储层岩石的应力敏感性评价方法

储层岩石的外应力敏感程度定义为外应力增大一
定数值时渗透率的损失百分数 , 即
S Iσ = Ko - K
(3)
Ko
把式 (2) 代入式 (3) , 得
S Iσ = 1 - e- bσ
(4)
为了便于对比和分析 , 储层岩石的外应力敏感指
数也统一取作外应力增大 10 M Pa时的数值 , 即
S Iσ = 1 - e- 10b
( 12)
式 (12) 就是用实测的岩石外应力敏感曲线评
价油气藏内应力敏感程度的计算公式 。由式 ( 12 )
可以看出 , 不仅应力敏感常数 b影响岩石的内应力敏 感程度 , 岩石孔隙度也对岩石的内应力敏感程度产生
重要的影响 。由于岩石孔隙度通常小于 1, 因此 , 油
气藏的内应力敏感程度通常小于外应力敏感程度 。
敏感测试曲线 , 显然 , 加载过程中出现了明显的塑性
变形 , 不宜用来进行油藏的应力敏感性评价 。卸载过
程的应力敏感曲线方程为 K = 01776 2e- 01004 6σ
( 13)
由式 (13) 可以看出 , 岩石的应力敏感常数 b =
01004 6, 把该值代入式 ( 5) , 得岩石的外应力敏感
力敏感曲线不方便实测 , 因此 , 必须将实测的外应力
敏感曲线转换成内应力敏感曲线 , 然后 , 再对油气藏
的应力敏感性进行评价 。对于致密的岩石来说 , 转换
是通过岩石的本体有效应力来完成的 , 岩石的本体有
效应力为 [ 10, 11 ]
σp eff
=σ - φp
(6)
式中 φ———岩石的孔隙度 , %。
渗透率随外应力的变化曲线 , 称作岩石的实测外 应力敏感曲线 。岩石的外应力敏感曲线基本上呈指数 规律变化 (图 3) , 可以用下面的方程进行描述
基金项目 : 四川省应用基础研究资助项目 (04JY029 - 114) 。 收稿日期 : 2005203222 作者简介 : 李传亮 (1962 - ) , 男 , 四川南充人 , 教授 , 从事油藏工程教学与研究 。
[ 9 ] 陈古明 , 胡 捷 1 平落坝气田须二段气藏储层敏感性实验分析 [ J ] 1天然气工业 , 2001, 21 (3) : 532561
[ 10 ] 李传亮 , 孔祥言 , 徐献芝 , 等 1多孔介质的双重有效应力 [ J ] 1 自然杂志 , 1999, 21 (5) : 28822921
2006年 2月 李传亮 : 储层岩石的应力敏感性评价方法
·41·
K = Ko e- bσ
(2)
式中 σ———岩石的外应力 , M Pa; Ko ———外应力为 0
时的岩石渗透率 ,μm2 ; K———外应力为 σ时的岩石渗
透率 ,μm2 ; b———岩石的应力敏感常数 ,M Pa- 1。
近年来 , 人们对油气藏的应力敏感性问题进行了 大量的实验研究 [ 129 ] , 但应力敏感程度的评价方法一 直没有得到很好的解决 。一是没有一个确定的评价标 准 , 二是没有把实验室的测量结果转换成油气藏条 件 , 因此 , 所谓油气藏的应力敏感性都只是实验室里 的结论 , 而非油气藏自身的性质 。
( 14)
由式 (1Байду номын сангаас) 可以看出 , 岩石的应力敏感常数 b =
01012 4, 把该值代入式 ( 5) , 得岩石的外应力敏感
指数为 S Iσ = 11166% , 代入式 ( 12) , 得油气藏的内 应力敏感指数为 S Ip = 0167%。计算结果表明 , 加载 过程的应力敏感程度比卸载过程增大了许多 。总体说
来 , 岩石对应力变化的敏感程度很弱 。
·42·
大庆石油地质与开发 P1G1O1D1D1 第 25卷 第 1期
5 结 论
(1) 油气藏岩石对外应力的敏感程度与对内应 力的敏感程度不同 , 外应力敏感程度大于内应力敏感 程度 。
(2) 由于油气生产过程是内压不断改变的过程 , 因此 ,油气藏应力敏感性评价应采用内应力敏感指数 。
根据本体有效应力 , 式 (2) 可以写成
K
=
e K - b (σ-φp) o
(7)
由式 (7) 可以计算出油气藏原始地层压力下的岩石
渗透率为
e Ki = Ko - b (σ-φp i)
(8)
由式 (7) 还可以计算出油气藏任意地层压力下的岩
石渗透率为
K
=
e K - b (σ-φp) o
(9)
结合式 (8) , 式 (9) 也可以写成
[ 5 ] 张 浩 , 康毅力 , 陈一健 , 等 1岩石组分和裂缝对致密砂岩应力 敏感性影响 [ J ] 1天然气工业 , 2004, 24 (7) : 552571
[ 6 ] 张新红 , 秦积舜 1 低渗岩心物 性参数 与应力 关系的 试验研 究 [ J ] 1石油大学学报 (自然科学版 ) , 2001, 25 (4) : 562601
1 应力敏感现象
所谓应力敏感现象 , 是指油气藏岩石的渗透率等 物性参数随应力条件而变化的性质 。通常情况下 , 油 气藏的外应力 (外压 ) 为一常数 , 当从油气藏岩石 的孔隙中采出流体时 , 孔隙压力 (内应力 , 内压 ) 从原始地层压力 pi 下降到 p, 岩石因而被压缩 , 岩石 的相关物性参数也跟着发生变化 (图 1) 。一些强应 力敏感性地层 , 还伴随有地表的明显沉降和储层的垮 塌现象 。
室内测 量时 , 岩 心的 渗透 率是 从 Ko 下 降 到 K 的 , 而油气藏条件下的渗透率是从 Ki 下降到 K的 , 2 个过程完全不同 , Ko 通常远大于 Ki , 因此 , 不能直 接用实验室的结果来代替地下的情况 。
4 应用实例
图 3为一块岩心 (φ = 515% ) 的渗透率外应力
储层岩石的应力敏感程度用内应力敏感指数来进 行评价 , 以渗透率的应力敏感性为例 , 储层岩石的内 应力敏感指数定义为地层压力下降一定数值时渗透率 的损失百分数 , 即
S Ip
= Ki - K Ki
(1)
式中 S Ip ———应力敏感指数 ; Ki ———原始地层压力
( pi ) 下 的储 层渗 透率 , μm2 ; K———某 个地 层压 力
指数 S Iσ = 415% , 代入式 (12) , 得油气藏的内应力 敏感指数 S Ip = 0125%。计算结果表明 , 油气藏内压 下降 10 M Pa与油气藏外压增大 10 M Pa对油气藏产生
的影响是不一样的 。
但是 , 若用加载曲线进行计算 , 则得到完全不同
的结论 。加载曲线方程为 K = 11236e- 01012 4σ
参考文献 :
[ 1 ] 付 广 , 薛永超 , 付晓飞 1油气运移输导体系及其对成藏的控制 [ J ] 1新疆石油地质 , 2000, 22 (1) : 242261
[ 2 ] 雷茂盛 , 林铁锋 1松辽盆地断裂纵向导流性浅析 [ J ] 1 石油勘 探与开发 , 1999, 26 (1) : 322351
e K = Ki - bφ( p i- p)
( 10)
把式 (10) 代入式 ( 1) , 得油气藏的内应力敏感指
数为
S Ip = 1 - e- bφ( pi- p)
( 11)
由于把油气藏的应力敏感指数统一定义为地层压
力下降 10 M Pa时的数值 , 因此 , 式 (11) 可以写成
S Ip = 1 - e- 10bφ
[ 3 ] 向 阳 , 向 丹 , 杜文博 1致密砂岩气藏应力敏感的全模拟试验 研究 [ J ] 1成都理工大学学报 , 2002, 29 (6) : 61726191
[ 4 ] 杨满平 , 李 允 , 李治平 1气藏含束缚水储层岩石应力敏感性实 验研究 [ J ] 1天然气地球科学 , 2004, 15 (3) : 22722291
( p) 下的储层渗透率 , μm2。
应力敏感指数是一个跨度指标 ,在分析油气藏的
应力敏感性时 ,须指明地层压力的下降幅度 。为了便
于油气藏之间的对比和评价 ,储层岩石的应力敏感指
数统一取作地层压力下降 10 M Pa时的数值 。本文给
出的评价标准是 : 当 S Ip < 011 时 ,为弱敏感 ; 当 S Ip =
摘要 : 油气藏岩石同时受外应力 (外压 ) 和内应力 (内压 , 孔隙压力 ) 的共同作用 。油气藏岩石对外 应力的敏感程度 , 用外应力敏感指数进行评价 ; 对内应力的敏感程度用内应力敏感指数进行评价 。油 气藏的外应力敏感指数远大于内应力敏感指数 。由于油气藏生产过程中外应力不发生变化 , 内应力随 开采过程而不断变化 , 因此 , 油气藏岩石的应力敏感程度应采用内应力敏感指数 。岩石的外应力敏感 指数仅受敏感常数的影响 , 岩石的内应力指数受敏感常数和孔隙度的共同影响 。因加载过程存在塑性 变形 , 应力敏感性评价应采用卸载曲线 。 关 键 词 : 油气藏 ; 岩石 ; 渗透率 ; 应力敏感 中图分类号 : TE135 文献标识码 : A
[ 11 ] 李传亮 , 孔祥言 , 杜志敏 , 等 1多孔介质的流变模型研究 [ J ] 1 力学学报 , 2003, 35 (2) : 23022341
编辑 : 毕永先
(上接第 39页 ) 气沿着康村组砂层继续运移 , 遇盐上断裂 F4 后便散 失掉了 , 从而形成大量地表油气苗 。因此说这种断裂 输导天然气成藏模式也不利于天然气的运聚成藏 , 这 可能是造成东秋 5构造钻探失利的根本原因 。
[ 7 ] 石玉江 , 孙小平 1长庆致密碎屑岩储集层应力敏感性分析 [ J ] 1 石油勘探与开发 , 2001, 28 (5) : 852871
[ 8 ] 廖新维 , 王小强 , 高旺来 1塔里木深层气藏渗透率应力敏感性研 究 [ J ] 1天然气工业 , 2004, 24 (6) : 932941
5 结 论
综合上述分析可以得到 , 由盐下断裂和穿盐断裂 (不连接圈闭 ) 构成的输导天然气成藏模式及由盐下 断裂构成的输导天然气成藏模式应是库车坳陷断裂输 导天然气成藏最有效的模式 , 天然气对成藏的作用相 对较大 , 有利于形成天然气的大规模聚集 , 可形成大 气田 ; 具这种输导天然气成藏模式的圈闭是下一步库 车坳陷天然气勘探的有利目标 。而由盐下断裂和圈闭 顶部突破断裂构成的输导天然气成藏模式及仅由穿盐 断裂构成的输导天然气成藏模式 , 对成藏的作用相对 较小 , 不利于天然气的大规模聚集 , 只能形成一些小 型气藏或气显示 。
(5)
由式 (5) 可以看出 , 应力敏感常数 b是决定外
应力敏感指数的关键因素 。
3 油气藏评价
显然 , 式 (5) 计算的敏感指数是油气藏岩石的
外应力敏感指数 , 它并不反映油气藏岩石对孔隙压力
的敏感程度 , 油气藏实际生产时表现出的是岩石对孔
隙压力 (内压 ) 的敏感性 。由于油气藏岩石的内应
011～013时 ,为中等敏感 ;当 S Ip > 013时 ,为强敏感 。
2 室内评价
式 (1) 是油气藏内应力敏感指数的定义式 , 但 却无法进行矿场评价 , 因为 Ki 和 K在矿场上都不容 易测量 。油气藏的应力敏感性评价通常是在实验室的 岩心上进行的 , 一般情况下岩心的内压为常压 , 通过 不断改变外压来测量岩石物性参数的变化 。实验可以 沿着增大外压的方式进行 , 也可以沿着减小外压的方 式进行 。当外压不断增大 (加载 ) 时 , 岩心被压缩 , 岩石的相关物性参数也跟着减小 ; 当外压不断减小 (卸载 ) 时 , 岩心膨胀 , 岩石的相关物性参数也跟着 增大 (图 2、图 3) 。
(3) 因加载过程存在塑性变形 , 应力敏感程度 的评价应采用卸载曲线 。
参考文献 :
[ 1 ] 王秀娟 , 杨学保 , 迟 博 , 等 1大庆外围低渗透储层裂缝与地应 力研究 [ J ] 1大庆石油地质与开发 , 2004, 23 (5) : 882901
[ 2 ] 王秀娟 , 赵永胜 , 文 武 , 等 1低渗透储层应力敏感性与产能物 性下限 [ J ] 1石油与天然气地质 , 2003, 24 (2) : 16221651
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第 25 卷 第 1 期 大庆石油地质与开发 P1G1O1D1D1 2006年 2月
文章编号 : 100023754 (2006) 0120040203
储层岩石的应力敏感性评价方法
李传亮
(西南石油学院 油气藏地质及开发工程国家重点实验室 , 四川 成都 610500)