低渗透储层应力敏感性研究进展及展望

随着常规油气资源量日益减少,低渗透储层已逐渐成为油气勘探开发的重点。低渗透储层具有较强的应力敏感性,严重制约着其经济开发与管理。主要从实验评价方法、流固耦合模型及油气藏产能方程3个方面对国内外低渗透储层应力敏感性研究进展进行总结。分析表明,基于原地应力的评价方法和多项式本构关系具有较高的评价精度;融合流固耦合理论和油气藏产能方程的数值模拟软件开发及注水能力预测将是未来发展之热点。指出仅基于唯象学和纯粹的理论推导无法从本质上揭示应力敏感机理,应着力把实验数据、理论公式及储层物性耦合起来,建立一个全面的应力敏感性评价系统;对于裂缝性储层,构建合理的裂缝面结构模型及缝面接触计算机模拟方法,由单条裂缝逐渐过渡到裂缝网络,并考虑天然裂缝与水力裂缝之间的相互作用机理是目前该领域亟待突破的瓶颈。     

裂缝性非均质致密储层自适应应力敏感性研究

裂缝性致密储层具有非均质性强、应力敏感性强等特点,需明确储层非均质性及裂缝应力敏感性对生产的影响。为此,利用基于投影的嵌入式离散裂缝模型来表征复杂裂缝,结合应力敏感定量表征模型,建立了同时考虑基质和多尺度裂缝非均质性的应力敏感数值模型,自适应获得应力敏感特征曲线。模拟分析结果表明,强非均质致密储层不能忽略基质的应力敏感性,应力敏感性对生产早期的影响较大,以压裂裂缝的影响为主,随着生产逐渐过渡到基质,储层应力敏感性逐渐降低;早期生产压差过大,会造成储层应力伤害,不利于长期生产;不同充填程度的多尺度裂缝在储层中的分布模式对产能有直接影响,充填程度越低,裂缝尺度越大,产能越高。研究结果为致密裂缝性储层合理配产和开发方案优化提供了理论依据。      

裂缝性储层应力敏感性研究

因储层流体压力变化,致使储层岩石受到的有效应力发生变化,引起储层渗透率改变,这种现象称为应力敏感性。该敏感性主要与储层岩石的岩性和裂缝特征等因素有关。利用人造裂缝岩样研究了裂缝性储层的应力敏感性损害。结果表明,随着有效应力的增加,裂缝性岩样的渗透率、孔隙度和裂缝宽度下降幅度比较大,但随着有效应力的进一步增加,其下降幅度逐渐减慢,裂缝性储层的渗透率和裂缝宽度与有效应力呈指数关系变化;裂缝性储层存在严重的裂缝滞后效应,即裂缝性储层发生了应力敏感性损害后,即使减小有效应力也不能使裂缝性储层的渗透率恢复到原来的值。     

基于可视缝宽测量的储层应力敏感性评价新方法

储层应力敏感性在储层保护、产能预测、油气田开发方案制定等方面有着重要的研究意义。利用加载岩石微观图像分析装置,研究了致密碳酸盐岩在不同围压下的裂缝宽度和渗透率分布特征及变化规律,结合常规的储层应力敏感性评价实验,探讨了储层应力敏感性的裂缝宽度特征值。研究表明:①裂缝压缩过程具有自相似性,裂缝宽度在围压(0~20 MPa)增加后仍呈正态分布;②窄裂缝比宽裂缝对围压变化更敏感,但宽裂缝绝对变化量大;③宽裂缝宽度控制并反映了致密岩石渗透率的整体变化特征,岩样90%的渗透率由仅占10%的宽裂缝所决定;④裂缝宽度累积分布曲线上纵坐标为90%所对应的缝宽,可以用来评价裂缝性致密储层的应力敏感性,同常规应力敏感性评价结果较为一致。     

火成岩裂缝性储层应力敏感性实验研究

建立了一套裂缝性油藏应力敏感性和裂缝滞后效应评价实验程序,提出了评价应力敏感性和裂缝滞后效应的量化指标。利用该评价程序对火成岩裂缝性岩心进行了应力敏感性和裂缝滞后效应评价。实验结果表明,不同类型裂缝性岩心的应力敏感性和裂缝滞后效应变化规律不同。对于火成岩裂缝性油藏,应制定合理的施工方案,尽量采用近平衡压力钻井,在开发过程中应控制采油速度,避免裂缝滞后效应和应力敏感性损害。     

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。     

裂缝型碳酸盐岩应力敏感性评价室内实验方法研究

裂缝是致密碳酸盐岩储集层中油气的主要渗流通道。在裂缝型岩石中 ,应力变化的影响主要体现在裂缝的形变上 ,一旦发生裂缝闭合 ,将会严重影响油气产量。因此 ,在实验室进行裂缝型岩石应力敏感性的研究 ,对保护储层 ,制定合理的生产方案是非常有意义的。本文利用裂缝型碳酸盐岩样进行了应力敏感性评价实验方法的初步研究 ,并且给出了应力敏感性的概念 ,提出了几种实验方法 ,并在进行理论分析和实验结果比较的基础上 ,确定了应力敏感性评价的实验方法。文中给出了实验设备、流程、实验步骤及实验结果分析 ,并得到一些初步结论 :应力与渗透率呈反比关系 ;裂缝渗透率急剧降低的临界压力约在 2 .5～ 3.0MPa左右。文中还提出了保护储层的方法     

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。     

酸蚀对碳酸盐岩储层应力敏感性影响研究

钻完井、开发和增产措施等作业过程中,储层孔隙结构和裂缝宽度常随有效应力变化而变化,影响储层渗透率,甚至可能产生应力敏感损害.为模拟酸化酸压过程储层应力敏感性变化,以三叠系雷口坡组碳酸盐岩储层为对象,通过实验对比研究了酸蚀前后裂缝碳酸盐岩应力敏感性及裂缝宽度敏感性,并根据应力敏感系数及相关标准对应力敏感损害程度进行评价,为钻井屏蔽暂堵技术筛选配方提供依据,同时也为今后中途测试、试油压差选择及生产制度制定等提供数据参考.     

层理影响下裂缝三维垂向扩展模式数值模拟

新疆某区块储层具有非均质性强、天然层理面发育和应力分布不均匀等特点,含层理面储层在复杂应力条件下裂缝垂向扩展模式显著影响穿层压裂效果。基于有限元方法和内聚力模型,建立了含层理面的三维流固全耦合数值模型,系统研究了不同应力组合和层理面影响下水力裂缝垂向扩展形态,明确了含层理储层裂缝穿层扩展模式,形成了复杂应力组合下裂缝穿层形态预测图版。模型模拟结果与已发表物模实验结果一致,验证了模型的可靠性。研究结果表明：垂向应力越小,裂缝越容易激活层理面,当垂向应力小于18 MPa时,裂缝沿着层理面扩展;水平应力差越大,裂缝受到层理面的阻碍作用越大,水平应力差大于3 MPa时,裂缝更容易被层理面捕获而沿着层理面扩展;层理面抗拉强度越大,裂缝更倾向于贯穿层理面扩展。研究结果可为层状储层穿层压裂设计提供理论指导。     

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。     

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为了搞清异常高压气藏岩石渗透率应力敏感特性，通过克拉2气田的岩心渗透率应力敏感性实验，得到了不同物性岩样的渗透率随有效覆压变化的规律，建立了以地面条件下空气渗透率为基准的不同有效覆压下渗透率的模型——幂函数模型，获得该气藏岩石空气渗透率与应力敏感性系数的关系式。该模型简单实用，其中应力敏感性系数的大小与岩石物性有关；该关系式克服了前人根据岩石物性范围分组表示岩石应力敏感性而导致不连续的缺点。实测结果还表明：克拉2气藏岩样应力敏感性高于大庆油田气藏的岩样，具有异常高压气藏岩石应力敏感性强的特点。     

考虑应力敏感和吸附的页岩表观渗透率模型

页岩气流动存在明显的多尺度效应,而应力敏感和吸附现象的存在使得页岩气的渗流机理更为复杂。 基于 Beskok-Karniandakis 模型,推导了考虑应力敏感和吸附的页岩表观渗透率计算模型。利用该模型进行计算并分析了应力敏感和吸附对页岩表观渗透率的影响。 当页岩孔隙半径大于 5 nm 时,应力敏感对表观渗透率的影响占主要地位,应力敏感和吸附综合作用下的页岩表观渗透率随压力降低呈先降后升的趋势;当孔隙半径小于 5 nm 时,应力敏感导致的渗透率损失要小于气体解吸和滑脱引起的渗透率增大,页岩表观渗透率随压力降低而增大。     

超低渗浅层砂岩油藏储层非线性渗流模型

以鄂尔多斯盆地渭北地区延长组浅层超低渗砂岩油藏为研究对象,基于储层岩石的应力-应变关系及应力敏感性实验研究认为,流体在渗流过程中,启动压力梯度是动态变化的。利用介质变形、应力敏感性及动态启动压力梯度等参数,采用实验方法、线性回归方法和对比法,根据非达西渗流方程,建立了超低渗浅层砂岩油藏渗流模型。结果表明:超低渗浅层砂岩油藏应力敏感模型与正常埋深储层的应力敏感性模型相似;相对于考虑静态启动压力梯度的超低渗砂岩油藏渗流模型,考虑动态启动压力梯度的超低渗砂岩油藏渗流模型,在同一泄油半径内日产油量小,并且随着泄油半径的增加,日产油量减小幅度越来越大,生产井"压降漏斗"变小、变缓。此结果与油田生产实际相吻合。     

异常高压低渗透气藏储层应力敏感性对气井产能的影响

异常高压低渗透致密气藏由于其自身的地质特征,在衰竭式开发过程中表现出较强的储层应力敏感,特别是渗透率应力敏感会明显影响气藏的开发效果。在渗流力学理论基础上建立了考虑应力敏感的三维气、水两相流数值模型,并编写了相应的数值模拟软件。模拟计算结果表明：随压力下降,岩石形变对低渗透储层的影响明显要高于对高渗透储层的影响;储层渗透率越低,应力敏感就越强,导致气井所需生产压差就越大,使得气井对地层能量的利用率越低,故由应力敏感所导致气井产能的损失就越大;异常高压气藏由于原始地层压力高,有效应力变化范围大且变化的下限低,导致储层岩石具有更强的应力敏感。因此在异常高压、低渗透、特低渗透气藏开发中应充分考虑储层应力敏感的影响,并针对不同渗透率的储层制订相应的开发对策,使开发方案能更加准确地指导该类气藏的开发。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩裂缝应力敏感实验

裂缝网络是页岩气有效开发的基础,为研究页岩裂缝渗透率在有效应力作用下的变化规律,选取具有代表性的四川盆地龙马溪组页岩样品,通过实验考察了基质、微裂缝和人工裂缝渗透率对应力的敏感程度,总结了孔渗幂指数模型、Gangi模型和Walsh模型对裂缝渗透率的拟合和修正结果,并探讨了支撑裂缝和裂缝滑移降低应力敏感性的作用机理。研究结果表明,微裂缝和人工无填充裂缝的渗透率的应力敏感最强,随着有效应力的增加呈指数式递减,Gangi模型和Walsh模型的拟合精度都在97%以上,参数分析结果表明可通过增加裂缝面的粗糙度和向裂缝加入支撑剂来降低其应力敏感系数。有支撑和滑移裂缝的应力敏感性最低,仅仅在一定应力范围内满足Walsh模型。高应力状态下,优选强度较高、耐压性好的陶粒支撑剂有利于提高裂缝的导流能力,而裂缝滑移在一定程度上比裂缝支撑剂更能增加裂缝渗透率,因此在水力压裂模型中应该考虑设计裂缝滑移来降低裂缝的应力敏感性。     

煤层气储层应力敏感性定量表征及影响因素研究

煤层气储层应力敏感性较强,对煤层气开发具有重要影响。采用不同区块天然煤样开展应力敏感性室内实验,应用应力敏感性系数和渗透率伤害系数2个参数评价了各煤样应力敏感性程度,并研究了煤阶、渗透率和储层气体压力等参数对煤岩应力敏感性的影响。结果表明：镜质组反射率R_o<1.7%时,煤阶越低,应力敏感性程度越大,渗透率伤害程度越高;而镜质组反射率R_o>1.7%时,煤阶越高,应力敏感性程度越大,渗透率损害程度越高;煤岩初始渗透率越高,应力敏感性系数越低,应力敏感性越弱,利用初始渗透率与其应力敏感性系数之间的经验公式可以估算煤岩应力敏感性,方便现场应用;储层气体压力越低,渗透率越高,越有利于煤层气开发,而煤岩应力敏感性系数和渗透率伤害系数也略高,需预防应力敏感性造成的渗透率伤害。     

渗透率应力敏感效应对气水井产能的影响

在许多水驱气藏中,地层流体的产出使气藏孔隙压力降低、地应力增大,导致储层渗透率、产能大幅度降低,基于岩石渗透率与有效应力之间的关系,同时考虑高速紊流惯性阻力的作用,文中建立并求解了应力敏感效应下的气水井稳定渗流产能模型,对影响气水井产能的应力敏感、气水比、高速紊流、表皮效应等因素进行了分析。研究结果表明：渗透率应力敏感效应在含水气藏中的影响不容忽视,采用考虑应力敏感效应的气水两相渗流模型,可以解释常规方法无法解释的气水井产能试井数据。     

应力敏感低渗气藏非线性渗流特征研究

低渗透气藏开发过程中,因储层压力的下降所引发的渗透率应力敏感性不可避免。为了研究应力敏感条件下低渗气藏非线性渗流特征,基于Forchheimier二项式运动方程,建立了低渗气藏产能和地层压力分布非线性渗流模型,通过实例计算分析了气井产能、地层压力和渗透率分布特征。研究结果表明:应力敏感系数越高,气井产量降低幅度越大,地层压力损失主要集中在井底附近较小的范围内;压敏效应使渗透率在井底附近损失严重,应力敏感系数越大,渗透率降低幅度越严重。研究成果对应力敏感气藏的产能预测和现场生产指导具有一定的实用价值。     

开关井不同程度应力敏感效应对井底压力动态的影响

依据渗流实验建立的应力敏感效应经验关系式,从渗流力学基本理论出发,建立了考虑渗透率应力敏感、井筒储存效应和表皮效应影响的均质气藏试井分析数学模型。应用摄动技术和拉普拉斯变换方法求解数学模型,据此研究应力敏感性气藏的渗流特征以及开关井不同程度应力敏感效应对井底压力动态的影响。研究表明,随着渗透率应力敏感效应的增大,压降压力导数曲线向上翘起的幅度增大,而压恢压力导数曲线则可能出现下掉。当升、降压对渗透率的应力敏感不可逆时,升压过程不能使渗透率完全复原,其压力恢复的程度则更低。