浅析致密油渗流机理与体积压裂技术

张雨良

摘要：致密油气是世界上近20年来勘探、开发和研究的热点，致密油是非常规油气资源的一种，现在是比较火的一个概念，随着国民经济的高速发展，石油和天然气的需求量越来越大，开发和供应面临严峻挑战。常规石油储量的增长有一定的限度，新增储量品位下降，已开发油田都已进入开发中后期，油田递减严重，矛盾突出；对非常规油气资源需求迫切，本文重點介绍致密油，致密油是指以吸附或游离状态赋存于生油岩中，或与生油岩互层、紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集岩中，未经过大规模长距离运移的石油聚集，致密储层孔隙度φ<10%、基质覆压渗透率K<0.1mD、孔吼直径d<1um，致密油与常规油气资源渗流机理不同，所以致密油渗流机理的研究与针对性的开发技术显得尤为重要，体积压裂的概念也应运而生。

关键词：致密油；非常规油气资源；基质覆压渗透率；渗流机理；体积压裂

引言

由于致密油储层孔隙度和渗透率极低的地质特征，加上油藏压力系数低，致密油一般无自然产能，必须采用压裂技术进行储层改造。传统油气藏的水力压裂目的是造长缝，努力沟通远井地带的储层，增加泄流面积，从而将径向流改变为从地层到人工裂缝和从人工裂缝到井筒的近似双线性流，最终实现增产的目的。然而张应力主导形成双翼对称裂缝，压裂后仍然是基质向裂缝“长距离”的渗流模式，导致传统压裂无法有效开采致密油。在这个背景下，产生了体积压裂的理念，体积压裂理念的提出，颠覆了经典压裂理论，形成了现代压裂理论：除了张应力外，还有剪切、滑移、错断等复杂的力学行为，形成复杂的人工裂缝与天然裂缝的缝网系统以有效开采致密油。

1致密油渗流机理研究

致密油藏渗流环境复杂、孔喉狭小，使得储层渗透率很低，油水赖以流动的通道很细微，渗流阻力很大，液一固界面的相互作用力显著。同时，低渗透多孔介质的物性参数受上覆有效应力的影响较大，导致渗流规律产生某种程度的变化而偏离达西定律，呈现低速非线性渗流现象，而常规油气渗流机理为达西渗流。

1.1渗流主要通道为微纳米级孔隙

致密储层渗流的主要通道为微纳米级孔隙。在微纳尺度下多孔介质的比表面大，孔隙壁面与其附近流体的相互作用强，基质与流体之间的微观作用力必然会对流体的渗流规律产生影响。国内外多位研究者的试验结果也证实经典的达西定律难以适用。

1.2微纳通道固液作用机理

在常规孔隙流动中，液体的黏性起因于分子间的吸引力，分子间吸引力越大，黏性越大，所以黏性与分子间吸引力成正比，在温度压力一定的条件下，黏度一般为常数；而在微纳通道中，黏性由两部分组成，一部分是液体的常规黏度，另一部分是由固壁和液体分子相互作用所导致的附加黏度，进一步增加了渗流阻力。

1.3启动压力梯度研究

在中高渗透储层多孔介质中，由于孔隙孔道直径大，吸附滞留层的影响可以忽略，在渗流规律上表现为线性达西流，而在致密储层多孔介质中，孔隙孔道直径异常细小，启动压力梯度现象是致密油藏渗流区别于常规油藏渗流的主要差异，启动压力梯度受原油黏度、有效围压和岩石润湿性的影响。在相似孔隙结构的储层中，渗透率一定的情况下，原油黏度越高，岩心测得的启动压力梯度就越大。压力敏感：岩石受到的上覆压力增大，会使岩石颗粒间胶结物受挤压缩，孔隙体积和喉道半径减小，岩石颗粒受压发生弹性形变。岩石孔隙的减小将增加渗流流体中边界流体的比重，边界层流体黏度增大，从而使启动压力梯度增大。

从图2中可以看出，致密油藏在较低的压力梯度下，水测渗透率也较低，体现了地层中流动的非线性特征.所以当驱替压力梯度大于启动压力梯度时，流体才可以发生流动。

体积压裂技术

体积压裂是在水力压裂的过程中，通过在主裂缝上形成多条分支缝或者沟通天然裂缝，最终形成不同于常规压裂的复杂裂缝网络，增加井筒与储集层接触体积，改善储集层的渗流特征及整体渗流能力，从而提高压裂增产效果和增产有效期。

2.1体积压裂的特点

（1）复杂网络裂缝扩展形态（2）复杂的渗流机理（3）裂缝发生错断、滑移、剪切破坏

（4）诱导应力和多缝应力干扰裂缝发生转向

2.2体积压裂改造储层的核心

（1）储层岩性具有显著的脆性特征，是实现体积改造的物质基础

储层岩石具有显著的脆性特性，是实现体积压裂的物质基础。根据国外对致密油储层可压裂性的评价经验，脆性指数可以表示压裂的难易程度，反映的是储层压裂后所形成裂缝的复杂程度。脆性指数是基于岩石的弹性模量和泊松比定义的，一般弹性模量越大、泊松比越小，脆性指数越高。

（2）裂缝以复杂缝网形态扩展，打碎储层，实现人造“渗透率”

体积压裂与传统压裂对比：理论基础由经典理论变为现代理论，裂缝形态由平面对称双翼裂缝变为非平面对称裂缝（弯曲缝、多裂缝）。

（3）裂缝发生剪切破坏，错断、滑移。

体积压裂与传统压裂对比：由传统的张开型破坏变为剪切等复杂的力学破坏。

内涵：剪切缝是岩石在外力作用下破裂并产生滑动位移，岩层表面形成不规则或凹凸不平的几何形状，具有自我支撑特性的裂缝；条件：当压力低于最小水平应力，产生剪切断裂；

地质力学特性：形成剪切缝的岩石具有较高的偏应力和强度，是不易发生塑性形变的脆性岩石（杨式模量高，泊松比低），富含强度较低的岩石结构或天然裂缝；剪切裂缝在径向上更为发育。

3 结 论

（1） 致密油渗流机理与常规油气渗流机理不同，在开发上，需要特殊的手段。

（2）体积压裂基于现代压裂理论是致密油开发的关键技术。

（作者单位：中油辽河油田公司）