页岩人工裂缝应力敏感评价方法

页岩储层具有低渗致密、无压裂不产气的特点,需要大型压裂改造产生易于气体流动的人工裂缝。为了定量化研究页岩人工裂缝应力敏感性,通过室内相似物理模拟实验,分析了人工裂缝宽度、渗透率、孔隙度随有效应力的变化规律。研究表明:无支撑人工裂缝初始渗透率相差不大,应力敏感变化规律一致,岩心渗透率提高幅度随应力的增加迅速下降,页岩造缝岩心应力敏感性极强;裂缝加入支撑剂后,初始渗透率相差较大,应力敏感性变弱,裂缝导流能力增加巨大;支撑剂破碎后有部分发生了弹性变形,对裂缝表面起到了较好的支撑作用。     

页岩人工裂缝应力敏感性实验研究——以川南地区龙马溪组页岩为例

目前,国内外生产实践均证实,通过控制生产压差有利于降低支撑剂嵌入、破碎及运移程度,最大限度保持裂缝的导流能力来提高气井EUR。但支撑剂容易发生压实、变形、破碎、嵌入及运移等现象,造成页岩人工裂缝表现出较强的应力敏感性。为此,以四川盆地南部地区（以下简称川南地区）龙马溪组龙一12层位岩心为研究对象,基于变流压测试的页岩人工裂缝实验评价技术,开展不同铺砂浓度、排采制度和生产制度条件下渗透率变化规律模拟实验,形成了指导页岩气井排采制度和生产制度优化的原则。研究结果表明：(1)定围压变流压测试方法可以模拟支撑剂变形、嵌入、破碎及运移生产规律,测试过程更符合生产实际;(2)人工裂缝无支撑剂时,渗透率应力敏感程度为中等偏强;人工裂缝铺置支撑剂时,渗透率应力敏感性中等偏弱,且渗透率应力敏感性随支撑剂浓度增加而下降,但下降幅度逐步减小,压裂时要综合考虑裂缝导流能力提升程度、人工裂缝应力敏感性及经济效益等因素优化加砂强度,排采时要控制生产压差避免支撑剂运移;(3)作用在裂缝和支撑剂上的初始应力较大,容易造成人工裂缝渗透率不可逆伤害,应采取油嘴由小到大的方式开展排采测试;(4)有效应力增加幅度越大,人工裂...     

压裂液浸润对页岩储层应力敏感性的影响

页岩储层微裂缝发育,粘土矿物丰富,潜在较强应力敏感性。页岩储层压裂液返排率低,滞留在储层中的压裂液的浸润作用可能使页岩储层应力敏感行为复杂化,从而影响增产改造效果。选取四川盆地南部志留系龙马溪组出露的富有机质页岩,开展支撑与无支撑裂缝的干岩样、压裂液滤液浸润岩样的渗透率随有效应力变化实验。实验结果表明,页岩应力敏感性由强到弱依次为压裂液浸润无支撑裂缝岩样、无支撑裂缝干岩样、支撑裂缝干岩样、压裂液滤液浸润的支撑裂缝岩样。分析认为,压裂液与页岩的物理化学作用会降低页岩裂缝表面强度,使页岩微裂缝更易压缩闭合,强化了页岩的应力敏感性;支撑剂的有效支撑能够减弱页岩的应力敏感性。通过控制压裂液滤失、促进滤液返排、优化支撑剂铺置方式以及确定合理生产压差可有效保护页岩储层。     

西加盆地B气田致密砂岩储层应力敏感评价

描述致密砂岩储层渗透率应力敏感有多种经验公式,根据岩心类型的不同,对各经验公式的应用尚存在争议。依据基质孔隙和裂缝尺度不同,将研究区储层介质划分为"微小孔+裂缝"模型和"中大孔+裂缝"模型2种类型,结合应力敏感实验对经验公式进行验证。实验结果表明,"微小孔+裂缝"模型储层的渗透率随有效应力变化符合幂律式,"中大孔+裂缝"模型符合指数式。Walsh模型的回归结果表明,"微小孔+裂缝"模型拟合结果较好,说明该类储层裂缝对渗透率的贡献起绝对支配作用,渗透率随有效应力变化符合幂律式。     

页岩储层人工裂缝岩样制备方法及应力敏感性

应力敏感性是页岩储层的一个重要特性。由于大量天然裂缝和人工裂缝的存在,其渗透率应力敏感性与铺砂浓度密切相关,准确评价页岩人工裂缝的应力敏感性是一个难题。传统应力敏感性的研究多集中在测试和比较基质岩心、天然裂缝岩心及人工裂缝岩心等方面,对于不同铺砂浓度下人工裂缝的应力敏感性研究较少。因此,提出了一种模拟不同铺砂浓度的页岩岩样制备方法,并以四川盆地龙马溪组典型页岩为例,分别进行了变围压和变流压条件下页岩人工裂缝应力敏感性测试。研究结果表明,支撑剂的加入在大幅度提高裂缝导流能力的同时,有效降低了页岩人工裂缝的应力敏感性。且随着铺砂浓度增加,敏感性逐渐减弱,最终趋于不变;低铺砂浓度下（≤1 kg/m²）,两种测试方法所得结果基本一致;但高铺砂浓度下（>1 kg/m²）,由于存在明显的支撑剂运移现象,变流压测试结果明显高于变围压测试,且随铺砂浓度增加,差异逐渐加大至20%以上。因此,对于高铺砂浓度（>1 kg/m²）页岩人工裂缝应力敏感性的室内评价,为更好地模拟现场实际,应该采用变流压测试方法。     

涪陵龙马溪组页岩储层应力敏感实验研究

国内外对高压页岩储层的应力敏感报道较少。针对涪陵龙马溪组高压页岩储层条件,优选降内压的实验方法,开展了天然裂缝、压裂剪切裂缝和铺砂裂缝等3种裂缝岩样的应力敏感实验。研究结果表明:渗透率随有效应力的增加而降低,初期渗透率快速降低,后期渗透率降低幅度逐渐减小;压裂剪切裂缝页岩岩样的应力敏感程度最强,渗透率平均损害率87%;铺砂裂缝页岩岩样的应力敏感程度最弱,渗透率平均损害率47%。页岩储层渗透率与有效应力符合指数函数关系;涪陵龙马溪组页岩储层的强应力敏感性可较大幅度影响气井的稳产期和累产气量(累产气减少17%)。上述研究成果为涪陵龙马溪组页岩气井合理工作制度和开发技术政策的优化提供了理论指导。     

东营凹陷樊页1井泥页岩储层应力敏感性评价

储层应力敏感的研究可为页岩油藏开发及储层保护方案设计提供重要依据。本文选取樊页1井10块泥页岩岩心,通过实验测得不同有效应力下岩样渗透率和孔隙度的变化,分别对孔隙度应力敏感性和渗透率应力敏感性进行了评价,并分析了矿物组分、微观孔隙结构与应力敏感性的关系。结果表明:樊页1井泥页岩具有强的应力敏感性,且低渗岩样比高渗岩样强,渗透率应力敏感性比孔隙度应力敏感性强;黏土矿物含量高和微裂缝发育是应力敏感性强的主要原因。     

页岩储层有效应力特征及其对产能的影响

应力作用对页岩气开发影响较大,研究有效应力特征对产能的影响具有重要意义。选取四川气田下志留统龙马溪组黑色页岩和层理页岩样品,运用扫描电镜技术对微观孔隙结构特征进行描述,采用Cross-plotting法对岩样的有效应力系数进行测量。实验结果表明,黑色页岩有效应力系数较小,平均为0.29。层理页岩有效应力系数平均为0.71,层理页岩中发育有微裂缝,孔隙压力对微裂缝发育岩样的渗透率影响更大。通过指数函数对有效应力与渗透率变化关系进行拟合,黑色页岩与层理页岩应力敏感常数分别为0.268MPa~(-1)、0.355MPa~(-1),层理页岩应力敏感性更强。在实验研究基础上,建立了考虑应力作用和尺度效应影响的压裂水平井产能模型,利用"废弃压力法"对采收率进行评价,计算结果表明,微裂缝发育储层受应力作用影响较大,针对高产气井应该合理控制生产压差。改造区内压裂断块大小和断块内微裂缝发育程度对采出程度影响较大,针对微裂缝发育程度较低并且压裂断块较大的储层,应实施控压生产,以提高页岩气采出程度。     

裂缝型储层应力敏感与裂缝角度关系实验研究

裂缝型油气藏是目前研究的热点油气藏之一, 储层裂缝发育的复杂性和多样性决定了该类型油气藏开发的困难性,一方面裂缝的存在能够改善渗流通道,但其具有一定的应力敏感特征,会对储层造成一定程度的损害,导致渗透率下降,影响储层的开采效率。 因此,在油气藏开发过程中对裂缝型储层进行应力敏感性评价至关
重要。文章以某高温、高压裂缝型储层为研究对象!通过实验的方法测定了不同围压下渗透率随有效应力的变化规律,对比了人工裂缝和天然裂缝应力敏感性的区别,并分析了裂缝角度与应力敏感系数之间的关系。 实验表明,该区块应力敏感程度中等偏强,人工裂缝的应力敏感程度略高于天然裂缝,应力敏感系数随角度的增加呈线性变化关系。     

含微裂缝低渗储层应力敏感性及其对产能影响

为研究裂缝岩心应力敏感性,通过改变围压的大小来实现岩石受到的有效应力变化,并分别计算不同有效应力下渗透率的变化来评价储层应力敏感性,同时分析了其对产能的影响。研究表明：含微裂缝岩心的应力敏感程度很弱,渗透率变化率低于３０％,敏感曲线分为２ 个阶段：第Ⅰ阶段渗透率下降幅度超过２０％,主要是以发生微裂缝受压闭合的拟塑性变形为主;第Ⅱ阶段渗透率下降幅度低于１０％,该阶段主要以岩石骨架颗粒本体被压缩的弹性形变为主,实际储层的净应力多处于该阶段。因此,应用第Ⅱ阶段来评价含裂缝储层的应力敏感性更符合实际,含微裂缝岩心的应力敏感性均高于基质岩心。经计算可知含微裂缝岩心应力敏感对产能影响较小,由提高生产压差造成的应力敏感不会导致产能的大幅变化。     

裂缝性储层应力敏感性数值模拟——以库车坳陷克深气田为例

针对裂缝性储层应力敏感性的常规研究方法难以做到与实际相符且不能定量分析的问题,采用储层裂缝数值模拟方法,对克深气田裂缝性储层的应力敏感性进行了研究,并分析了应力敏感性的影响因素。研究结果显示:随着有效应力的增加,裂缝的孔隙度和渗透率均随之下降,表现出较强的应力敏感,且裂缝渗透率的应力敏感程度强于裂缝孔隙度,并可采用指数函数对应力敏感曲线进行拟合;储层裂缝孔渗参数的初始值越高,其应力敏感性越强,即相对高渗储层的应力敏感性要强于相对低渗储层;对于低渗透的裂缝性储层,储层岩石塑性越强其应力敏感程度越高;不同充填程度裂缝的应力敏感性由强到弱依次为未充填缝、半充填缝和全充填缝。     

碳酸盐岩储层渗透率应力敏感性实验研究

储层的渗透率应力敏感性在油气勘探开发领域有着重要的研究价值。实验样品选自4类典型的碳酸盐岩储层,制取Φ2.5cm×5cm的基块、天然裂缝和人工裂缝圆柱体样品,开展渗透率应力敏感性及岩石力学实验研究,并分析岩石物性及岩石力学性质对碳酸盐岩储层渗透率应力敏感性的影响。实验表明,碳酸盐岩渗透率应力敏感性可以选用应力敏感性系数法评价,方便于不同区块、不同层位、不同岩性储层应力敏感性的对比;碳酸盐岩基块、天然裂缝和人工裂缝岩样的应力敏感性系数均值为0.22、0.49和0.63,应力敏感程度逐渐增强;碳酸盐岩的应力敏感性系数与渗透率的相关性较差,但整体呈减小的趋势;劈裂法制取的人工裂缝岩样的应力敏感性随机性较大,较难真实地反映天然裂缝岩样的应力敏感性;应力敏感程度与岩石力学性质相关,岩石弹性模量越大应力敏感性越弱;建议加强应力敏感性微观机理及数值模拟研究。     

页岩应力敏感实验与机理

为了研究页岩渗透率的应力敏感现象及其机理,从毛细管、平板裂缝和双重孔隙介质的渗透率应力敏感机理出发,得到了多孔介质渗透率应力敏感系数的通用表达式,并结合下志留统龙马溪组、下寒武统牛蹄塘组页岩岩心的覆压孔渗联测实验,分析了页岩应力敏感的机理。实验结果表明:渗透率应力敏感系数为孔渗幂指数与孔隙压缩系数的乘积,孔渗幂指数表示孔隙的几何特征,孔隙压缩系数反映岩石力学参数和孔隙形状的影响。页岩岩心微裂缝较发育,微裂缝尺度与孔隙尺度相当的岩心孔渗幂指数小于3,微裂缝尺度远大于孔隙尺度岩心的孔渗幂指数大于3;与砂岩相比,实验所用页岩具有较低的孔渗幂指数,但孔隙压缩系数较高,因此页岩的应力敏感较强。     

氧化液作用下富有机质页岩裂缝应力敏感性

页岩中有机质和黄铁矿等还原环境沉积产物易被氧化,氧化溶蚀作用虽有利于改造页岩基质渗流通道,但对裂缝渗透率应力敏感性的影响尚不明确。将川东龙马溪组露头页岩裂缝岩样分别浸泡在蒸馏水和质量分数为15%的氧化液中,分别静置24,48和72 h,取出烘干后测定其渗透率,将浸泡72 h的岩样进行应力敏感性评价及离子组成分析,利用X衍射和扫描电镜分析浸泡前、后页岩组分及结构变化。渗透率测定和应力敏感性评价结果表明:经蒸馏水浸泡的岩样渗透率提高0.42~6.15倍,应力敏感系数为0.514~0.587;经氧化液浸泡的岩样渗透率提高5.53~65.45倍,应力敏感系数为0.482~0.517。离子组成分析和X衍射测试结果显示,白云石和方解石含量大幅减小,黄铁矿甚至完全消失,而粘土矿物、石英和长石含量稳定,说明岩样裂缝面发生了选择性氧化溶蚀。岩样断面观察和扫面电镜图像揭示,氧化液沿页理和裂缝渗入,诱发裂缝萌生、扩展,改善了微纳米级孔隙,证明氧化溶蚀作用促使页岩孔缝溶扩。裂缝面矿物的选择性氧化溶蚀及其诱发的孔缝溶扩,使裂缝闭合过程中仍能保持相对较高的渗流能力,降低了应力敏感损害程度。     

页岩压裂裂缝渗透率的测试与分析

为了提高页岩气体积压裂的有效性,有必要对不同类型页岩压裂裂缝渗透率及其影响因素开展进一步的评价研究。为此,在研究页岩矿物组构特征、储层孔隙与裂缝特征的基础上,对3种不同类型(原位闭合型、剪切自支撑型、单层支撑型)的页岩压裂裂缝渗透率进行测试,并系统研究了页岩储层压裂裂缝类型、裂缝面粗糙度、碳酸盐矿物含量、页岩层理、围压等因素对页岩压裂裂缝渗透率的影响。结果表明:(1)原位闭合型裂缝渗透率与压力的关系符合Walsh理论,随围压增大而减小,其渗透率介于0.13~16.75m D,该类型裂缝不论有没有支撑剂充填和错位,对于提高页岩气储层产能都同样的重要、有效;(2)相对于原位闭合型裂缝,剪切自支撑型裂缝渗透率可提高1~2个数量级(渗透率介于7.53~88.48 m D)、单层支撑型裂缝渗透率可提高2~3个数量级(渗透率介于9.98~771.82 m D);(3)裂缝面粗糙度越大,裂缝渗透率越高,裂缝面分维数与渗透率具有较好的正相关关系;(4)剪切自支撑、单层支撑型裂缝渗透率和压力的关系与Walsh理论存在着一定的偏差,该偏差反映了自支撑点破碎、支撑剂嵌入和破碎等的影响。结论认为,该实验研究成果对于页岩气压裂工艺优选、参数优化具有指导意义。     

裂缝型储层渗透率应力敏感评价及对生产影响

针对裂缝型储层的不同裂缝类型,分别设计和进行了5种裂缝贯穿程度和4种裂缝充填模式的致密岩心渗透率应力敏感性实验,并分析了各种裂缝贯穿程度和裂缝充填模式的岩心渗透率应力敏感性差异。结合一维产能解析模型,分析了裂缝贯穿程度和裂缝充填模式对裂缝型油藏产油量的影响。研究结果表明:裂缝贯穿程度较小时,岩心渗透率应力敏感性主要体现为基质压缩,而随着裂缝贯穿程度增大,岩石应力敏感过程主要包括裂缝闭合和基质压缩2个阶段;岩心流量并不一定随着实验压差增大而简单增大,而是生产压差和岩心渗透率的综合函数。     

裂缝性碳酸盐岩储层应力敏感性实验研究

使用基质渗透率较低的天然致密碳酸盐岩制备裂缝性岩心,采用传统砂岩储层应力敏感性评价与应力敏感修正系数相结合的方法,研究了裂缝性碳酸盐岩岩样的应力敏感程度、在不同有效应力条件下渗透率和逆向渗透率恢复的变化规律,分析了裂缝性储层应力敏感性机理及影响因素。结果表明,经人工造缝后的碳酸盐岩储层岩样具有较强的应力敏感性,且存在着显著的裂缝滞后效应,渗透率发生了永久性伤害,应力敏感损害严重。因此,有必要选用能快速在井壁上形成致密封堵层的钻井液,并增强岩石强度,稳定井壁,提高地层承压能力,减少储层应力敏感损害。     

页岩气藏压裂支撑裂缝的有效性评价

为了了解、掌握页岩气藏清水压裂缝网能够提供的导流能力大小及裂缝的有效性,利用四川盆地某构造的页岩进行了室内裂缝导流能力测试。实验结果表明：支撑剂浓度不足单层的情况时,闭合压力低于30 MPa,导流能力可与一定量的高浓度（多层）情况相当,但支撑剂嵌入和破碎显著增加,其导流能力不稳定,随时间增加可持续降低,闭合压力40 MPa时,20/40目陶粒嵌入程度可达71.8%,闭合压力进一步增大,裂缝将闭合失效;较低硬度的页岩支撑剂嵌入严重,导致低支撑剂浓度裂缝残余支撑缝宽不足,仅增加支撑剂粒径不足以克服嵌入影响,裂缝内需要有足够的支撑剂浓度,形成的缝网不能过于复杂;页岩黏土含量高,支撑剂充填层泥化严重,对支撑裂缝有效性的伤害不容忽视,可变形的树脂覆膜砂在一定程度上解决了支撑剂嵌入和充填层泥化问题。     

考虑岩石变形的页岩气藏双重介质数值模拟

为了准确预测页岩气产能,指导实际生产,通过考虑岩石变形所造成的渗透率变化以及页岩气黏性流、表面扩散、Knudsen扩散等渗流机理,将地质力学效应与流体流动进行耦合,建立综合考虑应力敏感和页岩气多种渗流机理的数学模型,采用离散裂缝模型对地层微裂缝和水力裂缝进行描述,利用有限元方法进行求解。结果表明,在表面扩散与Knudsen扩散的作用下,页岩基质渗透率增加,使页岩气累积产气量增加,而应力敏感效应使得基质渗透率降低,从而导致累积产气量降低。表面扩散系数和Langmuir体积越大或井底压力越低,页岩气累积产气量越高。对于Langmuir体积越高的页岩气藏,通过降低井底压力进行开采,更有开发潜力。新建模型的模拟结果与实际历史生产数据拟合效果较好,验证了所建模型的准确性。     

支撑剂沉降规律对页岩气压裂水平井产能的影响

压裂工艺后支撑剂的分布及裂缝形态对页岩气井的产能有很大影响。为了研究支撑剂沉降规律,建立了综合考虑页岩气吸附解吸附及应力敏感的气藏数值模型,并在模型中提出了表征支撑剂沉降的方法。通过对比分析不同射孔位置、不同沉降程度、裂缝导流能力、储层基质渗透率等参数变量,考虑了支撑剂沉降的页岩气藏压力分布和产能特征,得出影响支撑剂沉降后气井产能的主控因素。结果表明,支撑剂沉降大幅度降低了气井产能;考虑压裂过程中支撑剂运移沉降,应在油气藏中下部进行射孔;页岩气藏裂缝导流能力达到4 μm2·cm即可满足气井的有效开采,选用40/70目支撑剂进行压裂施工,建议优先造主缝;基质渗透率越高,支撑剂沉降对气井产能影响越大,高渗带要采取防止支撑剂沉降的措施。此模型考虑了支撑剂沉降的特性,对页岩气井产能的预测和现场压裂施工具有重要指导意义。