页岩油藏应力敏感实验研究

针对江汉盆地潜江凹陷陆相页岩油岩心,结合应力敏感实验与核磁共振技术,定量给出应力敏感实验前、后岩心孔隙度变化,分析实验前、后岩心孔隙的变化规律,定量分析岩心孔隙变化对应力敏感的影响。研究表明:微米缝发育明显的岩心增加应力后,孔隙度减小幅度较大,微米缝部分闭合,孔喉减小,应力敏感性较强;应力降低后微米缝不能重新张开,渗透率不可恢复。基质岩心增加应力后,孔喉也有减小的现象,应力敏感性较高,但应力降低后岩心孔隙度恢复率较高,渗透率的恢复率也较高。泥质含量高的岩心,应力增加后孔喉减小的幅度大,应力敏感性较强,且应力降低后,岩心孔隙度恢复率低,渗透率不可恢复;泥质含量较低的岩心,应力增加后孔喉减小的幅度较小,应力降低后,岩心孔隙度恢复率较高,渗透率有一定程度的恢复。     

鄂尔多斯盆地延长组特低渗透砂岩微观孔喉特征的定量评价

为从微观角度认识特低渗透砂岩的微观孔喉特征,明确制约储层品质和开发效果的关键因素,利用恒速压汞技术对鄂尔多斯盆地延长组的样品进行测试,定量表征孔喉特征参数。结果表明：特低渗透砂岩孔隙之间的差异很小,孔隙半径基本分布于70～225μm范围内,峰值在110μm左右;渗透率小时,喉道分布集中,小喉道含量高,喉道对渗透率的贡献也集中分布,贡献峰值大;喉道半径的分布范围随着渗透率的增大而变宽,大喉道含量及其对渗透率的贡献也随之增大。平均喉道半径与渗透率的相关性较好,渗透率小于1.0×10-3μm2时,平均喉道半径的波动幅度大,特低渗透砂岩敏感的根源在于特殊的喉道特征,物性(尤其是渗透率)差的根本原因在于细小喉道所占比例较大。物性(尤其是渗透率)越好,有效孔隙、喉道越发育。微观孔喉特征的差异主要体现在喉道的大小及其分布上,喉道决定储层品质,影响开发效果。     

页岩应力敏感实验研究及影响因素分析

页岩储层渗透率极低,富含黏土矿物,压缩性较致密砂岩储层更大,为进一步研究页岩储层的应力敏感机制,对宁夏六盘山盆地和内蒙古雅布赖盆地三块页岩岩芯进行应力敏感评价实验。结合岩石动力学实验、X射线衍射分析、场发射扫描电镜图像分析和高压压汞实验对页岩岩芯的矿物组分、力学性质及微观孔隙结构进行研究,并分析影响应力敏感的主要因素。研究结果表明,有效应力与渗透率关系满足乘幂式;页岩泥质含量越高,杨氏模量越低,应力敏感系数越大;页岩储层普遍发育的纳米级片状孔隙在有效应力作用下呈现强应力敏感;高压压汞实验表明孔喉半径为10~50 nm的孔隙分布频率较高,当对渗透率起主要贡献的孔隙分布在这一范围内时,应力敏感强,当对渗透率起主要贡献的孔隙为大孔时,应力敏感弱。     

内蒙古海拉尔盆地乌尔逊及贝尔凹陷南屯组致密砂岩储层微观结构表征

为了明确海拉尔盆地南屯组致密砂岩储层微观孔隙结构与储层物性的相关关系,本次研究通过铸体薄片观察、物性测试及恒速压汞实验,明确储层微观特征及孔隙结构参数,包括孔隙及喉道类型、大小、分布、连通性,并讨论了储层微观孔隙结构与储层物性的相关关系。研究结果表明:南屯组储层主要矿物颗粒为石英、长石、火山碎屑岩及凝灰岩岩屑,压实作用较强烈,颗粒排列紧密,胶结类型多为接触式胶结及镶嵌胶结,并以长石溶蚀现象最为普遍。储层多发育溶蚀孔,同含有少量粒间孔,喉道多为片状、管束状及缩颈型喉道。储层孔隙半径大多分布在110~170μm,孔径分布曲线形态呈单峰态,孔隙半径与孔隙度、渗透率无明显相关性;喉道半径分布在0.508~4.069μm。受控于孔隙结构的差异,孔喉半径比与渗透率呈一定相关性。综上所述,南屯组致密砂岩储层孔隙结构是其物性差异的主控因素,决定流体渗流能力。     

弱氧化性酸液作用下页岩油储层应力敏感性研究与应用

为了探究弱氧化性酸液对储层中金属矿物和黏土矿物的影响,观察储层应力敏感性变化,并获取微观机理证明,将选取的塔里木油田吐格尔明段储层岩心分别置入蒸馏水和质量分数为10%的弱氧化性酸液中充分浸泡24 h,然后对岩心进行数据分析和机理分析。结果显示:经浸泡后,4块岩心的渗透率均有提高,但经弱氧化性酸液浸泡岩心的渗透率是蒸馏水浸泡岩心的4.37～17.26倍;通过函数拟合发现4块岩心的临界压力分别为8.24、7.11、9.27、8.27 MPa,在低有效应力区域内递减斜率分别为0.145、0.160、0.129、0.136,对比发现经弱氧化性酸液浸泡的岩心渗透率损失较轻,有效弱化了岩心应力敏感性。扫面电镜图片和恒速压汞方法显示,弱氧化性酸液深入溶蚀裂缝,岩心中金属矿物和黏土矿物遭到溶蚀,起到了使裂缝延申、疏通堵塞孔喉、溶扩孔隙、增强储层连通性、降低应力敏感损伤等作用。     

影响特低-超低渗透砂岩油藏开发效果的因素分析

以特低-超低渗透砂岩油藏为研究对象,应用恒速压汞技术深入分析其微观孔隙结构,通过低渗透物理模拟试验研究该类储层的应力敏感性、单相流体渗流以及油水两相渗流特征,并从微观孔隙结构角度进行解释,在此基础上讨论该类油藏开发效果的影响因素。结果表明:微观孔隙结构是决定和影响特低-超低渗透油藏开发难度和开发效果的根本性因素;当渗透率小于2×10-3μm2时,孔喉微细,储层动用难是开发面临的最核心的矛盾,但储层一旦得到有效动用,因其良好的喉道分选,开发效果会比较好;而当渗透率大于5×10-3μm2时,流体流动通道较宽,建立起有效的驱动压力体系较为容易,开发此类储层面临的关键问题是微观非均质性降低了储层的开发效果。     

超深层裂缝性致密储层应力敏感性研究

致密砂岩储层的应力敏感性研究对指导致密油气藏开发生产意义重大。鉴于目前常规研究方法无法模拟高温、高压的真实地层环境,以及评价标准(行业标准SY/T 5358—2010)并不适用于致密岩心的实际情况,本文在模拟真实地层高温、高压条件下,采用塔里木盆地库车东部地区的致密砂岩天然岩心进行应力敏感性评价实验。通过对实验结果进行半对数化坐标处理,并采用不同函数模型进行拟合,发现强应力敏感性岩心的渗透率与有效应力的关系符合指数递减规律,相关系数均在90%以上;随着有效应力的增加,渗透率下降明显分为"先陡后缓"2段,临界压力分别为9.5 MPa和11.28 MPa,前半段体现致密砂岩裂缝渗透率的应力敏感性,后半段体现基质渗透率的应力敏感性;通过不同岩心拟合后的应力敏感性曲线的对比发现,前半段曲线越陡,岩心微裂缝越发育。分析岩心、岩石薄片、扫描电镜、全岩X射线衍射及压汞实验数据可知,高岭石含量越高,石英等刚性颗粒含量越低,微裂缝及片状喉道发育的储层往往更容易表现强应力敏感性。     

注水开发油田水驱后油层物性参数变化特征研究——以双河油田为例

双河油田已进入特高含水开发期，为研究其水驱后期储层参数的变化特征，本文在未水淹的同-岩心上进行长期水冲刷前后物性参数测试，同时利用数理统计方法对新、老密闭取心井（对子井）岩心分析资料进行统计，从而得出双河油田水驱后油层物性参数变化特征如下：水驱后油层孔隙度变化很小，渗透率小于1μm^2的油层渗透率增加幅度较大，大于1μm^2的油层水驱后渗透率基本不变；水驱后油层毛细管排驱压力和中值压力降低、喉道半径增加、分选性变好、微喉所占孔隙体积降低。     

强碱三元复合驱对储层孔隙结构影响研究

储层孔隙结构变化规律是进行强碱三元复合驱后后续水驱和进一步提高采收率方法研究的基础。利用铸体薄片分析、SEM图像、恒速压汞和电子探针结合现场检测等方法,对强碱三元复合驱前后岩样孔隙结构变化进行定性和定量研究。研究表明:强碱三元复合驱后颗粒边界经过强碱溶蚀呈"锯齿状",石英颗粒去棱角化明显,长石溶蚀严重,同时能够观察到大量溶蚀孔隙,黏土矿物中大量的书页状高岭石被溶蚀,同时在黏土矿物表面出现次生石英;"白色云雾状"垢沉淀充填在孔隙中,主要成分为Ca和Si,同时含有少量Mn、Fe、Ti,结垢造成孔隙结构发生变化,部分孔隙阻塞,使强碱三元复合驱后岩心喉道半径平均值较水驱岩心下降6.528%,孔隙半径平均值下降3.360%,孔喉比分布范围更大,平均增加12.84%。     

致密岩石气体渗流滑脱效应试验研究

由于致密结构和低的渗透率,气体在孔隙喉道小的致密岩石中流动会受到滑脱效应的影响。以湖南某试验场地致密砂岩为研究对象,对岩样进行了微观结构的SEM分析,通过一系列围压和孔隙压力作用下的砂岩气体流量和渗透率测试,研究气体在致密岩石中渗流特征,证明了致密砂岩气体流动存在滑脱效应现象,其渗流不符合Darcy定律。分析了孔压对滑脱效应的影响、滑脱效应对气测渗透率的影响以及滑脱因子与绝对渗透率的函数关系。研究结果表明,滑脱效应对气测渗透率的影响随着围压和气体孔隙压力的变化有所不同。同等围压下,孔隙压力越小,滑脱效应越明显,导致气测渗透率大于砂岩绝对渗透率。同等孔压下,当围压达到某一值后,其对滑脱效应的影响有限,同时也说明围压对岩石的压密是有限的。砂岩的平均气体孔隙压力与气测渗透率关系更加符合二次项曲线方程。计算获得的克努森数Kn说明了在相对高的围压和低的孔隙压力条件下,气体渗流过程位于滑脱流和过渡流之间,传统的N-S方程可能不再适用,应用Knudsen扩散方程更加合理,特别是当克努森数Kn比较高时。     

用于岩石微焦CT扫描的三轴仪及其初步应用

 了观察和度量岩石空隙结构随应力的变化,研制了一种能和微焦X射线CT系统配套使用的三轴仪,该设备轻便,能够施加三轴压力,并在不卸载压力情况下对试样进行CT扫描和渗透系数的测量,且能够实时记录压力和变形等数据。利用研制的CT三轴仪得到了Berea砂岩在加载过程中的一系列CT图像,结合3DMA空隙结构计算方法,获得了Berea砂岩在不同应力状态下的有效孔隙半径分布、有效喉道半径分布以及弯曲度分布等定量细观几何特征。同时采用瞬态脉冲法测量了Berea砂岩不同方向的渗透率随有效围压的变化规律。结合围压对细观空隙结构参数的影响,认为细观空隙结构的变化是导致渗透发生改变的根本原因,当有效围压从零增至15 MPa时,半径40～100 μm的孔隙数量减少、孔喉半径减小以及Z方向的迂曲度增加,这是导致Berea砂岩渗透率随有效围压增大而降低的主要原因。     

低渗透裂缝性煤层气储层压力敏感性研究

近年来,随着煤层气开采技术的进一步发展,国内煤层气开发已具有一定规模。由于煤层气储层具有低渗透裂缝性的特征,压力敏感性强,导致钻井过程中容易造成储层损害。因此,开展低渗透裂缝性煤层气储层的压力敏感性研究具有重要的意义。结合山西沁水盆地某区块的煤心,分别开展了煤岩受围压和孔隙压力条件下的压力敏感性实验研究,分析了煤岩渗透率随围压和孔隙压力的变化规律,探讨了孔隙压力和裂缝宽度的内在联系,认为围压增大和孔隙压力降低都会导致煤岩裂缝宽度变小,造成煤层气储层渗透率降低。     

不同饱和度砂岩渗透率、孔隙度随应力变化规律研究

 制备含水饱和度为0%～70%的砂岩岩样,利用低渗透岩石气体渗透测试装置,对不同含水饱和度的砂岩岩样进行气渗试验,测量其在不同围压和渗压下的渗透率以及对应围压下的孔隙度,分析和讨论不同含水饱和度低渗透砂岩渗透率、孔隙度与应力三者之间的关系。得到以下结论：含水饱和度低于50%的低渗透砂岩,其气测渗透率随孔隙压力的增大而减小,含水饱和度高于50%的低渗透砂岩,其气测渗透率的变化规律相反;气测渗透率与孔隙压力符合指数函数关系;随着含水饱和度的增大,气测渗透率对孔隙压力变化的敏感性减少,且气测渗透率对孔隙压力变化的敏感性随着孔隙压力的增大而增大;绝对渗透率、孔隙度与围压均呈指数函数关系;随着含水饱和度的增大,绝对渗透率对围压变化的敏感性增大,对孔隙度变化的敏感性减小,且绝对渗透率和孔隙度对围压变化的敏感性均是随着围压增大而减小;低渗透砂岩的孔隙度与其绝对渗透率的变化成正相关,孔隙度的少量降低即能引起其绝对渗透率的大幅度下降;绝对渗透率与孔隙度成指数函数关系;随着含水饱和度增大,绝对渗透率对孔隙度变化的敏感性增强,且随着孔隙度的增大,绝对渗透率对孔隙度变化的敏感性也逐渐增强。     

温度与应力对原煤、型煤渗透特性影响的试验研究

 通过试验分析尺寸效应、温度和应力对原煤及型煤的渗流特性的影响,结果表明,对岩芯直径相同而高度不同的均质试样,尺寸效应对渗透率的测试值误差一般在10%以内;非均质煤样尺寸效应对渗透率的测试值误差范围为4%～40%,甚至可能更高;微裂缝的发育程度是导致煤样渗透率变化较大的主要因素。不同直径的煤样,直径相对较小的煤样在围压加压、卸压条件下渗透率变化比大尺寸煤样更为敏感,渗透率对应力的敏感性大于孔隙度。当煤体经历较高的围压后,孔隙结构将发生塑性变形,煤体会遭受永久性不可逆的损害,表现在孔隙度及渗透率的值无法恢复到初始值。煤在经历高温后,大孔被压缩,但微孔更加发育,比表面积增加,同时煤体的强度将有所降低,当围压增加时,存在一个围压临界点,当围压达到临界点,渗透率会大幅降低。原煤与型煤在加压、卸压条件下渗透率的变化规律一致,均与围压成指数关系。     

Effects of dry-wet cycles on three-dimensional pore structure and permeability characteristics of granite residual soil using X-ray micro computed tomography

Due to seasonal climate alterations, the microstructure and permeability of granite residual soil are easily affected by multiple dry-wet cycles. The X-ray micro computed tomography (micro-CT) acted as a non-destructive tool for characterizing the microstructure of soil samples exposed to a range of damage levels induced by dry-wet cycles. Subsequently, the variations of pore distribution and permeability due to dry-wet cycling effects were revealed based on three-dimensional (3D) pore distribution analysis and seepage simulations. According to the results, granite residual soils could be separated into four different components, namely, pores, clay, quartz, and hematite, from micro-CT images. The reconstructed 3D pore models dynamically demonstrated the expanding and connecting patterns of pore structures during dry-wet cycles. The values of porosity and connectivity are positively correlated with the number of dry-wet cycles, which were expressed by exponential and linear functions, respectively. The pore volume probability distribution curves of granite residual soil coincide with the χ² distribution curve, which verifies the effectiveness of the assumption of χ² distribution probability. The pore volume distribution curves suggest that the pores in soils were divided into four types based on their volumes, i.e. micropores, mesopores, macropores, and cracks. From a quantitative and visual perspective, considerable small pores are gradually transformed into cracks with a large volume and a high connectivity. Under the action of dry-wet cycles, the number of seepage flow streamlines which contribute to water permeation in seepage simulation increases distinctly, as well as the permeability and hydraulic conductivity. The calculated hydraulic conductivity is comparable with measured ones with an acceptable error margin in general, verifying the accuracy of seepage simulations based on micro-CT results.     

Characterization of 3D pore nanostructure and stress-dependent permeability of organic-rich shales in northern Guizhou Depression,China

The three-dimensional (3D) pore structures and permeability of shale are critical for forecasting gas production capacity and guiding pressure differential control in practical reservoir extraction. However, few investigations have analyzed the effects of microscopic organic matter (OM) morphology and 3D pore nanostructures on the stress sensitivity, which are precisely the most unique and controlling factors of reservoir quality in shales. In this study, ultra-high nanoscale-resolution imaging experiments, i.e. focused ion beam-scanning electron microscopy (FIB-SEMs), were conducted on two organic-rich shale samples from Longmaxi and Wufeng Formations in northern Guizhou Depression, China. Pore morphology, porosity of 3D pore nanostructures, pore size distribution, and connectivity of the six selected regions of interest (including clump-shaped OMs, interstitial OMs, framboidal pyrite, and microfractures) were qualitatively and quantitatively characterized. Pulse decay permeability (PDP) measurement was used to investigate the variation patterns of stress-dependent permeability and stress sensitivity of shales under different confining pressures and pore pressures, and the results were then used to calculate the Biot coefficients for the two shale formations. The results showed that the samples have high OM porosity and 85% of the OM pores have the radius of less than 40 nm. The OM morphology and pore structure characteristics of the Longmaxi and Wufeng Formations were distinctly different. In particular, the OM in the Wufeng Formation samples developed some OM pores with radius larger than 500 nm, which significantly improved the connectivity. The macroscopic permeability strongly depends on the permeability of OM pores. The stress sensitivity of permeability of Wufeng Formation was significantly lower than that of Longmaxi Formation, due to the differences in OM morphology and pore structures. The Biot coefficients of 0.729 and 0.697 were obtained for the Longmaxi and Wufeng Formations, respectively.     

煤岩体孔隙裂隙双重介质逾渗机理研究

介绍了孔隙裂隙双重介质逾渗概率的研究方法,在此基础上研究了煤岩体的逾渗概率与渗透系数的关系,分析了裂隙、孔隙及二者共同作用对煤岩体逾渗概率的影响。结果表明:煤岩体这类孔隙裂隙双重介质的逾渗概率与其渗透系数呈指数规律;煤岩体的裂纹孔隙率决定孔洞孔隙率对其渗透性的影响程度;同时,裂隙还决定了孔隙裂隙介质的逾渗规律,使其与多孔介质的逾渗规律具有完全不同的形式。     

氯化钠溶液对膨胀土膨胀力及孔隙分布影响的研究

利用常规三轴固结仪,进行了一系列膨胀力实验,研究了不同浓度氯化钠溶液对不同初始干密度试样的膨胀力的影响,并且利用核磁共振仪,探究了完成膨胀力试验后试样孔隙分布的情况。试验结果表明:在干密度不变的情况下,随着盐浓度增加,膨胀力逐渐减小;盐浓度越大,T_2曲线分布整体往右移,说明大孔隙体积增加,小孔隙体积减小。分析试验结果认为:在相同干密度下,随着盐浓度增加,Donnan渗透压逐渐减小,导致膨胀力降低;在体积保持恒定的情况下,由于膨胀力降低,必然导致内部膨胀力相应减小,所以孔隙被填充的体积减小,使得大孔隙较多,因此随着盐溶液浓度增加,同一干密度试样的T_2曲线向右移动。     

复杂应力路径下含瓦斯煤渗透性变化规律研究

 通过含瓦斯煤渗透特性试验研究,系统分析复杂应力路径下含瓦斯煤渗透性的变化规律,建立含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压、瓦斯压力、围压升降、全应力–应变过程等之间的定性与定量关系,深入探讨各种不同应力路径下含瓦斯煤渗透性的控制机制和变化规律。结果表明,应力路径对含瓦斯煤的渗透率有重要影响：(1) 含瓦斯煤渗透率随着轴向压力和围压的增大而减小,随瓦斯压力的增大而增大。(2) 含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压和瓦斯压力均呈指数关系变化。(3) 围压升、降过程中,含瓦斯煤渗透率会受到一定程度的损害,其损害程度可以用最大渗透率损害率和渗透率损害率来表征。同时,三维压缩条件下含瓦斯煤会发生二次密实效应。(4) 三轴压缩下全应力–应变试验过程中,含瓦斯煤的渗透率呈“V”字型变化趋势;渗透率随煤样的应变先减小后增大,然后达到最大值,并且渗透率的增幅小于其减幅。     

基于岩土介质三维孔隙结构的两相流模型

地下储层中岩土介质一般具有较低的孔隙连通性,宏观流动模拟一般忽略微观尺度的孔隙连通性,通过渗透率、弯曲度等参数反映储层的整体特性。但岩土介质的多孔性及孔隙间复杂的连通性,使得宏观描述流体在岩土介质中流动不能反映其内在流动特征。孔隙结构模型的建立可以反映岩土介质中孔隙的几何形态及空间连通性,为解释流体在复杂多孔介质中的流动特性提供有效手段。通过考虑岩土介质孔隙尺寸分布、孔隙孔喉空间相关性、孔隙连通性等特征参数,建立了反映不同岩土介质连通性、各向异性特征的等效孔隙网络模型。等效孔隙网络模型通过水力特征参数等效的方式反映岩土介质三维微观孔隙结构,通过渗透率计算验证了模型的有效性。此外,基于建立的孔隙结构模型,开发了孔隙尺度动态两相流计算模型,模型可以反映孔隙内弯液面的动态运动过程,直观反映多孔介质中的优势渗流,可以为不同孔隙尺度岩土介质提供表观渗透率、击穿曲线、相对渗透率曲线等宏观计算参数。将孔隙尺度两相流模型应用于页岩气开采中水力阻滞特性研究,结果表明：页岩基质的残余饱和度约为30%,随着平均配位数的增加,残余饱和度显著降低。