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.     

页岩气体积压裂水平井非稳态产能评价模型

页岩基质渗透率极低,天然裂缝发育,是一种典型的双重介质。气体在页岩纳米级孔隙中同时存在吸附解吸、扩散和渗流等多种流动机理,同时,天然裂缝渗透率会随地层压力的降低而降低。以平板双重介质模型为基础,综合气体在页岩纳米级基质孔隙中的吸附解吸、扩散和渗流机理,考虑天然裂缝的应力敏感效应,建立了一个页岩气体积压裂水平井非稳态产能评价模型,采用摄动法和Laplace变换,求取了模型的解析解,绘制了典型生产曲线。结果表明,吸附解吸和扩散作用分别影响早期产能和中后期产能,而天然裂缝的应力敏感性影响所有流动阶段的产能。     

储层参数对页岩气水平井产能的影响

页岩属于超致密、低孔、特低渗储层;其微观结构特殊,孔隙结构属于纳微米数量级,具有强烈的多尺度性,渗流机理复杂;气体产出是微观孔喉,微裂缝,宏观裂缝及水力压裂裂缝等渗流通道的耦合,主要包括解吸、扩散、渗流3个阶段。针对页岩气渗流机理,利用数值模拟软件分析Langmuir体积、Langmuir压力、扩散系数,启动压力梯度和应力敏感系数等储层因素对页岩气水平井产能影响。结果表明,页岩气产能随着Langmuir体积、Langmuir压力及扩散系数的增大而增大;但扩散系数大到一定程度,气井产能不再变化;随着启动压力梯度及应力敏感系数增强,气井产能降低。     

钻井完井液损害对致密砂岩应力敏感性的强化作用

致密砂岩储层在钻井完井作业过程中易遭受应力敏感，许多学者对基质岩样或裂缝岩样进行大量实验研究工作，然而对钻井完井液损害裂缝性致密砂岩储层后的应力敏感性研究较少。文章以四川盆地某典型致密砂岩气藏为研究对象，选取工作液侵入损害后的裂缝岩样和未损害裂缝岩样，再利用SCMS－I型高温高压岩心多参数测量系统对两类岩样进行加压、降压应力敏感实验。结果表明，常规裂缝岩样应力敏感系数平均为0.43，应力敏感程度为中等；工作液损害裂缝岩样应力敏感系数平均为0.66，应力敏感程度为中偏强。建立岩样受力模型，分析认为，随有效应力增加，侵入裂缝的固相颗粒在裂缝中充当胶结物，极大地降低了裂缝的渗流能力，导致储层产能降低。     

储气库注采过程中有效应力变化模拟试验

储气库周期注采过程中有效应力变化会使储层发生应力敏感，为了了解应力敏感对储气库储层渗透率的影响程度，为优化储气库注采制度提供依据，开展了考虑与不考虑有效应力作用时间的碳酸盐岩应力敏感试验，测试了试验过程中岩样的渗透率，并运用扫描电镜等手段，观测了考虑有效应力作用时间试验前后岩样裂缝的壁面。试验结果表明:不考虑有效应力作用时间时，碳酸盐岩裂缝岩样和基块岩样的应力敏感程度分别为弱—中等偏弱和无；考虑有效应力作用时间时，碳酸盐岩裂缝岩样和基块岩样的应力敏感程度分别为中等偏强和弱；随着有效应力作用时间增长，岩石裂缝壁面微凸体的破碎与微裂纹的萌生和扩展会强化岩样的应力敏感性。研究表明，为了弱化储气库储层的应力敏感程度，应合理控制储气库的注采压力。      

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。     

油基钻井完井液侵入对页岩储层应力敏感性的影响

页岩气藏水平井钻井完井过程中,油基钻井完井液易沿裂缝侵入储层,滤液对裂缝壁面的浸泡、固相颗粒堵塞微裂缝必然影响页岩储层应力敏感行为。为此,选用四川盆地志留系龙马溪组页岩作为实验岩样,开展了流体浸泡人工缝页岩岩样的应力敏感性实验,并对比了不同流体浸泡后的页岩应力敏感性差异。结果表明,白油、pH值为12的碱液、油基钻井完井液滤液浸泡后的岩样,平均应力敏感性系数较干岩样分别增大8%、26%、15%,应力敏感程度增强;高pH值油基钻井完井液对页岩的侵蚀作用弱化了页岩基块力学性质,溶蚀缝面微凸体,使页岩结构变得疏松,进一步促使裂缝产生、扩展并诱发微粒释放和微粒运移,导致页岩裂缝在外力作用下更易变形,从而强化页岩应力敏感性。该研究成果可为页岩气藏钻完井过程中的储层保护工作液选择及设计提供基础参数。     

考虑页岩储层微观渗流的压裂产能数值模拟

考虑页岩微观渗流特征下的产能评价方法有利于提高压后动态分析的准确性和可靠性。压裂改造后页岩储层中,页岩气将在纳米孔隙中通过解吸附、扩散和滑脱流进入天然裂缝,再由天然裂缝流向人工裂缝,常规的产能评价数学模型已无法进行刻画和描述。为此,在考虑页岩气生产过程中基岩纳米孔隙中Knudsen扩散、滑脱流、吸附解吸微观流动特征,天然裂缝应力敏感以及人工裂缝非达西流效应基础上,基于双重介质模型,人工裂缝考虑为离散裂缝,建立了页岩储层基质—天然裂缝—人工裂缝的渗流数学模型,并给出了数值解法。模拟分析了页岩水平井压裂裂缝与储层参数对生产动态的影响。研究表明:吸附解吸效应、Knudsen扩散与滑脱流、天然裂缝渗透率、应力敏感系数、裂缝导流能力、裂缝半长与压裂段数对页岩气井生产具有重要影响。该研究为完善页岩气渗流理论,建立适合页岩气的动态评价模型,准确评价页岩气产能具有重要意义。     

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。     

页岩气藏SRV区域气体扩散与渗流耦合模型

页岩气藏有效开发的前提是储层大规模整体压裂形成有效流动的复杂缝网系统,即所谓的SRV区域,而准确描述该区域气体的流动规律是页岩气井产能评价与开发动态预测的基础。SRV区域由各种大小不同的基岩块与裂缝网络组成,二者的流动规律完全不同,基岩以扩散为主,裂缝以渗流为主。根据页岩储层基岩和裂缝的孔隙度、渗透率参数与吸附、扩散及渗流特征,分别建立二者的物质平衡方程,推导SRV区域基岩与裂缝中气体扩散与渗流的连续性方程;根据体积一致性的原理,为了方便计算,将体积压裂后的立方体基岩块简化为球体,结合球体截面拟稳态流动特征假设,运用Fick扩散定律和基质与裂缝中气体的密度函数推导出了气体的窜流方程,连续性方程与窜流方程的有机耦合可以有效描述SRV区域气体复杂的输运规律。研究结果表明,基岩扩散能力和体积压裂形成的基岩块大小(即压裂规模),共同决定着页岩气井的产能大小及稳产时间。实例计算结果表明,四川盆地长宁—威远地区A井区基岩扩散能力弱,约为10~(-5) cm~2/s,基岩块体积较大,等效球体半径约6.2 m,降低了气体由基岩向裂缝的窜流能力,因而大大影响了该气井的产能。结论认为,增加体积压裂规模、提高SRV区域内缝网密度是页岩气藏高效开发的重要手段。     

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岩石组分和裂缝是影响致密砂岩气藏损害程度的重要因素，研究岩石组分和裂缝对致密砂岩气藏应力敏感性影响能够为钻井、完井作业及开发致密砂岩气藏中的储层保护提供基础参数。文章以鄂尔多斯盆地北部上古生界致密砂岩气藏盒1段、山1段及太原组三个层位为研究对象，选取基块及裂缝岩样进行应力敏感性实验，采用应力敏感性系数S_s对实验结果进行评价。不同层位基块岩样对比显示岩屑含量越高其应力敏感性越强，同一层位基块岩样与裂缝岩样的应力敏感性系数对比表明裂缝的存在大大增加了致密砂岩储层应力敏感性。     

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。     

页岩气多重复合模型流动规律研究

气体在页岩储层中运移受解吸、扩散及渗流多种机制共同作用,同时也受储层的应力敏感效应等因素影响。综合考虑解吸、扩散及应力敏感效应,基于线性流模型,构建了符合页岩储层改造特点及流体渗流特征的分段压裂水平井多重复合流动模型。利用Laplace变换和Stehfest数值反演,得到封闭边界定产量下无因次井底拟压力和无因次产量半解析解。研究了页岩气在基质-微裂缝-压裂缝多重孔隙介质的复合流动,认识流体特性参数与压裂缝网参数对产气量的影响规律,并利用北美页岩气井生产数据进行拟合,验证了模型可靠性。研究结果表明：吸附气的解吸扩散使井底压力响应曲线出现明显“下凹”阶段;解吸系数增大,解吸气量越大,气井日产气量越高;窜流系数越大,基质与裂缝间的流体交换时间越早,但持续时间越短;压裂改造体积大,储层流体流动性强,但存在最优值;对比拟合结果,考虑改造带宽有限性更符合矿场实际。研究结果旨在为页岩储层分段压裂水平井多重复合流动规律研究提供理论基础。     

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。     

考虑应力敏感和复杂运移的页岩气藏压力动态分析

页岩气藏渗透率极低,储层存在很强的应力敏感性,所以需对其进行水力压裂。通过分析吸附解吸、Knudsen扩散、非稳态窜流和渗流等多种气体运移机制来建立页岩气藏复合模型,采用Mathieu函数、Pedrosa变量代换、正则摄动理论、拉普拉斯变换和Stehfest数值反演等方法来求解数学模型,并绘制出无因次拟压力曲线,同时对渗透率模量、SRV半径、外区裂缝渗透率、扩散系数和解吸压缩系数等相关参数进行敏感性分析。结果显示：气体流动阶段可划分为9段,渗透率模量的增加导致气井定产量生产时所需压差增大,而SRV半径和解吸压缩系数的增大使得压差减小;较大的外区裂缝渗透率与较小的流度比相对应,扩散系数越大,页岩基质表观渗透率越大,窜流发生的越早。提出的试井模型可提高页岩气藏压力动态分析的准确性,对压裂开发页岩气藏具有一定的理论指导意义。     

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。     

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。     

考虑解吸扩散的页岩气藏气水两相压裂数值模拟

水力压裂是实现页岩储层有效开发的重要技术手段,而准确预测页岩气藏压裂井产量是保证页岩气高效开发的基础。以油气藏数值模拟和数值计算方法为工具,在考虑页岩基质块解吸扩散和窜流条件下,建立了页岩气藏气水两相压裂渗流数学模型,推导了数值计算模型,并研制了页岩气藏压裂产能模拟器,定量分析了裂缝参数、物性参数和解吸扩散参数对页岩气压裂井产量的影响。研究表明：水力压裂能有效提高单井产量,是页岩气藏高效开发的有效措施;压裂裂缝导流能力和天然裂缝渗透率是页岩气开采的主控因素,日产气量和日产水量随压裂裂缝导流能力和天然裂缝渗透率增加而增加;基质渗透率和扩散系数对产量的影响相对较小。     

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。