GM地区震旦系灯四气藏储层应力敏感性分析

陈 礼 邓 惠 陈 松 何亚彬 张皓虔

(1. 中国石油勘探开发研究院， 北京 100083； 2. 中国石油西南油气田分公司， 成都 610051)

储层应力敏感性，是指当储层岩石所受外力改变时，会出现孔喉通道变形、裂缝闭合或裂缝张开等现象，从而导致其渗透能力随之发生变化的特性。室内实验结果表明，深层气藏受高温高压因素的影响，在衰竭式开发过程中压力敏感性十分明显，从而导致储层岩石孔隙结构发生改变，影响开发效果[1-7]。深层气藏储层岩心高温高压下有效覆压与孔隙度、渗透率的变化关系，是一项重要的研究课题。四川盆地GM地区震旦系灯四气藏储层原始地层压力为56 MPa，地层温度为100 ℃，其储层主要岩石类型为颗粒云岩和藻云岩，以次生孔隙中的粒间溶孔、格架间溶孔、晶间溶孔为主要储集空间。本次研究将以GM地区灯四气藏储层为研究对象，通过模拟气藏覆压及改变流压的方式，测试灯四气藏储层各类型岩心的孔隙度及渗透率应力敏感性。

1 岩心孔隙度及渗透率应力敏感性实验

1.1 实验岩心

选取GM地区震旦系灯四气藏天然储层岩心为实验岩心，开展孔隙度、渗透率应力敏感性室内评价实验研究。岩心类型包括孔隙型、孔洞型、裂缝-孔洞型[8]。由于裂缝-孔洞型岩心在应力敏感试验中发生堵塞，因此仅针对孔隙型和孔洞型储层岩心进行研究。所选的6块岩心样品中，4#岩心为孔隙型，其余岩心为孔洞型。这两类岩心所在储层属于特低孔渗储层，其渗透率为0.02×10-6～ 260.00×10-6μm2，孔隙度为2.24%～6.21%。表1所示为实验岩心参数。孔隙型岩心的储集空间以孔隙为主，溶洞和孔道所占比例很小，储层物性较差；孔洞型岩心的储集空间主要为孔隙及溶蚀孔洞，其中孔隙为连续相，孔洞为分散相。孔洞的密度决定着岩心物性的优劣，对孔隙之间的沟通起到关键作用。若孔洞发育良好，将会在一定程度上增强储层的渗流能力。

1.2 实验装置

针对GM地区震旦系灯四气藏地层压力、地层温度均较高的特点，在本次应力敏感性实验中采用了TC180-高温高压岩心驱替装置。该装置的最高工作压力为180 MPa，最高工作温度为200 ℃，主要构成部分包括高压岩心夹持器、高压中间容器、流压泵、围压泵、气体流量计和气体增压系统等。图1所示为实验装置图。

1.3 实验步骤

本实验参照相关行业标准进行[9-10]。为了尽可能符合气田开发生产的实际情况，通过调节内压以改变岩心净上覆压力的方式进行岩心渗透率及孔隙度应力敏感性测试。

表1 实验岩心参数

1 — 高纯氮气瓶；2 — 流压泵；3 — 气体增压系统；4 — 高压中间容器；5 — 加热套；6 — 高压岩心夹持器；7 — 围压泵；8 — 压力传感器； 9 — 回压阀；10 — 气体流量计；11 — 回压泵

图1实验装置图

在此测试中，实验围压为135 MPa，实验流压为56 MPa，实验温度为 100 ℃。按照以下过程完成实验：

(1) 降孔隙压力(提升有效覆压)过程。每次以5 MPa的间隔逐级降低内压，增大净上覆压力，在每个净上覆压力点测量气体渗透率和孔隙度。

(2) 升孔隙压力(降低有效覆压)过程。每次以5 MPa的间隔逐级增加回压，降低净上覆有效应力，在每个净上覆压力点测量气体渗透率和孔隙度。

2 实验结果分析

2.1 储层渗透率应力敏感性实验结果分析

(1) 孔隙型岩心。以4#岩心为例，在降低孔隙压力(提升有效覆压)过程中，随着孔隙压力的降低(有效覆压的升高)，孔隙型岩心的渗透率逐渐下降。在有效覆压升至100 MPa时，渗透率达到最低值，后期略有上升。当废弃压力约10 MPa时，渗透率保持率为52.07%。在提升孔隙压力(注气恢复)的过程中，随着孔隙压力升高(有效覆压降低)，岩心渗透率呈上升趋势。当孔隙压力恢复至56 MPa时，渗透率保持率为58.59%。在一个完整的降升轮次中不可逆损害为41.41%，表明应力敏感性中等偏弱。图2所示为孔隙型岩心(4#岩心)渗透率随有效覆压变化曲线。

图2 孔隙型岩心(4#岩心)渗透率随有效覆压变化曲线

(2) 孔洞型岩心。以3#岩心为例，在降低孔隙压力的过程(采气过程)中，随着孔隙压力降低(有效覆压升高)，岩心渗透率呈逐渐下降趋势，下降速度均匀。当孔隙压力下降至15 MPa时，渗透率达到最低值。当废弃压力为10 MPa时，渗透率保持率为49.49%。在提升孔隙压力(注气恢复)的过程中，随着孔隙压力升高(有效覆压降低)，岩心渗透率整体呈上升趋势，上升速度较慢。孔隙压力从10 MPa恢复至56 MPa的过程中，渗透率有轻微波动。当孔隙压力恢复至56 MPa时，渗透率保持率为63.43%。在一个完整的降升轮次中，采气过程渗透率损失较大，充气过程中渗透率恢复能力中等，部分渗透率无法恢复。不可逆损害为36.47%，应力敏感性中等偏弱。图3所示为孔洞型岩心(3#岩心)渗透率随有效覆压变化曲线。

图3 孔洞型岩心(3#岩心)渗透率随有效覆压变化曲线

高温高压条件下的岩心渗透率应力敏感曲线实验结果显示，GM地区震旦系灯四气藏储层渗透率应力敏感性均属中等，大部分为中等偏弱。表2所示为降压过程中的岩心渗透率应力敏感性对比。由表2可看出，孔隙型岩心初始渗透率远低于孔洞型岩心，其应力敏感性强于大部分孔洞型岩心。孔洞型岩心的初始渗透率越大，应力敏感性越弱。

表2 降压过程中的岩心渗透率应力敏感对比

2.2 储层孔隙度应力敏感性实验结果分析

(1) 孔隙型岩心。以4#岩心为例，在采气过程中，随着孔隙压力的降低(有效覆压的升高)，孔隙型岩心孔隙度呈下降趋势，下降速度缓慢。当孔隙压力下降至10 MPa时，孔隙度达到第1次采气过程中的最低值,废弃压力约为10 MPa，孔隙度保持率为77.91%。在充气恢复过程中，随着孔隙压力的升高(有效覆压降低)，岩心孔隙度呈上升趋势，上升速度均匀但缓慢，当有效覆压降低至85 MPa(孔隙压力恢复至56 MPa)时，孔隙度保持率为85.06%。在一个完整轮次中，采气过程中的孔隙度损失较小，充气过程的孔隙度恢复能力为中等，存在部分孔隙度无法恢复的情况。不可逆损害约为14.94%，应力敏感性较弱。图4所示为孔隙型岩心(4#岩心)孔隙度随有效覆压变化曲线。

图4 孔隙型岩心(4#岩心)孔隙度随有效覆压变化曲线

(2) 孔洞型岩心。以3#岩心为例，在采气过程中，随着孔隙压力降低(有效覆压升高)，孔洞型岩心孔隙度呈下降趋势，下降速度非常缓慢。当孔隙压力下降至20 MPa时，孔隙度达到第1次采气过程中的最低值,废弃压力约为20 MPa，孔隙度保持率为84.02%。在充气恢复过程中，随着孔隙压力的升高(有效覆压的降低)，岩心孔隙度呈缓慢上升趋势，孔隙度损失较小。当有效覆压降低至85 MPa(孔隙压力恢复至56 MPa)时，孔隙度保持率为93.09%。在一个完整的孔隙压力降升轮次中，采气过程中的孔隙度损失很小，充气过程的孔隙度恢复能力中等，存在较小部分孔隙度无法恢复的情况。不可逆损害约为6.91%，应力敏感性弱。图5所示为孔洞型岩心(3#岩心)孔隙度随孔隙压力变化曲线。

图5 孔洞型号岩心(3#岩心)孔隙度随孔隙压力变化曲线

岩心的孔隙度随孔隙压力(有效覆压)发生变化。通过对比可知，在一个完整的采气和充气轮次中，孔隙度保持率平均为89.65%，伤害率平均为10.35%，孔隙度应力敏感性较弱。孔隙型岩心(4#岩心)的孔隙度恢复能力最弱，孔洞型岩心(7#岩心)的孔隙度恢复能力最强。表3所示为降压过程中的孔隙度应力敏感对比。

表3 降压过程中的孔隙度应力敏感对比

3 结 语

在本次研究中，模拟四川盆地安岳GM地区震旦系灯四气藏的高温高压条件，测试了储层不同类型岩心的孔隙度及渗透率应力敏感性。根据储层应力敏感性实验结果，认为GM地区震旦系灯四气藏储层的渗透率应力敏感性为中等或中等偏弱，孔隙度应力敏感相对较弱，且孔隙型岩心应力敏感性强于孔洞型岩心。在深层岩溶风化壳碳酸盐岩气藏开发过程中，应该采用合理的生产压差，减少储层应力敏感性伤害，确保该类气藏的高效开发。