地应力-岩石力学分析在东海低渗透致密砂岩气藏水平井压裂中的应用

明确现今地应力分布规律和岩石力学特征是提高水力压裂效果的重要基础。目前海上低渗透致密砂岩气藏地应力分布及岩石力学参数研究尚不充分,且海上测井存在声波时差曲线缺失及密度曲线易失真等问题。因此,采用东海西湖凹陷A区已压裂井Well-1和Well-A2的测井、地震及水力压裂技术资料,通过声波时差及密度测井曲线重构方法形成了井筒地应力及岩石力学参数分析技术,结合建立的地震驱动的构造应力场及三维脆性指数预测技术,形成了适合东海西湖凹陷低渗透致密砂岩气藏的地应力及岩石力学研究技术体系,并以东海西湖凹陷第1口多级压裂水平井Well-A4H作为应用对象,从钻井及水力压裂等方面对该技术体系进行了应用评价。研究表明,该技术体系可用于对东海西湖凹陷低渗透致密砂岩气藏多级压裂水平井进行钻前井位优化、钻后分析,以及指导压裂方案设计、优化及压后效果评价,保障东海西湖凹陷低渗透致密砂岩气藏多级压裂水平井顺利开展地质工程一体化施工。

低渗透储层岩石覆压实验变形特征分析

对于低渗透储层岩石而言,基于岩石受力变化后发生线弹性变形的假设与实验结果并不相符。为此,采用CMS300覆压测试、岩石力学性质测试、压汞以及铸体薄片观察等实验手段对低渗透储层岩石覆压变形特征进行分析,结果发现实验岩样在应力增大的整个过程中发生的是软塑性变形→弹性变形→塑性变形过程。低渗透岩石在覆压实验中表现出的强应力敏感性是由其变形特征决定的,岩石在覆压增大的初始阶段发生微量软塑性变形是造成渗透率大幅下降的主要原因,其与低渗透岩石的泥质及胶结物含量较高、孔喉通道狭窄有关。基于实验研究结果,定义了新的岩石应力敏感系数来表达渗透率与有效覆压的关系,与实验数据有更好的相关性,并且能够方便地将任意常规岩样渗透率转换成储层条件下的渗透率,具有实际的工程应用价值。

致密低渗气藏储集层应力敏感性试验

致密低渗气藏开发过程中储集层存在应力敏感,不同的试验方法评价结果差异很大。用3种不同的试验方法分别对大牛地致密低渗气藏5个储集层岩心进行应力敏感性试验评价,通过对试验结果和气藏实际生产过程中应力变化规律的综合分析,选定了比较能够反映致密低渗气藏开采过程中储集层应力敏感变化特征的两种试验评价方法。

低渗透储层应力敏感性及其对石油开发的影响

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;在此基础上,利用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。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。

低渗透储层不存在强应力敏感

储层岩石对应力的敏感程度与岩石的致密程度有关,低渗透储层比中高渗透储层更致密,因而对应力变化应该更不敏感。但是,实测应力敏感曲线出现了反常现象:低渗透储层比中高渗透储层对应力更敏感。这是由于实验的系统误差所致,而非岩石本身的性质。实验时岩心与封套之间存在的微间隙,导致了低渗透储层比中高渗透储层对应力更加敏感的现象。

储层岩石的应力敏感问题——答罗瑞兰女士

储层岩石的应力敏感程度与岩石的压缩系数存在密切的关系。压缩性强的岩石,应力敏感程度就强。岩石的压缩性又与孔隙度存在密切的关系,孔隙度高,岩石就易于压缩。但是,实验过程却因为微间隙的原因,测量到了逻辑反转的结果,孔隙度低,压缩性就强,应力敏感程度就高。本文通过理论分析,彻底扭转了实验过程中出现的这一逻辑反转现象。

储层岩石应力敏感性认识上的误区——回应刘晓旭博士

储层岩石的应力敏感程度只与岩石的硬度有关,岩石越硬,应力敏感程度就越低。岩石越疏松,其硬度就越低,应力敏感程度也就越强。但是实验过程却因微间隙的存在,测量到了逻辑反转的结果。由于人们把许多不属于应力敏感的东西加到了应力敏感上,使得应力敏感性研究变得异常复杂。除去非应力的因素,油藏岩石的应力敏感程度极其微弱。绝大多数的油藏开采都没有出现应力敏感现象。

对“低渗透储层不存在强应力敏感”观点的质疑

实测应力敏感曲线表明,低渗透储层比中高渗储层存在更强的应力敏感性。而李传亮教授认为这是错误的,他将这种现象归结为实验的系统误差所致,认为低渗透储层比高渗透储层更致密,不应该存在更强的应力敏感性。针对这一观点,从压缩系数的定义出发,分析了岩石孔隙的压缩系数与岩石压缩系数的区别,指出了李教授所采用的岩石压缩系数计算公式存在的问题,进而分析了试验设备是否存在很大系统误差,从而对李教授的观点产生质疑。通过分析认为,低渗透油气储层具有较强的渗透率应力敏感性。由于渗透率是一个功能性参数,因此低渗透储层的强应力敏感性与岩石的性质、结构特征以及流体性质有关,应该从这两方面来考虑储层渗透率的敏感性。低渗储层的应力敏感性一方面与受力后发生介质变形有关,另一方面与微观渗流尺度下储层中流体渗流存在启动压力梯度密切相关。

储层岩石的压缩问题

岩石的应力敏感与岩石的压缩性密切相关。为了搞清岩石的应力敏感程度,深入分析了岩石的压缩问题。岩石孔隙体积的压缩是因为骨架体积的压缩所致,因此孔隙压缩系数与孔隙度和骨架性质有关。因存在系统误差,体积法测量的孔隙压缩系数数值偏高,且存在逻辑反转现象。弹性模量法消除了系统误差,测量结果符合科学逻辑。岩石孔隙、骨架和外观体积的压缩系数定义的压力不同,不能互相替代。孔隙度为0时,孔隙压缩系数为0,骨架压缩系数和外观体积压缩系数皆不为0,且骨架压缩系数等于外观体积压缩系数。岩石的应力敏感指数可由岩石的孔隙压缩系数求出。由于致密岩石的孔隙压缩系数极低,因此,低渗透储层的应力敏感程度极弱,生产过程可将其忽略。

低渗透储层很特殊吗——回应窦宏恩先生

低渗透储层存在许多错误认识,如岩石高压缩性、强应力敏感、启动压力梯度和滑脱效应。这些都是实验室里的结论,都没有经过实践的检验,都不是科学认识,它们是由实验的系统误差所致。大量的生产实践已经表明,低渗透储层不存在强应力敏感。泥岩烃源层中的油气能够运移,说明启动压力梯度并不存在。低渗透储层其实并不特殊,与中高渗透储层也没有本质的区别,只是孔隙稍小、物性稍差、泥质稍多、产能稍低而已。中高渗透储层没有出现的奇特现象,低渗透储层也不会出现。

水平井限流法分段压裂技术研究及应用

研究了低渗透油藏水平井地应力及岩石力学特征,结合水平井地应力计算方法,确立了限流法射孔参数的优化方法,提出了水平井限流法分段压裂的射孔位置选择和施工参数设计方法。阐述了水平井限流法分段压裂设计与实施关键工艺环节,并对水平井压裂诊断进行了评价。结合史127-平1井、商75-平1井两口水平井油藏实际和方案要求,利用水平井限流法分段压裂原理和分析方法,进行了压裂方案的优化,并进行了现场实施,取得了较好效果。

油藏工程中的若干问题——再与窦宏恩先生商榷

与窦宏恩先生讨论了低渗透储集层有无应力敏感性,岩石压缩系数,有效应力,启动压力梯度,孔隙度不变性原则等油藏工程中常遇到的一些基本概念及其数学表述。这些问题的正确解答,对储集层研究和油气藏开发具有重要意义。

柴达木盆地西部北区N2^1～N2^2低渗非常规储层应力敏感特征分析

通过室内实验对柴达木盆地西部北区储层岩石的应力敏感性进行了研究。结果表明,岩石类型对该区储层应力敏感性具有重要的影响,风暴岩应力敏感性一般为中偏弱,而灰泥岩储层具强的应力敏感性。风暴岩的渗透率恢复率明显高于灰泥岩的渗透率恢复率。

低渗透气藏中地应力和产能的关系

在油气田的勘探开发中，地应力的相关知识理论已被运用到各个方面；然而，地应力与油气田开发产能的关系研究还处在起步和探索阶段。首先简要地叙述了岩石力学参数计算，利用常规测井资料计算地应力的方法；而后，以磨溪嘉二气藏为例，计算出各个单井的地应力后，在平面上进行二维插值，得出地应力分布；最后讨论了气井的产能、地应力、微裂缝三者之间的关系。

基于两相启动压力梯度和应力敏感的油藏油井产能模型研究

低渗透油藏水驱开发过程中,储层中油水两相共同流动,油水两相启动压力梯度和储层应力敏感性同时存在。基于Buckley-Leverett方程,建立基于油水两相启动压力梯度和岩石本体有效应力理论为基础的应力敏感性的低渗透油藏油井产能模型,实例验证了该产能模型的准确性。与其他4个模型的预测结果比较表明:本文模型误差较小,能较好描述低渗透油藏油水两相渗流特征。说明低渗透油藏水驱开发过程中应该充分考虑油水两相启动压力梯度和应力敏感性的综合影响,研究结果可为低渗透油藏水驱开发提供理论支撑。

“压胀松动”对应力敏感油藏的增产规律影响研究

针对油井压胀松动增产后产生压胀松动区,基于稳定流理论,推导出考虑启动压力梯度影响的应力敏感油藏的产量预测模型。通过实例分析了各因素对产量增产规律的影响。研究结果表明:在不同油藏基质渗透率和不同压差条件下,油井产量随着压胀半径的增大而呈凸型上升趋势,且上升幅度不大;油井产量随启动压力梯度的增大而呈近似线性下降趋势,且n值越小,油井产量随启动压力梯度增大的下降幅度越小;油井产量随渗透率变形系数的增大而呈凹型近下降趋势,且m值越大,油井产量随渗透率变形系数的增大先快速下降后趋缓。

质疑不存在启动压力之观点

近几年来在低渗透油藏开发的理论研究中出现了一些对科学概念理解出现误区和不分条件类比应用概念和公式的情况,澄清了低渗透和特低渗透储层渗流存在应力敏感性和启动压力、固体岩石和流体流变以及低速流体多孔介质中渗流的科学概念,并从理论上分析了理解误区出现的原因,证明了低渗透储层存在强的应力敏感性,特低渗透储层低速渗流存在启动压力,不再服从达西定律。

考虑岩石压缩系数应力敏感的能量补充时间

AR低渗透油田的岩石压缩系数应力敏感显著。但是,目前没有同时考虑启动压力梯度和岩石压缩系数应力敏感的能量补充时机的油藏工程计算方法。因此,文中通过室内物理实验研究了AR油田的岩石压缩系数应力敏感特征,将岩石压缩系数随着地层压力变化和地层压力分布差异而不同的特性考虑在内,建立了一种新的低渗透油田的能量补充时机计算方法。研究表明:当不同岩心的压缩系数应力敏感程度相同时,初始岩石压缩系数越大,弹性驱开发过程中的平均岩石压缩系数越大,因此地层压力消耗速度越慢,弹性驱采收率越高,需要补充能量的时间越晚;当不同岩心的初始压缩系数相同时,应力敏感程度越严重,压力消耗越快,弹性驱开发过程的平均压力越低,导致弹性驱采收率越低,需要补充能量的时间越早。AR油田在考虑岩石压缩系数应力敏感影响时的能量补充时间为83 d,较不考虑岩石压缩系数应力敏感时补充能量的时间大幅度提前。