金页1井储层岩石应力敏感研究

谢雅西，蔡立峰，吴颖惠，罗然，刘建军

（1.成都理工大学能源学院，四川成都610059；2.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，陕西西安710021；3.中国石油长庆油田分公司第四采气厂，陕西西安710021）

金页1井储层岩石应力敏感研究

谢雅西1，蔡立峰2，吴颖惠2，罗然3，刘建军2

（1.成都理工大学能源学院，四川成都610059；2.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，陕西西安710021；3.中国石油长庆油田分公司第四采气厂，陕西西安710021）

低渗储层已成为当前最具研究价值的课题，由于低渗储层对应力变化十分敏感，所以对低渗储层应力敏感性研究对成功开采这类储层具有深远意义。应力变化的响应在页岩储层中尤为明显，可以明显观测到岩石渗透率随有效应力的增加而降低，呈非线性关系。实验利用应力敏感实验装置，测定其在不同围压下的渗透率，实验表明，渗透率随围压增大下降幅度先急剧增大而后趋于平缓，围压减小后渗透率未能完全恢复，裂缝发生非弹性形变。对于页岩储层来说，开采过程中应该注意储层应力场的变化，尽量降低其对储层渗透率及储层产能的影响程度。

金页1井；页岩储层；实验评价；应力敏感指数

油气储层的应力敏感特征是客观存在的，它对于储层的影响也是不可忽略的，国内外也早有针对这一问题的文献报道。随着低渗储层逐渐走入人们的视野中，成为油气开发的重点研究对象，由于低渗储层对于应力变化十分敏感，所以对于应力敏感的研究也就成为了当今石油科技研究的重要内容之一。

早在1943年，国外就已经开始对于应力敏感性有了初步的研究，在1990-1999年间进入了相关研究的高峰期，而国内在1995年开始在此方面有研究。李传亮等［1］认为储层岩石对应力的敏感存在两种机制。即由于本体变形和结构变形而引起的两种敏感。张琰等［2］认为应力敏感性只存在于低渗气藏中，它与含水饱和度呈正比关系。应力敏感对于各作业环节和维持储层压力都具有十分重要的影响，敏感程度越高伤害也就越大。肖曾利等［3］认为应该分别从裂缝和孔隙这两方面来研究，他认为裂缝比孔隙具有更强的应力敏感性，且损害后的恢复也是更为困难的。本文将选取金页1井页岩岩心作为研究对象，对16组页岩岩心渗透率的应力敏感性进行分析评价，得到金页1井页岩应力敏感指数。

1　金页1井储层概况

金页1井是一口位于四川盆地川西南坳陷威远构造南西斜坡的预探井，其目的层为寒武系筇竹寺页岩层系，设计井深3 940 m。工区筇竹寺组泥页岩累计厚度160 m～350 m，其中工区东部泥页岩厚度较大，主要集中在260 m～350 m。裂缝较为发育，以水平缝为主，少量垂直缝及溶洞，方解石、黄铁矿充填。

筇竹寺组页岩中基质孔隙以纳米-微米级孔隙为主，孔隙直径一般小于2 μm，孔隙度为0.82%～4.68%，平均为2.27%；渗透率为0.006×103μm2～0.158×103μm2，平均为0.046×103μm2。由此可以判断出，研究区内筇竹寺组页岩具备很好的储集能力［4］。

2　应力敏感性实验设计

本实验选取16组金页1井岩心进行测试，采用气测渗透率方法，以气体作为流体介质，测试在不同围压下，测试样品的渗透率［5］，测试程序（见图1）。

图1　岩石气体渗透率测试流程图Fig.1 Flow chart of gas permeability test of rock

连接好实验装置，岩心放入夹持器中，加围压3 MPa，始终保持围压值大于岩心进口压力1.5 MPa～2.0 MPa；选定不超过1.5 mL/min的氮气流速的进口压力，保持进口压力值不变，缓慢增加围压，使净围压依次为3 MPa，5 MPa，10 MPa，15 MPa，25 MPa，35 MPa，45 MPa；每一个压力点持续30 min后，按规定间隔测量压力、流量、时间及温度，待流动状态趋于稳定后，记录检测数据，计算渗透率；缓慢减小围压，压力依次减小，每一个压力点稳定后测定其渗透率。

计算应力敏感系数Ss，评价应力敏感程度，参见公式（1）：

式中：σ*－初始有效值，对应渗透率值记为K*；σ'－各有效应力，对应渗透率值记为K；Ss－斜率，称应力敏感系数（见表1）。

表1　应力敏感程度评价标准Tab.1 Evaluation criteria of stress sensitivity

3　实验结果分析与评价

3.1岩心A实验结果分析

岩心A所处层位为筇竹寺组，长度为5.179 cm，直径为2.524 cm，孔隙度为1.57%，平均渗透率为0.000 898×10-3μm2。做出渗透率随围压变化的应力敏感测试曲线，并做出渗透率随有效应力单对数图（见图2，图3）。

图2　岩样A应力敏感曲线图Fig.2 A rock stress sensitivity curve

图3　岩样A渗透率随有效应力单对数关系图Fig.3 A rock permeability and effective stress of single logarithmic diagram

从图3中可以看出，在加压过程中，岩样A的应力敏感性系数为0.47，属于中等渗透率应力敏感程度；回压过程中，岩样A的应力敏感性系数为0.16，属于弱渗透率应力敏感程度。

3.2岩心B实验结果分析

岩心B所处层位为筇竹寺组，长度为5.209 cm，直径为2.522 cm，孔隙度为1.94%，平均渗透率为0.256 78 ×10-3μm2。做出渗透率随围压变化的应力敏感测试曲线，并做出渗透率随有效应力单对数图（见图4，图5）。

图4　岩样B应力敏感曲线Fig.4 B rock stress sensitivity curve

图5　岩样B渗透率随有效应力单对数关系图Fig.5 B rock permeability and effective stress of single logarithmic diagram

从图5中可以看出，在加压过程中，岩样B的应力敏感性系数为0.38，属于中等渗透率应力敏感程度；回压过程中，岩样B的应力敏感性系数为0.08，属于弱渗透率应力敏感程度。

3.3岩心C实验结果分析

岩心C所处层位为筇竹寺组，长度为5.295 cm，直径为2.516 cm，孔隙度为2.04%，平均渗透率为0.000 078 ×10-3μm2。做出渗透率随围压变化的应力敏感测试曲线，并做出渗透率随有效应力单对数图（见图6，图7）。

从图7中可以看出，在加压过程中，岩样C的应力敏感性系数为0.34，属于中等渗透率应力敏感程度；回压过程中，岩样C的应力敏感性系数为0.09，属于弱渗

透率应力敏感程度。

图6　岩样C应力敏感曲线Fig.6 C rock stress sensitivity curve

图7　岩样C渗透率随有效应力单对数关系图Fig.7 C rock permeability and effective stress of single logarithmic diagram

3.4岩心实验结果评价

本次实验对金页1井16组岩心进行了测试，根据应力敏感图分析得出，在初始增加围压时，渗透率快速下降，应力敏感非常明显；随着围压的不断增大，渗透率下降明显减缓，说明在初始增加围压时，裂缝发生了严重变形，导致渗流通道严重减小，在之后的加压过程中裂缝可发生变形的空间非常小。

在回压过程中，渗透率未能完全恢复至初始渗透率，裂缝发生非弹性形变，其损害是不可逆的。由应力敏感曲线可以看出，岩心在回压过程中应力敏感系数明显降低，说明储层岩石并非越致密其应力敏感性越强。岩石在加压过程中，裂缝形态发生了严重挤压变形，其可压缩空间已非常之小，所以在回压过程中，岩石渗透率几乎只能恢复到初始渗透率的50%以下，有些甚至只能恢复到百分之几。

根据对16块实验岩心分析，可以预测金页1井储层岩石应力敏感系数为0.57，属于中等应力敏感程度。

4　应力敏感对渗透率影响

将渗透率与围压进行指数关系拟合（见图8）。

图8　渗透率与围压指数关系曲线Fig.8 Relationship between permeability and confining pressure

拟合得到的关系式为：

又因为k0=0.000 28≈0.000，所以可以将式（2）简化为：

式中：k-渗透率，10-3μm2；k0-原始渗透率，10-3μm2；pg－原始地层压力，MPa。

根据实验数据，可通过拟合得到，金页1井平均应力敏感指数为0.116。

5　结论

（1）金页1井页岩储层岩样应力敏感系数为0.57，属中等应力敏感程度。回压过程中，应力敏感系数有明显的减小。压力在5 MPa～15 MPa期间，渗透率急剧下降，应力敏感程度强，其后逐渐趋于平缓。

（2）金页1井平均应力敏感指数为0.116，在开采过程中，由于储层压力系统被打破，造成孔隙喉道发生变形而产生的堵塞是应力敏感对储层渗透率损害的主要机理。

［1］李传亮，涂兴万.储层岩石的两种应力敏感机制-应力敏感有利于驱油［J］.岩性油气藏，2008，（3）：36-38.

［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，（12）：23-26.

［3］肖曾利，蒲春生，秦文龙.低渗砂岩油藏压力敏感性实验［J］.断块油气田，2008，（3）：22-25.

［4］孟宪武，田景春，张翔，等.川西南井研地区筇竹寺组页岩气特征［J］.矿物岩石，2014，34（2）：96-105.

［5］杜鑫，蔺美丽.储层敏感性评价试验［J］.石油化工应用，2011，30（6）：36-38.

The study on reservoir rock stress sensitivity of Jinye 1st well

XIE Yaxi1，CAI Lifeng2，WU Yinghui2，LUO Ran3，LIU Jianjun2
（1.Energy Institute of Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；2.Gas Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710021，China；3.Gas Production Plant 4 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710021，China）

Low permeable reservoir has already become a task with most research value.Because low permeable reservoir is extremely sensitive to variation of stresses，it has far-reaching significance to study stress sensitivity of low permeable reservoir on successful exploitation of this reservoir.Response to variation of stress is extremely obvious in shale reservoir. It can be clearly observed that shale permeability will be reduced with the increase of effective stress and present non-linear relationship.By using experimental facility of stress sensitivity，measures permeability under different confining pressures.The experiment shows that with the increase of confining pressures，permeability is firstly dramatically and then tends to be gentle gradually.After reducing confining pressures，permeability can't recover completely.Fissure appears non-elastic deformation.For shale reservoir，it should pay attention to variation of reservoir stress and try to reduce its influences on reservoir permeability andreservoir production capacity.

Jinye 1st well；shale reservoir；experimental evaluation；stress sensitivity index

TE312

A

1673-5285（2016）10-0029-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.007

2016－07-27

谢雅西，女（1991-），2015年毕业于成都理工大学石油工程专业，工学学士，现为成都理工大学能源学院油气田开发工程专业硕士研究生，邮箱：872974066@qq.com。