the actual production process，therefore has more reference value.

110Chang 8ultra low permeable reservoir stress sensitivity lab experiment in Zhenjing oilfield

Zhou Sibin et al（North China Branch Company Exploration and Development Institute，Sinopec，Zhengzhou，Henan 450006）

permeability；stress sensitivity；low permeable tight sandstone；effective stress；stress sensitivity evaluation

TE312

A

1673－8217（2012）04－0110－03

2012－01－16；改回日期：2012－03－20

周思宾，工程师，1978年生，2003年毕业于中国地质大学（北京）石油工程专业，现从事石油工程地质研究工作。

中国石油化工股份公司科技部项目（P08042）。

吴官生