低渗透储层应力敏感性研究

摘要：为更深入研究低渗透储层的应力敏感性，以变径毛管束模型为基础，从理论上证明低渗透储层的强应力敏感性；并通过保持围压不变、改变流体压力的试验方法研究有效应力、孔隙结构及应力加载方式对储层渗透率的影响；针对低渗透气藏压敏效应较强，随着储层压力的下降，有效应力不断变化，引起气藏产能逐渐降低的特点，通过固定围压，改变内压（四升四降内压）的方法来研究内压变化对储集层渗透率的影响，同时分析评价渗透率的应力敏感性。综合分析应力敏感现象在低渗透气藏开采过程中的影响程度，为低渗透气藏的合理开采提供参考。

关键词：低渗透 储层 石油 敏感性

一、引言

在气藏开发过程中，储集层压力逐渐下降，从而使储层有效应力增加。有效应力增大时，储层的孔隙空间受到压缩而使孔隙结构发生变化，主要表现在孔隙、裂缝和喉道体积缩小，严重时甚至可引起裂缝通道和喉道的闭合。对于低渗砂岩气藏而言，这些变化将使岩心的渗透率明显下降。岩心渗透率体现了岩石的渗透能力，其大小决定了储层流体的渗流状况，因此储集层渗透率的变化必然会影响储集层的地下渗流能力，从而影响气井的产能。

流体在岩石中渗流时，除流体自身性质外，岩石的特征及其相互作用对流体渗流也存在巨大影响。随着流体的采出或注入，岩石骨架的受力情况可能发生变化，导致其变形，从而影响储层的物性参数。然而，目前大多数应力敏感性的研究仅限于室内渗透率随应力变化的测试，缺乏相应的理论基础研究。应力敏感性的存在使得岩石渗透率下降，极大地影响油田的正常生产，但是目前关于应力敏感对油田生产的影响还缺乏定量研究，难以指导油田的合理开发。本文以变径毛管束模型为基础，从理论上分析了孔隙度及渗透率随应力变化的规律，论证了低渗透储层的强应力敏感性，通过室内试验的方法研究了岩石内部孔隙结构、外部有效应力的大小及加载方式对渗透率应力敏感性的影响，并在此基础上对不同储层条件下的应力敏感性作了深入研究，为低渗透油田开发方案的合理制定提供了理论及试验依据。

二、低渗透储层应力敏感性对石油开采的影响

在考虑应力敏感的情况下，井底流压下降更多，预测的累计产量也有所减少，说明在应力敏感的影响下，由于储层岩性变差，渗流能力相对降低，储层岩石渗透率减小，井底流压下降更快；而井底流压的下降又直接导致有效应力的相对增加，最终使气井产能减少。

岩样加压过程（降内压）和卸压过程（升内压）渗透率变化曲线不重合，卸压过程的渗透率低于加压过程中相应的压力点对应的渗透率，即当应力释放后，渗透率不能完全恢复，说明应力敏感损害具有不可逆性；②岩心渗透率随着内压的降低（有效应力增加），渗透率均减小，并且随着内压升降次数的增加，渗透率的变化幅度相对减小。这主要是由于：随着有效应力的增加，基质中的岩石颗粒相互靠近，岩样的渗透率降低。而岩心在加载过程中产生了较强的塑性变形，以致每次随着有效应力的卸除而不能恢复至初值，再加之经过多次反复加载和卸载，渗透率受到的伤害程度将进一步加大，因此升降次数越多，渗透率的变化幅度就越小。

波动式开采的生产指标明显低于间歇式开采，说明波动式生产对气井生产的负面影响更大。其原因主要是在波动式生产过程中，当气井不稳产时就转为小产量生产，较之间歇式生产的关井恢复而言，渗透率的恢复程度更小，受到的伤害更大。同时也由于经受反复的升压和降压过程，使得渗透率伤害进一步加剧，从而影响储层渗流能力，造成气井产能的降低。

三、当前低渗透储层应力敏感性研究成果

一些学者充分考虑孔喉的影响，以变径毛管束模型为基础，从理论上论证了孔隙度受应力变化的影响较小，而渗透率受应力变化的影响较大；相对于中高渗透层，低渗透层的应力敏感现象更加明显； 岩石渗透率随着岩石所受的有效应力的增加而减小，在初期减小幅度较快，在后期比较平缓，并且随着有效应力的减小，渗透率不能恢复至原始渗透率，存在永久性伤害。这种伤害与孔隙结构、有效应力的加载方式密切相关，渗透率越小、加载速度越快，渗透率下降越快，而且其永久伤害率也越大；相同产量下，生产井的生产压差与应力敏感系数呈良好的指数关系；应力敏感性对正韵律和反韵律油藏各层的影响相似，主要影响相对中高渗透层，特别是在压力下降的初期；在开采的初期，非均质性越强的储层，受影响程度越大；在后期由于相对低渗透层的动用程度增加，相对产量值有所增加；相同变异系数下，渗透率越小，应力敏感性对产量的影响越大。

当前所做的四升四降的应力敏感实验充分说明储层岩石经过反复的降压和升压，不断被压实，渗透率受到的伤害加剧，应力敏感效应表现得较为明显；在连续式开采过程中，考虑渗透率应力敏感时的气井生产指标明显低于不考虑应力敏感时的，说明应力敏感性对低渗透气藏的开采影响较大；在连续开采和间歇式开采过程中，间歇式开采方式的累计产量较连续式开采方式的累计产量低，这主要是渗透率应力敏感影响所致；在间歇式开采和波动式开采过程中，波动式开采的生产指标明显低于间歇式开采的，这与储层渗透率受到的伤害程度有关；对于低渗透气藏的开采而言，应该严格控制开关井的次数，减小对储层渗透率的伤害。同时，此类气藏在开发时更应注意选择合理的生产压差、合理的注采方式以及时机，控制井底流压，注意地层压力的下降，并保持合理的地层压力。

四、结语

低渗透储层应力敏感性的研究需要数值模拟技术详细研究不同储层条件下的应力敏感性对油田生产的影响。目前的研究结果表明：应力变化对孔隙度的影响较弱，而对渗透率的影响较大，低渗透储层渗透率应力敏感性更强；储层应力敏感性与孔隙结构、有效应力及其加载方式密切相关；渗透率越小、有效应力越大、应力加载速度越快，则储层的应力敏感性越大，且随着有效应力的减小，渗透率存在永久伤害，难以恢复至初始值；生产井的生产压差与应力敏感系数呈指数关系，储层非均质性越强、渗透率越小，应力敏感性越大，对油田生产的影响越大，而油藏韵律性对储层应力敏感影响较小。该研究结果对于合理开发低渗透油藏具有一定的指导作用。