非线性应力作用下裂缝砂岩应力敏感性特征

为了实现和评价变围压应力敏感实验关系转换为变内压应力敏感实验的等效关系，进而获取储层岩石渗透率与地层压力的关系，采用室内实验的方法，针对含微裂缝和人造裂缝的致密砂岩开展了变围压应力敏感实验、变内压应力敏感实验和特殊应力敏感实验；基于变围压实验数据，结合有效应力方程计算得到了实验岩样的渗透率随地层压力的变化关系，并与实验测定结果进行了对比分析。结果表明，计算得到的渗透率大于实验直接测定的渗透率，这种差异源于气体滑脱效应；基于Terzaghi有效应力方程计算的无因次渗透率小于对应变内压实验测定的无因次渗透率；基于非线性有效应力方程计算的无因次渗透率与对应变内压实验的无因次渗透率一致。有效应力和气体滑脱效应影响地层条件下渗透率的确定。     

煤样渗透率对有效应力敏感性实验分析

研究煤样渗透率对有效应力的敏感性.实验结果表明,在低有效应力水平下,煤样渗透率随着有效应力的增加而迅速减小,其变化规律符合负指数函数关系.由于煤层渗透率的影响因素比较复杂,定义了煤样渗透率对有效应力的敏感性系数,从而将影响因素进行归一化处理.根据渗透实验结果,拟合得到敏感系数与有效应力之间的幂函数关系,该敏感系数反映出煤样渗透率随有效应力的变化趋势.最后推导出基于敏感系数的煤样渗透率与有效应力的函数关系式.     

低渗透储层应力敏感特征探讨

学术界对低渗透储层是否存在强应力敏感具有较大争议，给油气生产决策带来困扰。争论的焦点在于，渗透率应力敏感实验过程中岩芯是否发生塑性变形，岩芯与封套之间是否存在微间隙及其对实验结果是否具有重要影响。针对传统实验无法证明岩芯是否发生塑性变形的问题，改进实验方法，在渗透率测试前、后增加岩芯力学测试。根据弹性力学理论和有效应力理论，推导出应力敏感评价的理论公式，并进行了定量计算。实验测试和理论计算结果表明，应力敏感实验过程中，岩芯所受的有效应力小于其弹性极限，岩芯不会产生塑性变形；岩芯与封套之间存在微间隙，对渗透率测试结果及变化规律具有重要影响；低渗透岩芯在低有效应力条件下测得的渗透率具有较大误差；微间隙的存在导致岩芯的应力敏感程度被高估；实验过程中岩芯的应变极小，渗透率变化极其微弱；低渗透储层不存在强应力敏感，一般来说岩石渗透率越低应力敏感性越弱。     

有效应力对不同阶煤渗透率影响的差异性分析

 通过不同阶煤储层渗透率应力敏感性实验,对比分析了有效应力对不同阶煤渗透率影响的差异。结果显示,在相同有效应力变化范围内,低阶煤渗透率下降幅度大于中、高阶煤;低、高阶煤渗透率变化较中阶煤更符合指数函数变化规律;低有效应力阶段,低阶煤渗透率损害系数、应力敏感系数大于中、高阶煤;相同有效应力下,低阶煤割理压缩系数大于中、高阶煤;不同煤阶割理压缩系数随有效应力增加呈现下降趋势,不应将其视为常数。应力敏感性评价参数拟合结果显示,中、低阶煤渗透率损害系数、割理压缩系数符合指数函数变化规律,高阶煤渗透损害系数、割理压缩系数符合线性函数变化规律;不同阶煤渗透率应力敏感系数均符合指数变化规律。     

含瓦斯煤的有效体积应力与渗透率关系

在现有有效应力计算公式基础上,考虑多孔介质在三轴压缩状态下产生损伤的影响,修正了有效应力计算公式,并通过试验验证了该公式可以较好的描述含瓦斯煤在三轴压缩下的全应力-应变过程。三轴压缩下渗流试验表明:含瓦斯煤样在峰值点前的有效体积应力和渗透率为负指数关系;在峰值点后,有效体积应力和渗透率仍然存在指数关系,但系数发生了变化,和峰值点前不同。含瓦斯煤样的渗透率同有效体积应力呈反方向变化,即在有效体积应力增大时,渗透率减小,反之亦然。     

压力变化对裂缝性致密砂岩储层气体渗透率的影响

裂缝性致密砂岩气的渗透率随环境压力的改变而发生动态变化,直接影响气藏的开采。为研究裂缝性致密砂岩储层气体渗透率的变化机理,选取了塔里木盆地库车坳陷典型裂缝性致密砂岩样品,在固定围压、内压、有效应力三种条件下,运用非稳态法进行测量氦气渗透率的实验,并基于滑脱效应和有效应力的分析,探讨了二者对裂缝性致密砂岩气渗透率变化的耦合控制作用。结果表明,在裂缝性致密砂岩储层中:(1)固定围压时,在内压增加的过程中,有效应力与滑脱效应互相竞争,开始阶段滑脱效应占主导,达到气体渗透率低值点后,有效应力占主导;(2)固定内压时,有效应力对渗透率的影响占优势;(3)固定有效应力时,渗透率只受滑脱效应的影响;(4)内压与绝对渗透率损失系数、有效应力与滑脱因子都呈现正相关关系;(5)有效应力由大到小变化,对孔隙结构的破坏不可逆,渗透率损失大。该项研究对进一步认识裂缝性致密砂岩储层气体渗透率变化机理具有理论参考意义。     

低渗岩心物性参数与应力关系的试验研究

地应力是影响低渗油气田地层参数的重要因素 ,尤其直接影响油层的渗透率、孔隙度等。通过室内试验 ,利用围压模拟地层应力 ,研究了有效应力与岩心的渗透率、孔隙度、岩石压缩系数之间的关系。研究结果表明 ,低渗岩心渗透率、孔隙度及压缩系数对有效应力变化较为敏感 ,随着有效应力的增大呈指数递减。试验发现 ,在有效应力的变化过程中发生了岩心弹塑性变形 ,在测量过程中低渗岩心存在启动压力梯度     

低渗岩心物性参数与应力关系的试验研究

地应力是影响低渗油气田地层参数的重要因素。尤其直接影响油层的渗透率,孔隙度等。通过室内试验,利用围压模拟地层应力,研究了有效应力与岩心的渗透率,孔隙度,岩石压缩系数之间的关系。研究结果表明,低渗岩心渗透率,孔隙度及压缩系数对有效应力变化较为敏感,随着有效应力的增大呈指数递减,试验发现,在有效应力的变化过程中发生了岩心弹塑性变形,在测量过程中低渗岩心存在启动压力梯度。     

加卸载作用下构造煤峰值前渗透率变化特征试验研究

利用自行研制改造的含瓦斯煤热流固耦合三轴渗流实验装置,以典型豫西"三软"构造煤原煤样为研究对象,进行三轴压缩下构造煤样渗透率测试,分析了轴向应变-渗透率变化关系;研究了轴向应力加卸载作用下含瓦斯构造煤渗透率的影响。结果表明:三轴压缩作用下含瓦斯煤的渗透率与轴向应变的关系呈斜"V"字型走势;渗透率在轴向应力加载过程中减小,卸载过程中有所恢复,且煤样渗透率与轴向应力在加卸载过程中符合负指数函数分布,并给出了数据拟合参数;在加载过程中,有效应力大,渗透率无因次量降低速率大;卸载过程中,有效应力大,使得渗透率无因次量变化幅度减小,变化速率趋近于0.渗透率无因次量与有效应力在加卸载过程中服从负指数函数分布。     

消除滑脱效应的致密砂岩储层应力敏感评价

室内评价储层岩石应力敏感程度多采用气体渗透率作为评价参数,而致密砂岩储层岩性致密,孔喉细小,受气体滑脱效应的影响,所测气体渗透率偏高,导致致密砂岩储层应力敏感程度被低估。针对常规方法导致致密砂岩储层应力敏感程度被低估的问题,以鄂尔多斯盆地镇泾油田长8致密砂岩储层为例,采用等价液测渗透率作为评价储层应力敏感的参数,消除了气体滑脱效应对实验结果的影响;并结合平面径向流理论,分析了应力敏感对产能的影响。结果显示,采用气测渗透率低估了致密砂岩储层岩石应力敏感的程度;并且岩心渗透率越低、有效应力越大、低估程度越严重;随有效应力的增加,致密砂岩岩心的气测渗透率、等价液测渗透率均呈先快速降低后缓慢降低的趋势,渗透率变化率与有效应力之间呈幂函数关系;应力敏感现象导致生产井井底附近存在"渗透率漏斗";并且储层渗透率越低、生产井井底压力越低,"渗透率漏斗"越深,延伸的范围越广,应力敏感对产能的影响越大。     

超低渗透砂岩平板模型应力敏感性实验

 针对目前超低渗透储层应力敏感性测量存在的问题,本文采用超低渗透露头砂岩平板模型,以地层水为实验流体,在三轴应力相同的条件下,进行了平板模型的应力敏感性实验,并与小岩心的气测和水测应力敏感性实验结果进行对比,研究超低渗透储层的应力敏感性特点.形成了一种新的储层应力敏感性测试方法,研究表明,实验流体的物理性质会影响应力敏感性的评价结果,常规气测应力敏感性的结果偏大.实验岩心的尺寸会影响应力敏感性的评价结果,在本次实验条件下,平板模型的应力敏感性比小岩心的应力敏感性弱;平板模型渗透率变化规律与小岩心水测结果相近,与小岩心气测结果差别较大;平板模型在低有效应力区间的应力敏感性与小岩心水测结果相似,但由于受力不均匀,导致在高有效应力区间的应力敏感性比小岩心水测结果弱.平板模型不同位置的应力敏感性表现不同,应力敏感性在主流线和采出井附近的影响较大,且在低有效应力区间的影响程度大于高有效应力区间.     

有效应力作用下岩石渗透性和电性响应特征

针对砂岩储层有效应力变化对渗透率和地层因素的影响,通过分析不同形状孔喉在有效应力作用下的形变规律,推导出有效应力变化对配位数z、孔喉分布变异系数V_r、水力半径r_H、孔喉长度l和孔喉截面纵横比ε等5个结构参数的影响;结合BLM模型分析,推导出地层因素、渗透率与有效应力间存在乘幂、线性和对数线性等3种响应关系。选取不同地区、不同物性砂岩的地层因素和渗透率的有效应力响应实验数据进行了验证。结果表明,对于高孔高渗砂岩,有效应力作用下地层因素和渗透率变化主要是由于水力半径r_H变化引起的,表现为有效应力作用下的孔喉形变;对于低孔低渗砂岩样品,有效应力作用下地层因素和渗透率发生变化主要是由于配位数z和水力半径rH变化所导致,即孔喉形状和连通性均发生变化。     

特低渗透砂岩储层应力敏感性实验

 应用室内低渗透物理模拟实验手段,研究了微裂缝发育和微裂缝不发育的特低渗透砂岩岩样的应力敏感性特征,并对比分析了两类样品的应力敏感性差异。研究结果表明,无论储层是否发育微裂缝,储层渗透率越小,其应力敏感性越强;微裂缝不发育时,渗透率小于2×10^-3μm²的储层应力敏感性较强且其强度随渗透率的降低而急剧增大,而渗透率大于5×10^-3μm²的储层应力敏感程度较弱;微裂缝发育的储层的应力敏感性明显强于微裂缝不发育的储层,有效应力增大时,微裂缝发育的储层的渗透率损失为微裂缝不发育的储层的2—3倍,而有效应力降低后,渗透率不能完全恢复,微裂缝发育的储层的渗透率损失约为微裂缝不发育的储层的5倍。研究结果对制定合理的特低渗透油田开发方案具有实际指导意义。     

有效应力对低渗低孔介质孔渗参数的影响

随着油田开发,地层内孔隙压力逐步降低,岩石骨架所受到的有效应力随之增大,岩石的物性参数也随之改变,主要表现为渗透率降低,孔隙度减小。本文主要研究了低渗透多孔介质的孔隙度、渗透率和孔隙体积压缩系数与作用在岩石上的有效应力的关系实结果表明有效应力对渗透率的影响较大,产生不可逆伤害,而对孔隙度的影响较小,孔隙压缩系数仅仅是有效应力的函数。     

考虑压力拱效应的应力敏感实验

 低渗储层一般具有较强的应力敏感性,目前进行应力敏感实验研究时,均假设上覆压力不变。事实上,油气开采时,上覆岩层中会产生压力拱效应,作用于储层的上覆压力减少,从而影响应力敏感实验结果。以压力拱理论为基础,计算了苏里格气田不同形状储层的压力拱比,确立了苏里格气田气藏开采时的上覆压力和有效应力表达式,首次将该理论应用于应力敏感实验。得到了苏里格气田不同形状储层以及不同渗透率级别条件下的应力敏感特征。结果表明,苏里格近椭圆柱体储层和近饼形储层的压力拱比分别为0.12和0.28,与常规应力敏感实验相比,考虑压力拱效应时,测试渗透率高于常规实验渗透率,应力敏感程度降低。流体压力降低25MPa,初始渗透率≤0.1mD的低渗致密储层,压力拱比分别为0.12和0.28时,对应的渗透率分别为常规应力敏感实验渗透率的1.2和1.5倍;初始渗透率在10~50mD,压力拱比分别为0.12和0.28时,对应的渗透率分别为常规实验渗透率的1.01和1.02倍。低渗透储层受压力拱的影响程度大于高渗储层。     

低渗砂岩克氏渗透率影响因素实验研究

室内实验是认识储层渗流规律的有效手段,低渗岩石气体渗流受到滑脱效应的影响。国内外学者在滑脱效应影响因素及受滑脱效应影响的渗透率参数测量方面进行了大量研究,但结论仍存在分歧。以鄂尔多斯盆地苏里格气田低渗砂岩气藏为研究对象,设计了新的岩心含水饱和度的建立方法,通过实验方法研究了含水饱和度、有效应力及二者耦合作用对低渗岩石气体滑脱效应的影响规律。结果表明,不同含水饱和度条件下(低于束缚水饱和度)岩心的气测渗透率与平均压力倒数仍然呈线性正相关关系,含水饱和度越高,滑脱因子越小,滑脱效应越弱;对于干岩样,围压增大气体滑脱效应变强,且滑脱因子随有效应力的增加呈线性增加的趋势,进行岩石应力敏感性实验过程中,若忽略滑脱效应的影响,未对气测渗透率做校正,实验评价结果偏低;含水饱和度比介质变形对气体滑脱效应的影响更强,对于高含水饱和度的低渗岩心,滑脱效应影响微弱,且受有效应力的影响不大。这为低渗砂岩气藏渗流机理研究提供了新思路。