储气库碳酸盐岩裂隙微粒运移实验模拟

储气库井在注采过程中因注采压力过大可能诱发微粒运移,为此,选用储气库碳酸盐岩储层岩心制取人工裂缝岩心,分别开展了应力敏感实验、干燥岩心和含水岩心气体速敏实验、模拟储气库注采压力增加时干燥岩心和含水岩心的流动实验,测试了实验过程中岩心渗透率,并借助扫描电镜对模拟储气库注采压力增加时和应力敏感实验前后岩心的裂缝壁面进行检测,揭示储气库注采过程中微粒运移机理。实验表明:干燥岩心和含水岩心的速敏程度分别为中等偏弱—中等偏强和中等偏强—强,岩心应力敏感程度为弱—中等偏弱;模拟储气库注采压力增加时干燥岩心和含水岩心的平均渗透率损害率分别为77%和84%。研究认为,注采过程中的裂缝壁面的微粒在高速气流拖拽作用下发生拉张破坏和有效应力下岩石被破坏是微粒运移的重要诱发机制,含水情况下岩石强度弱化,会强化微粒运移。建议合理控制注采压力和减少流体进入储气库井,防止产生大量微粒,最终影响储气库的多尺度注采,同时对于合理控制储气库的注采压力具有借鉴意义。     

碳酸盐岩应力敏感性对有效应力作用时间的响应

有效应力作用时间是影响岩石孔隙结构变形的重要因素。然而前人的研究鲜有提及有效应力作用时间对应力敏感性的影响。文章以某典型碳酸盐岩油气藏为研究对象,开展考虑有效应力作用时间的应力敏感性实验,并与常规实验结果进行了对比。结果表明,随有效应力作用时间的增加,岩样渗透率降低,且裂缝岩样较基块岩样渗透率降低幅度明显,2h基块岩样降低3％～5％,裂缝岩样降低4％～10％;与常规实验相比,考虑时间因素的基块和裂缝岩样应力敏感程度分别增加一个等级。分析认为,在有效应力长时间作用下岩样发生弹-塑性形变,孔喉及裂隙缩小幅度更加显著,导致渗透率进一步降低,应力敏感程度增强。     

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。     

孔隙型与裂缝-孔隙型碳酸盐岩储层应力敏感研究

与砂岩储层应力敏感性研究深入程度相比,碳酸盐岩储层应力敏感性研究只是最近几年来才引起重视。以川东北三叠系飞仙关组典型孔隙型及裂缝—孔隙型碳酸盐岩储层为对象,通过实验对比研究了两类储层的应力敏感特性,采用应力敏感系数评价应力敏感程度,从孔隙结构和裂缝特征阐述了二者应力敏感行为的差异。研究表明,裂缝—孔隙型储层岩样应力敏感系数比孔隙型的大。前者应力敏感程度为中等偏强,后者应力敏感程度为弱。孔隙型岩样的形变基本上属于弹性形变。裂缝—孔隙型岩样的形变属于塑性形变的范畴。有效应力增加时,裂缝首先被压缩闭合,然后是孔隙发生形变     

东濮凹陷低渗气藏储层应力敏感性分析

东濮凹陷低渗气藏储量约占该区天然气储量的50%.气藏储层埋藏较深,具有低孔-低渗的物性特征,易受储层应力敏感性影响.以桥口低渗气藏为例,在不同压力下,实测了6个基块岩样和5个实施了人工造缝岩样的渗透率,采用应力敏感性系数评价方法,评价了储层应力敏感性对储层的损害程度.基块岩样的应力敏感性较弱,人工缝岩样应力敏感性为中等偏强.人工缝的应力敏感系数普遍高于基块的应力敏感系数,说明裂缝的存在增加了应力敏感程度.因此,在压裂、测试及生产过程中,应充分考虑储层裂缝和基块的应力敏感性,尽量减少应力敏感性对储层的损害.     

低渗透储层应力敏感性控制因素研究

应力敏感是造成低渗透油气田储层损害的主要原因之一,科学客观地评价应力敏感对于保护低渗透储层有着重要的意义。以姬塬油田低渗透储层为例,开展了基块岩样和人工造缝岩样应力敏感性实验。结果表明,基块岩样为弱应力敏感性,裂缝岩样为强应力敏感性。在外力作用下,岩石的本体变形和结构变形是产生应力敏感的主要原因。岩石的结构变形主要受孔隙度、岩石颗粒的接触方式、岩石颗粒的胶结情况、粘土矿物产状以及裂缝发育程度等因素影响;岩石的本体变形主要受岩石组分影响。岩心柱塞尺度微裂缝出现频度较低、粘土矿物"绿泥石包壳"发育及其良好的保护孔隙作用是基块岩样表现为弱应力敏感性的重要控制因素。     

裂缝－孔洞型碳酸盐岩储层应力敏感性实验研究

油气储集层具有应力敏感性,以往研究多关注于孔隙型储层和裂缝型储层的应力敏感性,而缝洞型储层的应力敏感性研究鲜见报道。以塔河油田裂缝-孔洞型碳酸盐岩储层为对象,选取天然缝岩样、人工缝岩样、单孔洞岩样和双孔洞岩样,开展应力敏感性实验研究。研究区选取的4组12块岩样的实验结果表明,天然缝岩样、人工缝岩样、单孔洞岩样及双孔洞岩样应力敏感系数分别为0.64、0.75、0.58和0.61,应力敏感程度分别为中偏强、强、中偏强及中偏强。岩样卸载60h后,渗透率最终恢复率分别为69.84%、4.36%、11.86%和38.75%。研究表明,孔洞的存在弱化了裂缝岩样应力敏感程度。孔洞的发育又增加了钻井完井液漏失损害的控制难度。     

超深致密砂岩储层裂缝壁面出砂机理及其对应力敏感性的影响

致密储层渗透率的应力敏感性问题一直是致密油气藏开发的研究热点。选用塔里木盆地超深致密砂岩气藏井下岩心样品制取裂缝岩心样品6块,开展超深致密砂岩储层应力敏感性评价实验。实验前、后对裂缝壁面进行激光扫描成像处理,并采用扫描电镜表征其微观结构。实验结果表明,超深致密砂岩储层裂缝岩心样品的应力敏感系数为0.41~0.72,应力敏感程度为中等偏弱—强,明显弱于中国典型致密砂岩储层。三维激光扫描图像对比结果显示,实验前、后裂缝壁面出现明显的砂粒脱落现象;扫描电镜图像显示,实验前裂缝壁面存在大量松散脆弱结构。在超深致密砂岩储层裂缝岩心样品应力敏感性评价实验过程中,裂缝壁面脆弱结构在高速流体拖曳力作用下与壁面脱离,运移过程中持续撞击侵蚀壁面,进一步促进砂粒脱落,形成的砂粒沉积于裂缝狭窄处。当有效应力增加时,具有一定强度的砂粒将起到支撑裂缝的作用,进而起到弱化应力敏感性的效果。裂缝壁面出砂对不同宽度裂缝应力敏感性的弱化程度存在显著差异,其弱化程度从大到小依次为中等宽度裂缝、较大宽度裂缝和较小宽度裂缝。     

河坝场构造飞三段气藏储层应力敏感性评价

川东北地区河坝场构造发现的飞仙关组飞三段气藏地层压力系数为2.28, 属特高异常应力范畴。为此,采用耐高温高压的实验测试设备对河坝1井、 河坝2井的15块岩样进行了覆压孔渗测试,进行了不同有效应力、净围压及裂缝、不同压差的储层应力敏感性实验分析,对河坝区块异常高压气藏储层应力敏感性进行评价。 结果表明,孔隙度应力敏感性较弱,渗透率敏感程度为中等偏强,孔隙压缩系数敏感性强;孔隙度应力敏感伤害后可恢复程度高,渗透率应力敏感伤害后可恢复程度低;压差对孔隙度应力敏感性弱,对渗透率应力敏感性强。分析不同有效压力条件下的储层岩石孔隙度和渗透率变化特征,为储层评价和开发设计提供了基础依据。     

地下储气库应力敏感性实验研究

在储气库运行过程中，由于气体的采出和注入，使得多次注采期间岩石净上覆压力发生周期性变化，随之导致储层岩石物性参数发生周期性变化，从而影响储气库的注采能力，因而研究储气库储层应力敏感特征具有重要意义。为此，以实验手段研究了地下储气库在气体注入和采出过程中地下储层的应力敏感性。实验选用2块渗透率不同的人造砂岩岩心，测试了在4次净上覆压力升降过程中的储层渗透率变化。实验结果表明：随着净上覆岩层压力的增加，岩心渗透率呈下降趋势，初期渗透率下降较快，后期渗透率下降程度减小，应力敏感性变弱；净上覆压力周期性变化过程中，岩石渗透率不可能完全恢复到原始值，存在着一定程度的滞后效应；岩石渗透率越高，应力敏感特性越明显。     

缝洞型碳酸盐岩储层产能方程及其影响因素分析

缝洞型碳酸盐岩气藏储层基质孔隙度、渗透率低,孔洞缝发育,非均质性严重,渗流规律复杂,气体流态特征及其关键影响因素是建立合理有效的缝洞型碳酸盐岩气藏气体渗流模型的重要基础。为此,开展了基岩孔隙型、裂缝型、溶蚀孔洞型3种不同储层特征岩样的渗流特征与应力敏感物理模拟实验,得到了不同储层特征岩样对应的流态特征与应力敏感特征;通过研究其影响程度,获取了碳酸盐岩储层应力敏感模型和高速非达西渗流系数模型,最终建立起了考虑应力敏感与高速非达西系数的二项式气体渗流模型和产能方程。数值计算结果表明:①碳酸盐岩气藏产能计算时孔隙型储层若只考虑应力敏感,由此引起的产能损失幅度在30%左右;②溶蚀孔洞型储层若只考虑高速非达西效应,由此引起的产能损失幅度在20%左右;③裂缝型储层需要综合考虑应力敏感和高速非达西效应,两者共同作用导致的产能损失在40%左右。上述规律性认识对生产实践具有重要的指导意义。     

裂缝性和基质性碳酸盐岩在堵漏前后的应力敏感性研究

塔中奥陶系碳酸盐岩储层裂缝和孔隙发育,钻进过程中极易发生漏失,当采用堵漏浆进行封堵时,堵漏材料会充填裂缝和孔隙,此时不同类型碳酸盐岩的渗透率会产生不同的变化。通过试验,对比研究了裂缝性和基质性碳酸盐岩在堵漏浆浸泡处理前后的应力敏感性,同时对比分析了二者的渗透率恢复率与有效应力的关系,并从作用机理上探讨了二者应力敏感行为的差异性。研究表明,裂缝性碳酸盐岩在堵漏浆处理前后的应力敏感性都要远高于基质性碳酸盐岩。堵漏材料对孔隙和裂缝空间造成影响程度的不同,是二者渗透率随有效应力加载和卸载过程中产生明显差异的主要原因。      

储气库井注气压力剧变诱发微粒运移实验模拟

微粒运移是一种重要的储层损害类型,地下储气库井在注气过程中因注气压力递增或波动而诱发储层微粒运移。当前,基于储气库注气压力变化下的微粒运移机理尚不明确,且少有系统开展模拟储气库注气压力变化下的微粒运移实验研究。为此,选用相国寺储气库黄龙组碳酸盐岩储层岩心制取裂缝岩心,分别开展了应力敏感实验、气体速敏实验、模拟储气库注气压力递增和压力波动情形下的岩心流动实验,测试压力递增和压力波动的岩心渗透率和出口端微粒浊度,并借助X射线衍射和扫描电镜等手段,分析储层微粒运移的潜在微粒类型,揭示了储气库注气压力动态变化诱发储层微粒运移机理。实验表明:①驱替压力递增和压力波动实验中的压力梯度远大于速敏实验中岩心发生速敏时(微粒运移)的临界压力梯度,岩心应力敏感程度为弱~中等偏弱;②驱替压力递增和波动下岩心平均渗透率损害率分别为77%和57%;③驱替压力递增和压力波动引起储层裂缝壁面脆弱结构附着能力下降是微粒运移的重要诱发机制。分析认为,注气压力递增或频繁波动会诱发储气库储层微粒运移损害,应预防钻完井过程中外来固相微粒侵入,并对储层中固有微粒进行清除。     

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文章具体实测了克拉2异常高压气藏岩样不同覆压下的渗透率，根据其实测结果拟合出渗透率的应力敏感性幂函数表达式，总结了岩石渗透率随气藏压力或有效覆压的变化规律。考虑渗透率变化对气藏产能的影响，推导出新的产能方程。研究表明：克拉2气藏岩样应力敏感性高于大庆油田岩样，具有异常高压气藏岩石欠压实的特点。岩样的应力敏感性使产能降低，在克拉2气藏的条件下，考虑应力敏感时的绝对无阻流量是渗透率为常数时的70％左右。该研究对深入了解异常高压气藏的产能及预测异常高压气藏的开发动态和采收率有一定意义。     

火山岩裂缝型储层应力敏感性实验研究

准噶尔盆地火山岩油气藏埋藏深、岩石类型复杂、裂缝较为发育,属于典型的裂缝型储层。为研究火山岩气藏开发过程中储层的物性变化规律,弄清裂缝的产状与应力敏感性之间的相互关系,从不同火山岩岩性的岩心图像入手,通过对岩心裂缝进行可视化描述,在弄清裂缝发育特征和产状的基础上,对研究区内5口丼20多块岩心样品进行渗透率应力敏感性实验研究和分析。通过对不同裂缝产状的岩心应力敏感性实验研究可知,火山岩储层的应力敏感性不仅与裂缝的发育程度有关,而且与裂缝的产状紧密相关。低角度缝较发育的具有网状缝系统岩心的应力敏感性最强,高角度缝岩心的次之,直劈缝岩心的则相对较弱。     

储层裂缝宽度应力敏感性可视化研究

油气资源开发过程中应力环境变化引发的渗透率敏感性问题在天然裂缝性储层中表现尤为明显。裂缝性储层应力敏感性本质是有效应力增加不断压缩裂缝空间导致了储层渗流能力减弱,因此,裂缝宽度应力敏感性与渗透率应力敏感性研究同等重要。目前为止,仍然缺乏对微观裂缝宽度变化特征直接描述的有效手段。基于应力敏感性实验原理,自行设计研制了加载岩石微观图像分析系统,能够对加压条件裂缝图像宽度变化特征进行直观量测。与其它加载裂缝宽度测量方法相比,应用加载岩石微观图像分析法具有易操作、更直观、更经济的优点,加载岩石微观图像分析系统丰富了直观测量微裂缝宽度的有效手段,其宽度参数变化特征测量结果与岩心造缝模拟应力实验法裂缝宽度求取结果具有良好的一致性。     

塔里木盆地深层致密砂岩气层应力敏感性

深层-超深层致密砂岩气藏是塔里木盆地油气勘探开发的重点对象,其在钻完井和生产过程中经常表现出与井筒液柱压力或井底流压变化十分敏感的复杂工程行为。为了揭示深层致密砂岩应力敏感特征及主控因素,以塔里木盆地3个典型天然气藏(DB、YM、KS)为研究对象,分别开展了模拟围压递增条件下的裂缝和基块岩样应力敏感实验,并基于扫描电镜、铸体薄片、X-射线衍射、高压压汞等分析手段,分析了孔隙结构、矿物组分、裂缝发育特征对深层致密砂岩应力敏感性的影响。结果表明,塔里木盆地深层致密砂岩基块应力敏感系数为0.280 6~0.771 4,应力敏感程度总体为中等偏强-强,其中KS(0.771 4)>DB(0.654 0)>YM(0.579 6);裂缝应力敏感系数为0.532 3~0.806 9,应力敏感程度总体为中等偏强-强,其中YM(0.726 2)>KS(0.693 5)>DB(0.626 5)。深层致密砂岩应力敏感程度受地层埋藏深度、孔隙结构、矿物组成和裂缝发育程度综合因素控制。基块岩样应力敏感程度与储层埋深、不稳定矿物组分含量、黏土矿物含量成正相关,与储层石英含量、孔隙度、渗透率、孔喉半径成负相关。裂缝岩样应力敏感程度主要受裂缝宽度控制,应力敏感程度随裂缝宽度增大而减小。     

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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。     

固相侵入对裂缝性碳酸盐岩应力敏感性的影响

以往裂缝性碳酸盐岩储集层应力敏感性研究多关注于基块和无固相侵入裂缝的情况,而对固相侵入后的裂缝应力敏感性鲜有研究。钻遇裂缝性储集层时易发生固相侵入损害,注入水悬浮固相亦不可避免会进入裂缝。固相颗粒在裂缝壁面形成的滤饼将影响应力作用下的裂缝闭合。制备致密裂缝碳酸盐岩露头岩样,开展工作液动态损害后的应力敏感性评价实验,研究了无固相侵入裂缝和固相侵入裂缝应力敏感性,用扫描电镜分析了裂缝壁面及固相侵入带的微观结构。结果表明,无固相侵入裂缝岩样应力敏感性系数平均值仅为0.21,固相侵入裂缝岩样应力敏感性系数平均为0.52,应力敏感程度显著增强。固相侵入使裂缝渗透率恢复率更低,导致储集层永久性损害。