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。     

渭北长3裂缝性致密储层渗流特征及产能研究

为了研究基质与天然裂缝系统的渗流特征及其对产能的影响,以渭北油田长₃典型裂缝性致密储层为研究对象,通过核磁共振和室内测试综合实验,测定了储层渗流启动压力梯度的大小,基质和裂缝岩芯孔隙结构随围压的变化规律,基质和裂缝岩芯孔隙度随有效应力的变化规律及应力敏感系数,建立并验证了考虑启动压力梯度、基质与裂缝应力敏感差异的多级压裂水平井产能模型,分析了启动压力梯度、基质和裂缝应力敏感性对产能的影响规律。结果表明,拟启动压力梯度随着岩芯流度的降低而不断增加;裂缝岩芯的孔隙度应力敏感及渗透率敏感性均强于基质岩芯;基质应力敏感性对产能的影响更显著。因此,渭北长₃裂缝性致密储层的有效开发,应该考虑降低基质应力敏感性和启动压力梯度的影响。     

多裂缝系统致密砂岩气藏的水锁及应力敏感叠加伤害研究——以川西蓬莱镇组致密砂岩为例

为研究水锁、有效应力对裂缝储层的叠加损害,选取川西蓬莱镇组致密砂岩气藏岩样,进行了干岩样和不同含水饱和度条件下岩样应力敏感实验。实验结果表明,随着岩样含水饱和度的增大,水锁程度增大,应力敏感程度增强;同含水饱和度下,有效应力增加,水锁程度增强。在压裂后的多裂缝系统储层中水锁和储层有效应力两者的协同作用对多裂缝网络储层渗透率造成叠加损害,可以为多裂缝致密砂岩储层开发方案的设计提供依据。     

页岩储层非稳态渗透率测试方法综述

为了研究页岩储层非稳态渗透率测试方法,对国内外脉冲衰减法和压汞法相关文献进行了广泛深入地调研。详细阐述了岩芯柱脉冲衰减法、岩屑脉冲衰减法、脱气法三种脉冲衰减渗透率测试方法的实验原理、数学处理方法、影响因素、适用条件和存在的问题。针对压汞法,给出了基于不同理论的预测模型。研究结果表明：岩芯柱脉冲衰减法具备较高的测试效率和精度,能够测试不同围压条件下的储层渗透率,为页岩储层原始条件下的渗透率测试和应力敏感性研究提供了有效手段;岩芯柱脉冲衰减法对实验仪器和样品制备要求严格,适用于室内对页岩等致密储层进行精密的渗透率测试,且数学处理上还需要进一步的研究,以区分基质和天然裂缝的作用。岩屑脉冲衰减法不受样品形状限制,缩小了样品测试尺寸,理论上能够避免天然裂缝的影响,为页岩储层基质渗透率测试提供有效手段。脱气法和压汞法精度相对较低,测试结果可作为参考数据。     

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。     

不能用净应力评价低渗砂岩岩石应力敏感性

理论研究表明,低渗岩石由于存在微裂缝,净应力不等于有效应力。为了进一步论证净应力与有效应力的关系,开展了相关的实验研究,实验包含了老化处理和4个不同围压下的降内压实验,采用稳态法测定内压下降过程中各个压力点的渗透率值。实验结果表明：在不同围压下,净应力相等的点对应的渗透率值不相等,不能用净应力替代有效应力评价储层岩石的应力敏感性。此外,在低围压下渗透率的变化幅度较大;在高围压下,渗透率的变化幅度较小。最后,对实验岩样进行了储层岩石的应力敏感性评价,结果表明该低渗致密砂岩储层表现为中等应力敏感。     

不能用净应力评价低渗砂岩岩石应力敏感性

理论研究表明,低渗岩石由于存在微裂缝,净应力不等于有效应力。为了进一步论证净应力与有效应力的关系,开展了相关的实验研究,实验包含了老化处理和4个不同围压下的降内压实验,采用稳态法测定内压下降过程中各个压力点的渗透率值。实验结果表明：在不同围压下,净应力相等的点对应的渗透率值不相等,不能用净应力替代有效应力评价储层岩石的应力敏感性。此外,在低围压下渗透率的变化幅度较大;在高围压下,渗透率的变化幅度较小。最后,对实验岩样进行了储层岩石的应力敏感性评价,结果表明该低渗致密砂岩储层表现为中等应力敏感。     

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。     

致密砂岩气层测井评价方法研究

致密砂岩气属于典型的非常规天然气。针对鄂尔多斯盆地东部X区块的致密砂岩储层进行评价方法研究。该地区的致密砂岩气储层具有孔隙度非常低、渗透率极差、孔隙结构十分复杂、非均质性强等特点,加大了储层含气性的解释难度。为了能更有效的识别致密砂岩的含气性,根据压汞、核磁共振等岩芯分析资料,初步建立了孔隙度、饱和度的测井解释模型,利用常规方法、多极子阵列声波、微电阻率扫描等测井资料研究了致密砂岩气的识别方法,提高了储层测井评价的准确率。     

基于砂岩组构分类评价的储层渗透率预测

依据以砂岩岩石学特征为基础的不同类型储层孔渗定量关系渗透率预测模型,对川西新场地区上沙溪庙组Js2气藏储层渗透率进行研究。结果表明:研究区储层砂岩以次生孔隙为主,孔渗相关性差,以孔隙度参数进行的储层评价结果与产出状况匹配性差;根据岩石成份、结构和储集空间发育情况对储层进行分类,建立不同类型储层的孔渗定量关系渗透率预测模型,可明显提高孔隙度和渗透率之间的相关性;根据不同类型储层与测井特征的匹配关系,可实现储层类型的测井判别;在提高孔隙度测井解释精度的基础上,利用测井解释孔隙度,分别用不同类型储层的孔渗定量关系渗透率预测模型计算渗透率,可提高渗透率求取精度,从而提高致密砂岩储层渗透率预测水平。     

结合压汞实验与核磁共振测井预测束缚水饱和度方法研究

针对压汞实验与测井资料计算致密砂岩储层束缚水饱和度精度不高的事实,借助Purcell公式确定岩样流动孔喉下限,提出了基于流动孔喉下限确定束缚水饱和度的方法。由于致密砂岩等复杂储层存在较强微观非均质性导致流动孔喉下限不固定,认为在利用压汞实验确定束缚水饱和度时应分别确定岩样流动孔喉下限。通过对223块岩样压汞实验数据的分析,发现累积渗透率贡献达到99.9%时的非润湿相饱和度大致等于束缚水饱和度,并基于上述发现提出了利用核磁共振测井资料构建伪毛管压力曲线,以渗透率贡献达到99.9%为标准求取储层束缚水饱和度的思路,并与其他核磁共振测井束缚水饱和度模型计算结果对比。压汞实验所确定束缚水饱和度与岩心半渗透隔板实验所得相对误差在35%以下,测井新模型在精度和变化趋势上均与岩心数据较为吻合,两者计算结果均表明,该方法对束缚水饱和度的计算有一定贡献。提出的方法可提高压汞实验与测井资料计算致密砂岩储层束缚水饱和度的精度。     

苏里格致密砂岩气藏单相气体渗流特征

致密砂岩储层气体渗流机理是准确建立渗流模型、评价产能、合理开发气田的理论基础。对单相气体在苏里格致密气藏渗流过程中的介质变形、滑脱效应、高速渗流的机制进行实验研究。采用定围压、降低内压的方式评价了苏里格致密砂岩气藏的应力敏感性,利用Brace方法求得苏里格致密气藏岩样的有效应力系数,通过实验研究了滑脱效应在致密储层中可以忽略的最低压力值。结果表明,苏里格致密气藏存在较强的应力敏感性。在保持岩心所受有效应力不变的条件下,可以忽略滑脱效应的最低压力值随着储层渗透率的增加而减小。由于致密砂岩储层渗透率极低,气体的渗流速度受限,在足够高的压力平方差下气体流动仍然属于达西流的范畴,因此气体在致密气藏基质中流动时不会出现高速非达西流。     

考虑裂缝和含水饱和度的致密砂岩应力敏感性

致密砂岩气藏裂缝发育和有效应力高的特征使其易发生应力敏感性损害,钻井完井液侵入或凝析水在近井地带聚集也将影响砂岩应力敏感性,这些因素都会对致密砂岩气藏的经济开发产生影响.考虑裂缝和含水饱和度的影响,选取鄂尔多斯盆地上古生界典型致密砂岩岩样,分别用干岩样、人工造缝岩样和含水饱和度低于束缚水饱和度的岩样进行了致密砂岩基块与裂缝的应力敏感性实验,并从岩石学特征入手,利用毛细管渗流模型和化学压实等理论分析了裂缝和含水饱和度对岩石变形的影响,探讨了致密砂岩应力敏感性损害机理.研究结果表明,致密砂岩应力敏感性损害严重,应力敏感性系数与基块渗透率线性负相关,而与裂缝岩样渗透率的对数线性正相关;水的存在加剧了致密砂岩应力敏感性程度,且含水饱和度越高应力敏感性越强.     

砂岩储层的毛管压力曲线反演模型

储层孔喉分布是储层评价的重要研究内容。储层孔隙度和渗透率是储层微观孔隙结构特征的宏观综合表现。通过对来自吐哈、辽河、胜利和四川德阳等地区油气田393个砂岩样品压汞测试资料及物性数据的多元统计分析研究,成功地发现了对于砂岩储层,孔隙度和渗透率(特别是渗透率)与岩样不同孔喉大小的体积分布有密切的相关性,建立了毛管压力曲线反演模型,即储层孔喉体积分布预测模型,解决了在一个地区部分层段、部分井因缺乏压汞测试样品或岩芯资料给储层孔隙结构研究带来的困难,有利于正确评价工区储层孔隙结构的非均质性。     

低渗砂岩地层因素的应力敏感研究

为探究有效应力变化对鄂尔多斯盆地低渗砂岩储层地层因素的影响,实验测试7块岩芯样品在围压（p_c）和内压（也称作孔隙压,p_p）变化下的地层因素。基于Biot有效应力定义,结合响应面函数对实验数据进行分析,发现采用响应面割线法得到的有效应力系数（α）更能准确地表征有效应力,同时发现α并非为1.00的常数,而是分布在0.04～0.60并与围压和内压呈现一定函数关系。明确了低渗砂岩储层地层因素随有效应力的非线性变化规律,发育的微裂缝是导致有效应力非线性变化的主要因素。基于岩芯微观结构建立等效微裂缝模型,结合岩电理论,推导出地层因素与有效应力间的函数关系,表征了低渗透砂岩储层非线性有效应力作用下地层因素的变化规律。     

考虑裂缝和含水饱和度的致密砂岩应力敏感性

致密砂岩气藏裂缝发育和有效应力高的特征使其易发生应力敏感性损害，钻井完井液侵入或凝析水在近井地带聚集也将影响砂岩应力敏感性，这些因素都会对致密砂岩气藏的经济开发产生影响。考虑裂缝和含水饱和度的影响，选取鄂尔多斯盆地上古生界典型致密砂岩岩样，分别用干岩样、人工造缝岩样和含水饱和度低于束缚水饱和度的岩样进行了致密砂岩基块与裂缝的应力敏感性实验，并从岩石学特征入手，利用毛细管渗流模型和化学压实等理论分析了裂缝和含水饱和度对岩石变形的影响，探讨了致密砂岩应力敏感性损害机理。研究结果表明，致密砂岩应力敏感性损害严重，应力敏感性系数与基块渗透率线性负相关，而与裂缝岩样渗透率的对数线性正相关；水的存在加剧了致密砂岩应力敏感性程度，且含水饱和度越高应力敏感性越强。     

裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟

酸压是碳酸盐岩储层重要的大型增产改造措施,酸压中,准确预测酸液作用距离对酸压设计至关重要,其决定酸压改造范围、影响酸压目标缝长设定及酸压效果预测。裂缝型碳酸盐岩储层非均质性极强,基质较致密,天然裂缝所在区域渗透率很高,酸液滤失严重。目前各种酸压模型假设裂缝面上渗透率均匀分布,也不能考虑天然裂缝对滤失的影响,这些模型预测的酸液作用距离较长,酸压设计缺乏可靠的模拟模型。针对该问题,本文进行了裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟研究,首先基于地质统计规律建立人工裂缝面上渗透率分布模型、天然裂缝分布模型,并基于地质统计参数生成裂缝面上渗透率及天然裂缝分布;然后建立酸液流动、酸液滤失、酸岩反应数学、粗糙酸蚀裂缝表面形成过程模拟模型;再将以上模型耦合求解,形成酸压模拟模型。基于该模型,进行了广泛的数值模拟研究,分析了天然裂缝参数对酸液作用距离、酸蚀裂缝表面的影响。研究发现,天然裂缝对活酸作用距离和酸蚀裂缝表面影响显著,考虑天然裂缝时,其作用距离显著低于常规模型预测的距离,酸蚀裂缝表面更粗糙;裂缝型储层酸压设计中,天然裂缝是不可忽略的因素,新模型预测的酸液作用更合理。该研究为裂缝型碳酸盐岩储层酸压设计提供了更可靠模拟工具。     

库车坳陷克拉苏构造带致密砂岩气储层物性特征

 在库车坳陷克拉苏构造带大北地区地质研究的基础上,利用显微镜观测、激光共聚焦显微扫描、高压压汞分析及孔渗测试等方法,研究了致密砂岩气储层物性特征。结果表明,库车坳陷的致密砂岩气储层孔隙类型以槽型孔、溶蚀孔为主;致密砂岩气储层排驱压力一般在5 MPa以上,孔隙分选性差,孔喉半径较小;致密砂岩气储层孔隙度小于5%时,孔隙度与渗透率之间的相关性较差,表现为孔隙度低而渗透率高,推断是微裂缝的发育提高了砂岩的渗透率;致密砂岩气储层岩石类型以长石岩屑质石英砂岩为主,胶结作用以方解石胶结为主,裂缝改造作用明显。     

致密砂岩气井气水两相产能预测半解析模型

致密砂岩气井产能预测受气水两相流特征和裂缝渗流参数影响大,相比于数值模拟,基于解析模型的产能预测计算快、应用较广,但传统的解析模型在处理两相渗流方程非线性问题时简化过大,造成动态分析结果误差较大。针对这一问题,考虑了储层和裂缝中的气水两相流动特征,利用三线性流模型表征压裂缝及储层应力敏感性,建立了致密砂岩气井气水两相产能预测模型。将流动物质平衡方程与牛顿迭代法结合,利用平均地层压力逐步更新渗流模型非线性参数,并通过逐次迭代将气水两相模型线性化,获得了模型的半解析解。通过与商业数值模拟软件结果对比以及矿场实例应用验证了模型的准确性,并绘制了气水两相产能预测曲线,分析了敏感性参数对产能的影响规律。研究结果表明,所建立的半解析求解方法能够高效地处理气水两相非线性渗流问题,快速准确地获取致密气井产能预测曲线;致密储层产水严重影响了气井产能,合理的裂缝参数对提高气井产能至关重要;气藏开发过程中应合理控制生产压差,降低应力敏感效应对致密气井产能的影响。     

致密砂岩气藏含气饱和度影响因素分析

对库车前陆盆地深层致密砂岩岩芯孔渗参数测定,分析致密砂岩储层孔渗性与含气饱和度的关系,结果表明:储层渗透率与岩石颗粒粒级存在正相关性,即粒级越小,渗透率越低;储层渗透率与上覆压力存在负相关性,即上覆压力越大,渗透率越小,但上覆压力增大到一定程度后,对渗透率的影响很小;储层含气饱和度与岩石颗粒粒级、储层渗透率之间存在负相关性,即粒级越小、渗透率越低,含气饱和度越高。根据物理模拟实验的结果,初步提出了致密砂岩的渗透率级变和渗透率级变系数的概念。综合分析认为,致密砂岩的非均质性和渗透率级变系数是决定其成藏规模与含气饱和度的主要控制因素,均质性较好的致密砂岩,含气饱和度较高,且局部孔隙度和渗透率相对较好的砂体更容易富集成藏;渗透率级变系数越小含气饱和度会越高,渗透率级变系数越大含气饱和度会越低。