原位应力下裂缝性致密砂岩各向异性地震波速及其渗透率关联特征

超深层裂缝性非常规天然气藏的开发在能源领域所占比重越来越大,但目前关于该类型储层在原位应力下各向异性地震波速及渗透率的基础研究仍鲜有报道,一定程度上制约了其高效开发策略的制定进程。以塔里木油田克深2号裂缝性致密砂岩天然气储层为工程背景,利用先进的地球物理成像真三轴测试系统,开展了储层衰竭期间原位应力下完整砂岩与不同倾角裂缝岩样的各向异性地震波速以及各向异性渗透率演化规律实验研究,探讨了压缩波、剪切波、纵横波速比、3个主应力方向渗透率各向异性特性与内在机制,研究了地震波速与渗透率的内在关联特征。研究结果表明:首先,裂缝引起的结构非均质性以及三向不等应力作用下岩石各主应力方向微观结构的变形差异导致了地震波速的各向异性;储层衰竭期间地震波速度均随有效应力的增大近似线性增加,压缩波速度明显大于剪切波速度;纵横波速比随有效应力增大而单调减小,表明剪切波对外部荷载敏感性更强;通过压缩波速和纵横波波速比数据对比,发现剪切波S2速度对裂缝倾角更为敏感。其次,原位应力下各主方向渗透率均表现出显著的应力敏感性和结构(裂缝)敏感性,早期应力大小对储层衰竭中后期渗透率变化具有重要影响,渗透率各向异性随裂缝倾角减小而更加显著;与裂缝平面正(斜)交方向的渗透率相对比较平滑,而沿裂缝平面方向渗透率呈现出一定的波动特性,这主要是由于在压力流体冲刷和岩石骨架进一步受压变形双重作用下,破碎的微颗粒会在孔隙/裂隙中不断运移,造成岩石内部孔隙/裂隙周期性堵塞和疏通引起的。此外,在实验应力条件下(走滑应力状态),裂缝倾角越小,水平主应力方向上的地震波速度-渗透率相关性越不明显;最大与最小水平主应力方向上的地震波速度-渗透率关系应区分对待,最大水平主应力方向地震波速与渗透率的相关性明显优于最小水平主应力方向。