低渗透储层应力敏感分析

实验研究了低渗透岩石有效围压与渗透率之间的关系，以原始储层有效应力（上覆岩层压力与原始储层孔隙压力之差）为有效围压基准来评价低渗透储层的应力敏感性。实验结果表明：此应力敏感评价方法比较接近储层岩石的真实应力状态，得到的应力敏感伤害能反映真实的地层情况；有效围压与渗透率间满足二次多项式的关系；岩石的弹塑性变形使得压敏伤害是永久且不可逆的。理论计算表明，在实际生产中井底存在渗透率漏斗，压敏效应对气井影响显著。恒速压汞测试喉道结构结果说明储层的喉道分布特征决定了岩石的应力敏感程度。     

储层应力敏感实验评价方法的误差分析

目前国内外对低渗透储层岩石渗透率应力敏感性的评价方法主要是以岩心实验为主,而实验条件与实际地层条件有较大的差别。为此,运用岩石力学理论对储层上覆岩层进行力学分析,建立了储层开发过程中上覆岩石压力的计算方法,提出了储层上覆岩石压力修正系数。研究结果表明：目前关于储层上覆岩石压力的计算方法是按照流体力学的传压方式,适用于研究对象是流体或者研究区域无穷大,而实际储层之上的地层均为具有抗弯、抗剪能力的岩石,具有相互的约束力,并且气井在生产过程中压降漏斗是有限的,即上覆岩石压力是作用在限压力降区域,故而上覆岩石压力的计算公式存在较大误差,从而导致应力敏感评价误差较大;所提出的修正系数表示储层上覆岩层本身所具有的抗弯及抗剪强度,并对储层多孔介质的有效应力进行了修正;现行的实验过程中,岩石围压始终保持在一个恒定值并压在岩心上,这与实际地层情况不符,实验结果在一定程度上夸大了应力敏感的影响。     

上覆压力与流体压力和骨架应力之间的关系式

认为上覆岩层压力（ｐｏｂ）等于流体静压力（ｐｆ）和岩石骨架应力（ｐＧ）之和，是不严密的，这可以导致许多错误。在考虑了岩石物理性质和力学平衡原理的基础上，重新建立了以上三种力的关系式：ｐｏｂ＝Φｐｆ＋（１－Φ）ｐＧ，这是一个与孔隙度（Φ）有关的复杂代数和。该式比较严密，将在石油工程计算以及实验研究中起重要作用。     

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随着油气田勘探工作的日益深入，近年来在我国发现大量深层气藏和凝析气藏，尤其在塔里木地区。为了搞清塔里木油田深层气藏岩石渗透率应力敏感特性，通过塔里木油田岩心渗透率应力敏感性实验，研究了深层岩石的有效覆压与渗透率的关系，分析了渗透率应力敏感特征与机理。实验结果表明：随着有效覆压增加岩石孔隙结构和骨架结构发生变化，会引起岩石渗透率的下降；岩石渗透率越低或有裂缝存在，应力敏感特性表现更强烈；随着异常高压气田开发过程的进行，地层压力逐渐下降，进而诱发岩石渗透率损失是不可逆的。     

低渗透油气藏应力敏感性评价实验新方法

为了研究地层压力的变化对低渗透油气藏孔隙度和渗透率的影响程度，采用室内实验与理论研究相结合的方法，对中原文东油田天然岩心进行了地面条件和地层条件应力敏感性实验。实验结果表明：孔隙度对应力不敏感；渗透率变化结果差别较大，地面条件实验所得的渗透率损害率约为地层条件的2—4倍，说明地面条件下的实验结果不能真实再现油气藏的应力敏感性，以往实验中单纯乘以系数0．61的处理方法不合理。低渗透油气藏应力敏感性评价实验应采用新方法，即模拟地层条件，将实验岩心加上围压（模拟上覆压力）和回压（辅以形成油层压力），通过改变内压（模拟油层压力），来达到改变净覆压的目的，测定不同内压下的渗透率，判断应力敏感性。     

乌石低渗砂砾岩油藏应力敏感实验研究

为弄清乌石低渗砂砾岩油藏开发过程中岩石应力敏感的变化规律,以WS17-2油田的WS17-2-9井区为例,选取不同物性岩心样品,开展定覆压的应力敏感实验研究。首先根据现行标准、油藏上覆岩层压力和原油饱和压力设计了实验有效应力范围,然后分别测试了不同有效应力下降内压和升内压的岩石渗透率,最后定量评价了实验初始有效应力和油藏初始有效应力下的岩石应力敏感伤害程度。结果表明:随有效应力的增加,岩石渗透率先急剧降低而后缓慢降低;应力敏感对岩石渗透率的伤害是不可逆的,而且岩石物性越差,伤害程度越严重。此外,油藏条件下的应力敏感远小于现行标准的实验测试结果,只要乌石油藏开发过程及时补充地层能量,应力敏感的不利影响基本可以忽略。     

基于三维地应力的渗透率转换方法

储层渗透率的测量及其储层条件下的转化方式是油藏工程研究的重要内容.随着储层岩石有效应力的增加,储层岩石孔隙半径减小,渗透率降低,地面测量的岩石渗透率比地层条件下的渗透率高.为将地面测量的渗透率应用于油藏工程,须将其换算到储层条件.根据岩石在地面和地层条件下的应力状态,研究了地面一地下渗透率的转换方法,该方法采用三维地应力,克服了仅采用上覆地层压力的不足.胜利油区渗透率覆压实验校正结果表明,仅采用上覆地层压力计算的渗透率转换值,比采用三维地应力计算的渗透率转换值明显偏小.对于中渗透地层,三维地应力的渗透率转换方法与原方法差别不大,对于低渗透地层,基于三维地应力的渗透率转换方法的计算值比原方法增大约10％.     

川西深层气藏岩石应力敏感特征及对产能影响

为了解致密砂岩储层生产过程中有效覆压变化对渗透率的影响特点,在不同有效覆压水平下,进行了致密砂岩岩样渗透率实验.实验结果表明:致密砂岩岩样的渗透率随有效应力的增加而减小,但减小趋势中存在一个拐点区间,拐点区间前渗透率随有效覆压的增加下降幅度较大,拐点区间之后则下降幅度趋于平缓.压力恢复实验则显示了岩石由于部分塑性变形导致的应力敏感伤害成为一种永久的、不可逆的伤害.通过对实验数据进行拟合分析,建立起了有效覆压与渗透率之间的乘幂式关系.在平面径向流假设条件的基础上,考虑储集层应力敏感性影响,推导出了新的产能方程,定量计算分析了应力敏感对气井产能的影响,对深入研究川西地区致密砂岩气藏开发动态和气田配产方案具有一定的指导意义.     

低渗砂岩储层岩石应力敏感实验与理论研究

Terzaghi有效应力是外应力减去内压的差值，因此，增加同样大小的围压和降低同样大小的内压其有效应力的变化大小是一样的。实验室通过改变外压来改变净应力，和实际开采过程中围压不变降低孔隙流体压力改变净应力，测定的孔渗随净应力变化的结果是一样的。改变外压测定孔渗随净应力变化，得到的结论是低渗岩心比中高渗岩心对净应力和有效应力更敏感，而孔隙度对它们均为弱敏感。通过引入双重有效应力理论，对开采过程中有效应力随净应力的变化关系进行了重新校正和评价。结果表明，低渗岩心虽比中高渗岩心对有效应力更敏感，在衰竭开采过程中，净应力变化虽然很大，有效应力的变化率非常小，导致低渗透砂岩储层渗透率和孔隙度基本不变。     

低渗透储层应力敏感系数统一模型

低渗透储层应力敏感性的研究虽已引起中外学者的关注,但目前仍未形成统一认识。为了更准确地描述低渗透储层的应力敏感性,通过保持围压不变、改变流体压力的实验方法,研究了低渗透储层渗透率随有效应力的变化规律及其影响因素。在此基础上,按照岩石压缩系数的定义方法,提出了渗透率应力敏感系数的概念,在综合考虑孔隙结构、有效压力及滞后效应等参数的基础上,结合分形理论,建立了应力敏感系数的统一模型。结果表明,渗透率随有效压力的增加呈阶梯状减小,且与孔隙结构及有效应力加压方式有关;渗透率应力敏感系数可以定量表征储层渗透率随有效应力变化的敏感程度,其值越大说明储层敏感性越强;所建模型考虑了岩石内部孔隙结构、外部有效应力变化及滞后效应等多种因素的综合影响,可以全面表征储层的应力敏感性,并预测不同孔隙结构岩石的渗透率随有效应力变化的规律。     

利用声波时差检测地层孔隙压力的新方法

分析了声波时差资料的影响因素,介绍了进行预处理的方法,并根据有效应力定理,利用声波时差资料建立了地层岩石应力-应变关系的物理模型和压力计算的力学模型。计算过程为:1.利用声波时差测出声速;2.利用声速求出有效应力;3.利用密度测井方法计算出上覆岩层压力;4根据上覆岩层压力和有效应力求出地层孔隙压力。通过在塔里木盆地的大宛齐、羊塔克等地区的应用研究表明,预测粘度高,满足工程要求。该方法与"传统方法"相比,其最大特点是不需建立趋势线,大大减少了人为因素对检测结果的影响,适用于连续和非连续沉积地层的压力评价需要。     

压力对低渗透岩心渗透率测试的影响

低渗透气藏岩心渗透率测试中，上覆压力、净上覆压力和孔隙压力都极大地影响着渗透率的准确测量。只有尽可能地恢复其地下应力状态，建立一个相适宜的上覆压力及孔隙压力平衡系统，保证作用于岩石上的恒定净上覆压力，方能得到准确的结果。     

变围压循环下低渗透致密砂岩有效应力方程研究

采用了修正的析因设计方案,对低渗透致密砂岩进行了有效应力方程的实验研究。实验方案中包含多个循环,每个循环都是在孔隙流体压力不变,增加和降低围压的方式下进行。用稳态法采集各测点的渗透率,并用响应面法进行数据处理分析。结果表明,有效应力系数随着围压的增加而减小,随着孔隙流体压力的增加而增大。在实验研究范围内,有效应力系数的最大值不超过0.88,当围压大、孔隙流体压力小时,有效应力系数远小于1.0,表明孔隙流体压力对渗透率变化的影响变得很小。用响应面方法获取的有效应力系数确定了有效应力,建立了渗透率与有效应力的关系,与传统有效应力的概念相吻合。     

Fracture gradient prediction: an overview and an improved method

Abstract The fracture gradient is a critical parameter for drilling mud weight design in the energy industry. A new method in fracture gradient prediction is proposed based on analyzing worldwide leak-off test (LOT) data in offshore drilling. Current fracture gradient prediction methods are also reviewed and compared to the proposed method. We analyze more than 200 LOT data in several offshore petroleum basins and find that the fracture gradient depends not only on the overburden stress and pore pressure, but also on the depth. The data indicate that the effective stress coefficient is higher at a shallower depth than that at a deeper depth in the shale formations. Based on this finding, a depth-dependent effective stress coefficient is proposed and applied for fracture gradient prediction. In some petroleum basins, many wells need to be drilled through long sections of salt formations to reach hydrocarbon reservoirs. The fracture gradient in salt formations is very different from that in other sedimentary rocks. Leak-off test data in the salt formations are investigated, and a fracture gradient prediction method is proposed. Case applications are examined to compare different fracture gradient methods and validate the proposed methods. The reasons why the LOT value is higher than its overburden gradient are also explained.     

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在钻井、完井和增产改造等各种作业过程中，近井地带由于钻井完井液的侵入，含水饱和度升高，且有效应力也发生变化，二者综合作用使气层有效渗透率大幅度降低。文章选取鄂尔多斯盆地上古生界典型致密砂岩样品，进行了恒定有效应力不同含水饱和度下气相渗透率实验、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，含水饱和度升高对致密砂岩气相渗透率损害严重；水的存在加剧了致密砂岩应力敏感程度，且含水饱和度越高应力敏感性越强；干岩样在3 MPa围压时的渗透率大约是40~50 MPa围压下含水饱和度为45%时气相渗透率的10~3000倍，将常规测量渗透率校正为原地条件下渗透率要考虑有效应力和初始含水饱和度的影响，防止滤液侵入对于致密气层的保护具有十分重要的意义。     

中国含油气盆地中的超压体系

随着石油勘探程度的提高及钻探深度的加深,我国含油气盆地中超压体系陆续地被揭露出来。目前已发现29个地区具有超压,而且发现它们与油气有密切的关系。一般超压体系就是烃源岩,但也可以作为盖层,对下伏油气藏起压力封闭作用。超压又是油气运移的原动力,它迫使地下流体通过水力压裂断层或各种输导层,由高势区向低势区运移、聚集。强超压储层(压力系数>2)成藏比较困难,从理论上讲除非周围泥岩(烃原岩)压力系数比储层还大,也可成藏。经考察在一些特定的地质条件下强超压储层也可以成藏,所以在具有超压体系的含油气盆地中,首先应搞清超压体系的成因分布规律,特别注重那些压力、温度正异常区,因为无论是在平面上,还是在纵向上这些异常区,都是压力突破点,代表地下流体主泄露区,是油气最有利的聚集区,应作为勘探的靶区。     

苏里格气藏岩石应力敏感性研究

在气藏的生产过程中,随着流体的产出,净上覆岩层压力不断升高,储层孔隙结构因受到压缩而发生改变,导致渗流速度降低,使油气井的产能下降。在模拟地层温度及应力条件下,分析了苏里格气藏小岩心和全直径岩心渗透率与净上覆岩层压力之间的关系,研究了小岩心与全直径岩心的应力敏感性。结果表明:岩心渗透率均随上覆岩层压力的升高而逐渐降低,且随净上覆岩层压力的增大,渗透率下降的幅度逐渐变小,并表现出明显的渗透率滞后效应;苏里格气藏岩石的渗透率损害程度或应力敏感性属于中等;全直径岩心的应力敏感性较小岩心弱。     

高柳地区新近系地层压力和温度对岩石物性的影响

黄骅坳陷北部南堡凹陷高柳地区明化镇组、馆陶组砂岩属疏松、固结程度较差的储集层，岩心实验结果表明，随着净上覆地层压力（净覆压）的增加，岩石的孔隙度、渗透率均不同程度地降低，并且渗透率的变化幅度远大于孔隙度。与常规岩心分析结果相比，油藏条件下（净覆压大于20MPa）孔隙率约减小3％－10％，渗透率约减小12％－70％。通过研究建立了高柳地区孔隙度、渗透率的净覆压校正关系式，分析得出孔度、渗透率与净覆压之间呈指数函数关系的结论：在净覆压增大的同时，地层温度对该地区岩石物性的影响可以忽略。