致密油储层应力敏感性评价研究
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摘 要： 针对致密油藏应力敏感性问题 ， 采用非稳态 和稳 态渗透率 测试方法 ， 研究在 围压一定 ， 流压逐 渐降低 的过 程
中致 密岩石气 测渗 透率 的变化情况 。研究结果 表明 ： 在流压 降低 的过程 中， 致密岩 石渗透 率损失 率达到 ９ ０ ％， 存 在
强应 力敏感性 ； 对于 同一岩样 ， 不 同流压下 的非 稳态渗 透率 比稳 态渗 透率小 ； 有效 围压小 于 ２ ０ ＭＰ ａ时 ， 渗 透率快 速
・
４ ７・
陈璨 ， 等： 致 密油储层 应 力敏 感性评 价研 究
冲衰 减模 块上 进行 。该 系统包 括压 力 自动控 制 系统 和数 据 自动采 集 系统 。该 仪器 对传 统脉 冲渗 透 率仪 器进 行 了适 当改 进 ， 使 得 脉 冲 衰减 前 系 统 压力 平 衡
合适 的误 差控 制 、 简化 ， 从 而获得 测试 岩样 渗透 率 的
一
种方 法 。
脉 冲衰减 法渗 透率 测量 系统 主要 由上 游 大腔 室
和小腔 室 、 下 游 小 腔 室和 大 腔 室 及 固定 岩 样 的岩 心
导致研 究 结果存 在 较 大 差 异 ＿ １ Ｊ ， 并 且研 究 过 程 中大 都采 用稳 态 法研 究 应 力 敏感 效 应 。对 于 致 密 储 层 ，
第１ ７卷 第 ３ 期
重 庆科技 学 院学报 （ 自然 科 学版 ）
２ ０ １ ５年 ６月
致 密 油 储 层 应 力 敏 感 性 评 价 研 究
陈璨 杨胜 来 马铨峥 方 勇 王敉 邦
（ 中国石 油 大 学（ 北京 ） 石 油工程教 育部 重 点 实验 室，北 京 １ ０ ２ ２ ４ ９ ）
传统 稳态 法测试 效 率低 、 测 试 时间长 、 实 验过 程 易受 环境 温度 影 响 、 流速 计量误 差 偏 大 ＿ ２ － ３ Ｊ 。此外 ， 由于
夹 持器 组成 ， 如 图 １所 示 。２个 小 腔 室 的容 积 相 等
（ 均为 ５ ｃ ｍ ） ， ２个大 腔室 内部容 积 均为 １ ０ ０ ｅ ｍ ， 开 关 阀 门时 ， 阀 门 内均 无体 积 变 化 。将 致 密 岩 样 放 人 岩 心夹 持器 中并 在 样 品周 围施 加 一 定 围压 ， 两 端 连
下降 ， 当有效围压大于 ２ ０ Ｍ Ｐ ａ 时， 渗透率下降速度逐渐减缓 。
关键词 ： 致 密油储层 ； 非稳态渗透率 ；脉冲衰减法 ； 渗透率损失率 ；应力敏感
中 图分 类 号 ： Ｐ ６ １ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３—１ ９ ８ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ４ ７— ０ ５
行研 究 ， 并 与 常规稳 态法测 量结 果进 行对 比分 析 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｃ ／ ｚ ｇ ￣ ｐａ ｐ （ ｘｔ ）
，
— 一
，
０＜ ＜ Ｌ， ＞０ （ １ ）
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４—１ ２—１ ０
基金项 目： 国家 自然科学基金项 目“ 超深层油气藏岩石物性垂 向分 布规 律及 渗流特征研究 ” （ ５ ０ ８ ７ ４ １ １ ４ ） 作者简介 ： 陈璨 （ １ ９ ９ １一 ） ， 女， 山东人 ， 中国石油大学（ 北京 ） 在读硕士研究生 ， 研究方 向为油藏渗流机理 。
：
态法 和 稳 态 法 测 研 究 致 密 储 层 的 应 力 敏 感 性 。
Ｂ ｒ ａ ｃ ｅ 等人 于 １ ９ ６ ８年 提 出了基 于非稳 态渗 流 理论 的 脉 冲衰减 法 渗 透 率 测 试 技 术 ， 后经 Ｊ ｏ ｎ ｅ ｓ加 以改 进， 这 种非 稳态 快 速 测 量渗 透 率 的方 法可 以大 大 缩 短测 量 时间 。ｉ 贝 ０ 量 过 程 中只 需 要 监 测 压 力 而 无 需流 量 ， 实验 系统精 度能得 到很 好 的保证 。鉴 于 此 ， 本次 研究 采用 脉 冲衰减法 对致 密岩 石 的应 力 敏感 进
产生弹塑性变形或压实时， 油藏的渗透率降低 ， 影响 油 井产 能 。
对于 低渗透 致 密储层 ， 学者 通过 大量试 验 ， 研 究 储层 渗透 率 随应 力 的变化 关 系 ， 建立 了相 关模 型 ， 发
现致 密低 渗透储 层应 力敏 感性普 遍 较强 。 由于试 验 中所 用岩 心物 性 的 差 异及 所 采 用 研究 手 段 的不 同 ，
１ 脉 冲 衰 减 法 测 定 原 理
与常规 稳态 法 测 渗透 率 原 理 不 同 ， 脉 冲衰 减 法 是基 于一 维非稳 态渗 流 理 论 ， 通 过 测试 岩 样 一 维 非
稳 态渗 流过 程 中孔 隙压 力 随 时 间 的衰 减 数 据 ， 并 结 合相应 的数 学模 型 ， 通过 对 渗 流 方 程 的精 确解 答 和
致密 储层 地下 渗透率 一般 小 于 ０ ． １×１ ０。Ｉ ｘ ｍ ， 孔 隙度 一般 小于 １ ０ ％ 。在 实 际 生产 中 ， 随着 油 气不 断被 开采 ， 储层 孔 隙压力 逐渐 降低 ， 岩石 骨架 的 有效
应 力增 大 ， 导 致 储 层 发生 弹塑 性 压 实变 形 。 当 油层
流体 在致 密储 层 中很 难 达 到 稳 定 流动 状 态 ， 为模 拟
油层 真实 条件 下 的 应力 敏 感 效 应 ， 应 同时采 用 非 稳
接 容器 ， 使得 实验 装置 中 的上游腔 室 、 下游 腔 室和 岩
样 孔 隙压力 相等且 达 到平衡 状态 。在 整体 实 验系 统 内部达 到压力 平 衡 时 ， 一 个 小 的压 力 脉 冲作 用 于岩 心 夹持 器上 游 腔 内 ， 此时， 实 验 系 统 内形 成 一 维 渗 流， 随后 ， 压 力 脉 冲 穿 过 岩样 并 进 入 下 游 腔 内。然 后， 上游 腔 内的压 力逐 渐 降低 ， 下 游腔 内的压力 逐 渐 升高， 直到达 到新 的压 力平衡 。 根据质 量守恒原理 及达西定律 ， 不考虑 重力作 用 时气 体在岩样一 维非 稳态渗 流的数学模型 。 。 为：
中致 密岩石气 测渗 透率 的变化情况 。研究结果 表明 ： 在流压 降低 的过程 中， 致密岩 石渗透 率损失 率达到 ９ ０ ％， 存 在
强应 力敏感性 ； 对于 同一岩样 ， 不 同流压下 的非 稳态渗 透率 比稳 态渗 透率小 ； 有效 围压小 于 ２ ０ ＭＰ ａ时 ， 渗 透率快 速
・
４ ７・
陈璨 ， 等： 致 密油储层 应 力敏 感性评 价研 究
冲衰 减模 块上 进行 。该 系统包 括压 力 自动控 制 系统 和数 据 自动采 集 系统 。该 仪器 对传 统脉 冲渗 透 率仪 器进 行 了适 当改 进 ， 使 得 脉 冲 衰减 前 系 统 压力 平 衡
合适 的误 差控 制 、 简化 ， 从 而获得 测试 岩样 渗透 率 的
一
种方 法 。
脉 冲衰减 法渗 透率 测量 系统 主要 由上 游 大腔 室
和小腔 室 、 下 游 小 腔 室和 大 腔 室 及 固定 岩 样 的岩 心
导致研 究 结果存 在 较 大 差 异 ＿ １ Ｊ ， 并 且研 究 过 程 中大 都采 用稳 态 法研 究 应 力 敏感 效 应 。对 于 致 密 储 层 ，
第１ ７卷 第 ３ 期
重 庆科技 学 院学报 （ 自然 科 学版 ）
２ ０ １ ５年 ６月
致 密 油 储 层 应 力 敏 感 性 评 价 研 究
陈璨 杨胜 来 马铨峥 方 勇 王敉 邦
（ 中国石 油 大 学（ 北京 ） 石 油工程教 育部 重 点 实验 室，北 京 １ ０ ２ ２ ４ ９ ）
传统 稳态 法测试 效 率低 、 测 试 时间长 、 实 验过 程 易受 环境 温度 影 响 、 流速 计量误 差 偏 大 ＿ ２ － ３ Ｊ 。此外 ， 由于
夹 持器 组成 ， 如 图 １所 示 。２个 小 腔 室 的容 积 相 等
（ 均为 ５ ｃ ｍ ） ， ２个大 腔室 内部容 积 均为 １ ０ ０ ｅ ｍ ， 开 关 阀 门时 ， 阀 门 内均 无体 积 变 化 。将 致 密 岩 样 放 人 岩 心夹 持器 中并 在 样 品周 围施 加 一 定 围压 ， 两 端 连
下降 ， 当有效围压大于 ２ ０ Ｍ Ｐ ａ 时， 渗透率下降速度逐渐减缓 。
关键词 ： 致 密油储层 ； 非稳态渗透率 ；脉冲衰减法 ； 渗透率损失率 ；应力敏感
中 图分 类 号 ： Ｐ ６ １ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３—１ ９ ８ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ４ ７— ０ ５
行研 究 ， 并 与 常规稳 态法测 量结 果进 行对 比分 析 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｃ ／ ｚ ｇ ￣ ｐａ ｐ （ ｘｔ ）
，
— 一
，
０＜ ＜ Ｌ， ＞０ （ １ ）
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４—１ ２—１ ０
基金项 目： 国家 自然科学基金项 目“ 超深层油气藏岩石物性垂 向分 布规 律及 渗流特征研究 ” （ ５ ０ ８ ７ ４ １ １ ４ ） 作者简介 ： 陈璨 （ １ ９ ９ １一 ） ， 女， 山东人 ， 中国石油大学（ 北京 ） 在读硕士研究生 ， 研究方 向为油藏渗流机理 。
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态法 和 稳 态 法 测 研 究 致 密 储 层 的 应 力 敏 感 性 。
Ｂ ｒ ａ ｃ ｅ 等人 于 １ ９ ６ ８年 提 出了基 于非稳 态渗 流 理论 的 脉 冲衰减 法 渗 透 率 测 试 技 术 ， 后经 Ｊ ｏ ｎ ｅ ｓ加 以改 进， 这 种非 稳态 快 速 测 量渗 透 率 的方 法可 以大 大 缩 短测 量 时间 。ｉ 贝 ０ 量 过 程 中只 需 要 监 测 压 力 而 无 需流 量 ， 实验 系统精 度能得 到很 好 的保证 。鉴 于 此 ， 本次 研究 采用 脉 冲衰减法 对致 密岩 石 的应 力 敏感 进
产生弹塑性变形或压实时， 油藏的渗透率降低 ， 影响 油 井产 能 。
对于 低渗透 致 密储层 ， 学者 通过 大量试 验 ， 研 究 储层 渗透 率 随应 力 的变化 关 系 ， 建立 了相 关模 型 ， 发
现致 密低 渗透储 层应 力敏 感性普 遍 较强 。 由于试 验 中所 用岩 心物 性 的 差 异及 所 采 用 研究 手 段 的不 同 ，
１ 脉 冲 衰 减 法 测 定 原 理
与常规 稳态 法 测 渗透 率 原 理 不 同 ， 脉 冲衰 减 法 是基 于一 维非稳 态渗 流 理 论 ， 通 过 测试 岩 样 一 维 非
稳 态渗 流过 程 中孔 隙压 力 随 时 间 的衰 减 数 据 ， 并 结 合相应 的数 学模 型 ， 通过 对 渗 流 方 程 的精 确解 答 和
致密 储层 地下 渗透率 一般 小 于 ０ ． １×１ ０。Ｉ ｘ ｍ ， 孔 隙度 一般 小于 １ ０ ％ 。在 实 际 生产 中 ， 随着 油 气不 断被 开采 ， 储层 孔 隙压力 逐渐 降低 ， 岩石 骨架 的 有效
应 力增 大 ， 导 致 储 层 发生 弹塑 性 压 实变 形 。 当 油层
流体 在致 密储 层 中很 难 达 到 稳 定 流动 状 态 ， 为模 拟
油层 真实 条件 下 的 应力 敏 感 效 应 ， 应 同时采 用 非 稳
接 容器 ， 使得 实验 装置 中 的上游腔 室 、 下游 腔 室和 岩
样 孔 隙压力 相等且 达 到平衡 状态 。在 整体 实 验系 统 内部达 到压力 平 衡 时 ， 一 个 小 的压 力 脉 冲作 用 于岩 心 夹持 器上 游 腔 内 ， 此时， 实 验 系 统 内形 成 一 维 渗 流， 随后 ， 压 力 脉 冲 穿 过 岩样 并 进 入 下 游 腔 内。然 后， 上游 腔 内的压 力逐 渐 降低 ， 下 游腔 内的压力 逐 渐 升高， 直到达 到新 的压 力平衡 。 根据质 量守恒原理 及达西定律 ， 不考虑 重力作 用 时气 体在岩样一 维非 稳态渗 流的数学模型 。 。 为：