裂缝贯穿程度对致密砂岩应力敏感性影响研究

刘逸盛 李 军 车星祥 张天宇

（成都理工大学能源学院，四川 成都 610059）

裂缝贯穿程度对致密砂岩应力敏感性影响研究

刘逸盛 李 军 车星祥 张天宇

（成都理工大学能源学院，四川 成都 610059）

致密砂岩气藏开采过程中，裂缝贯穿程度直接影响储层渗透率和流体渗流规律，从而影响产量的高低。为了研究裂缝贯穿程度对致密砂岩应力敏感性的影响规律，使用安鹏深层储层岩心，以陶粒为支撑剂，进行了应力敏感实验。结果表明：随着围压上升，裂缝未贯穿岩心渗透率变化幅度最小，孔隙型岩心次之，裂缝贯穿岩心渗透率变化最大；孔隙型岩心临界压力较小，而裂缝贯穿岩心较大；孔隙型岩心和裂缝贯穿岩心应力敏感损害率较高，且裂缝贯穿岩心加砂后不可逆应力敏感损害率明显高于孔隙型岩心的损害率；而未贯穿岩心无论是否加砂，其应力敏感损害率均较小。因此在生产过程中，根据储层裂缝贯穿程度，确定合理的应力波动范围，以避免应力敏感损害储层渗透率。同时，应考虑应力对填砂裂缝渗透率的损害。

裂缝贯穿程度；致密砂岩；应力敏感

致密气资源潜力巨大，为中国清洁能源供应方面发挥着越来越重要的作用。致密砂岩气藏储层存在着较强的应力敏感性，国内学者建立了多种砂岩应力敏感实验评价方法[1-3]，也分析了岩石组分、裂缝、温度、含水饱和度和施压次数等影响应力敏感性的因素[4-5]。针对裂缝这一影响因素，有学者对基质、裂缝、填砂裂缝等不同岩心应力敏感性进行了研究[6-7]，但对于裂缝贯穿程度对致密砂岩应力敏感性影响的研究较少。

实验选用安鹏深层第三系核桃园组储层岩心，对裂缝未贯穿岩心、裂缝完全贯穿岩心及填砂裂缝岩心进行应力敏感实验。

1 实验部分

1.1 实验材料与准备

在实际制备岩样（图1）的过程中，选取裂缝不贯穿的长岩心，将其截取为两段（图2，图3），一个裂缝未贯穿岩心，一个裂缝完全贯穿岩心。这样也减小了岩心非均质性对实验结果的影响。实验使用氮气作为测试流体，因石英砂在高围压下易破碎，所以选用陶粒作为支撑剂。

图1 岩样制备示意图

图2 裂缝未贯穿岩心

图3 裂缝完全贯穿岩心

1.2 实验设计与计算

参考石油天然气行业标准《SYT5358-2010》进行实验设计。设定进气口压力为1MPa，选取1.5MPa、2.5MPa、3.5MPa、5MPa、7MPa、9MPa、11MPa、15MPa、20MPa、26MPa、35MPa等11个围压点测试渗透率。

围压增加过程与降低过程中不同围压下岩心渗透率变化率Dstn、Dstn

计算公式为

式中：Dstn——应力敏感损害率；

Ki——初始净压力岩心渗透率，10-3μm2；Kn——不同净压力岩心渗透率，10-3μm2。应力敏感性损害评价指标见表1

表1 应力敏感性损害程度评价表

2 实验结果分析

2.1 临界压力及渗透率变化分析

图4 9号孔隙型岩心

图5 20号孔隙型岩心

图6 13-1号裂缝未贯穿岩心

图7 13-1号裂缝未贯穿岩心

图8 13-2号裂缝贯穿岩心

图9 13-2号裂缝贯穿岩心

从渗透率的变化趋势看，裂缝贯穿岩心随围压上升渗透率的变化幅度最大，孔隙型岩心次之，裂缝未贯穿岩心最小。说明裂缝贯穿岩心的渗透率主要由裂缝决定，围压的上升导致裂缝逐渐闭合，从而岩心渗透率大幅下降。裂缝未贯穿岩心的渗透率和其他两类相比，更接近孔隙型岩心，说明它的渗透率主要由基质主导。但是随着围压上升，它的变化规律又区别于后者，这主要是源于未贯穿岩心的裂缝在增压过程中始终无法完全闭合，一定程度上弥补基质岩块的渗透率的伤害。

由上图可知孔隙型岩心的临界压力（5～7MPa）小于裂缝贯穿岩心的临界压力（9～10MPa）。结合渗透率变化趋势，尽管围压上升对裂缝贯穿岩心的渗透率伤害幅度更大，即应力敏感损害率更高，但孔隙型岩心的临界压力更小，即孔隙型岩心只需较小的压差，其渗透率的伤害就会趋于稳定，从而最终的应力敏感伤害率较小。

同时，由图8、图9可知，无论裂缝填砂与否，其临界压力都在9-10MPa之间。说明裂缝是否充填对岩心的临界压力没有太大影响，岩石类型才是影响临界压力的主要因素。

2.2 应力敏感损害分析

根据表2，孔隙型岩心与裂缝贯穿岩心应力敏感损害率较高。35MPa时孔隙型岩心损害率为82.89%与87.08%，裂缝贯穿岩心损害率为88.57%，而加入支撑剂后损害率达到94.23%，说明孔隙型岩心应力敏感程度总体低于裂缝贯穿岩心，且裂缝贯穿岩心加砂后因支撑剂嵌入、破碎等导致不可逆损害率增加。裂缝贯穿岩心不可逆应力敏感损害率达到79.97%、92.43%（填砂），明显高于孔隙型岩心的损害率62.99%与63.35%，更大幅高于裂缝未贯穿岩心损害率。且裂缝填砂后，应力敏感损害率与不可逆恢复率均变大，因此在压裂增产过程中应考虑应力对填砂裂缝渗透率的损害。

表2 应力敏感性损害率

裂缝未贯穿岩心无论是否填砂，其应力敏感损害率均较小，总体大幅低于孔隙型与裂缝贯穿岩心。而根据表2，孔隙型岩心与裂缝贯穿岩心均有明显的应力敏感性，且裂缝贯穿型大于孔隙型。说明在围压变化过程中，应力先对裂缝段渗透率产生影响，然后才对基质段渗透率产生影响。

说明裂缝不贯穿岩心的渗透率主要受基质的影响，也就是说在双重介质油藏中，渗透率主要受基质的影响。未贯穿岩心的裂缝对渗透率有一定的影响，由于不贯穿缝岩心中有全基质面，当流体流出全基质面后进入裂缝面，则裂缝起到了很大的导流作用。因此裂缝对不贯穿缝的渗透率有一定的影响。

3 结论

3.1 随围压上升，裂缝贯穿岩心渗透率变化幅度最大，孔隙型岩心次之，裂缝未贯穿岩心渗透率变化幅度最小。

3.2 孔隙型岩心临界压力在5～7MPa之间，小于裂缝贯穿岩心的9～10MPa，从而孔隙型岩心只需要较小的压差，渗透率的变化就趋于稳定，而裂缝贯穿岩心的渗透率变化则处于一个更大的压差范围内。

3.3 孔隙型岩心与裂缝贯穿岩心应力敏感损害率更高。35MPa时孔隙型岩心损害率为82.89%与87.08%，裂缝贯穿岩心损害率为88.57%，裂缝贯穿岩心填砂损害率为94.26%，裂缝未贯穿岩心损害率为20.12%，裂缝未贯穿岩心填砂损害率为26.71%.

3.4 裂缝填砂后，应力敏感损害率与不可逆恢复率均变大，因此在压裂增产过程中应考虑应力对填砂裂缝渗透率的损害。

［1］周思宾，白玲.镇泾油田长8超低渗油藏应力敏感性实验研究［J］.石油地质与工程，2012，4（26）：110-112.

［2］张琰，崔迎春.低渗气藏应力敏感性及评价方法的研究［J］.现代地质，2001，15（4）：453-457.

［3］向阳，杜文博.致密砂岩气藏应力敏感的全模拟试验研究［J］.成都理工学院学报，2002，29（6）：617-620.

［4］李宁，张清秀.裂缝型碳酸盐岩应力敏感性评价室内实验方法研究［J］.天然气工业，2000，20（3）：30-33.

［5］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.

［6］康毅力，张浩，陈一健，等.鄂尔多斯盆地大牛地气田致密砂岩气层应力敏感性综合研究［J］.天然气地球科学，2006，17 （3）：335-338.

［7］何健，康毅力，刘大伟，等.孔隙型与裂缝-孔隙型碳酸盐岩储层应力敏感研究［J］.钻采工艺，2005，28（2）：84-86.

The Stress Sensitivity Influence Study of the Extent of the fracture Penetration on the Tight Sandstone

Liu Yisheng Li Jun Che Xingxiang Zhang Tianyu
（School of Energy Resource，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059）

In the exploitation of tight sandstone gas reservoir,the extent of fracture penetration directly affects the reservoir permeability and the mechanism of the seepage flow,thus influencing its yield.With the aim of studying the effect law of different extent of fracture penetration on the stress sensitivity of tight sandstone,this study applies Anpeng reservoir core to conduct an experiment of stress sensitivity with ceramsite as the proppant.The results showed that with the increasing confining pressure,permeability of the core without fracture penetration had the smallest variation,pore type core took the second place,while permeability of fracture penetration core had the largest variation;critical pressure of pore type core was relatively small,yet that of fracture penetration core was high;pore type core and fracture penetration core had a higher damage rate of stress sensitivity,and for the fracture penetration core,after adding sand its irreversible damage rate of stress sensitivity was significantly higher than that of pore type core;but whether the sand was added or not,the damage rate of stress sensitivity for the core without fracture penetration was comparatively low.As a result,in the process of production,based on the extent of fracture penetration in reservoir,variation range of stress should be appropriately confirmed to avoid the damage of fracture permeability caused by stress sensitivity.Meanwhile,the damage of stress on sand filling fracture permeability should be taken into consideration.

extent of fracture penetration;tight sandstone;stress sensitivity

TE348

A

1003-5168（2015）03-150-4

2015-2-24

刘逸盛（1990.6-）,男.在读硕士.研究方向:油气藏工程及数值模拟。