低渗透油气储层的应力敏感性表皮系数研究

低渗透油气储层的应力敏感性表皮系数研究3

杨满平1,2　李允3

(1.燕山大学　2.大港油田博士后工作站　3.西南石油学院)

　　杨满平等.低渗透油气储层的应力敏感性表皮系数研究.天然气工业,2005;25(3):141～143

　　摘　要　在低渗透油气藏开发过程中,随着流体的产出,油气层压力是逐渐降低的,储层岩石的敏感性效应使得渗透率也是随着地层压力的降低而降低,根据地层压力的分布特征,表明渗透率漏斗也客观存在。根据渗透率漏斗在地层中的分布特性,以及油气渗流力学中的单相流体的平面径向流渗流理论,通过复合模型得到了计算描述油气储层应力敏感性的等效表皮系数的方法。实例分析表明,在开发过程中,油气层压力降低幅度越大,即地层压力越低(有效压力越高),储层岩石的应力敏感性越明显,对应的等效表皮系数的值也越大,并且低渗透储层的应力敏感性等效表皮系数不容忽视,在实际的油气井测试和分析工作中需要认真考虑。　　主题词　低渗透油气藏　储集层　应力分析　表皮系数　渗透率　研究

一、引　言

　　随着低渗透油气藏的开发日益受到重视,作为低渗透储层在开发中所表现出的一个重要特征,低渗透油气储层的应力敏感性成为了广大石油工作者研究的重点。低渗透储层岩石的渗透率本身就非常低,因此在地层压力降低的情况下,渗透率的改变对生产所造成的影响远大于常规中高渗储层。　　对储层应力敏感性的研究,都是通过实验来进行评价的。国内外〔1,2〕在这方面已经作了大量的实验研究和分析工作,实验研究的结果表明储层的渗透率随有效压力(净覆压)的增大或地层压力的降低具有逐渐降低的趋势,并且这种变化满足负指数衰减规律〔3～6〕。文献〔3〕的研究还表明,渗透率降低后不能随着地层压力的恢复而恢复到原来所对应的大小,说明这种应力敏感性伤害是永久性的。　　虽然在上述文献的研究中,对渗透率随地层压力或有效压力的变化做出了详细的研究,但也只是一种评价性的分析,即只得到了渗透率随有效压力或地层压力的变化规律或受到伤害的程度,没有在实际应用中得到检验。笔者根据油气井在生产中的压力分布特征,提出了渗透率漏斗的概念,并将其等效成表皮系数,运用到实际的油气竟测试分析中去。

二、渗透率漏斗　　在油气井的生产过程中,随着地层种流体的流

出,井眼周围的地层压力要逐渐降低,且降低的程度以井眼周围为最明显,形成了常说的压力漏斗(图1-a)。压力漏斗的形成,同时也反映了井眼周围的储层岩石所受到的有效应力的改变。由于储层所承受的上覆岩层压力一般是不变的,因此,井眼周围有效压力的分布与地层压力具有相反的趋势,即越接近井眼,储层岩石受到的有效应力也就越高,向外则逐渐过渡到地层原始压力时的初始有效应力状态。

图1　压力漏斗和渗透率漏斗

(2001CB209108)资助。　　3本文受国家重大基础研究项目(973项目)子课题“气藏变形介质渗流规律研究”

　　作者简介:杨满平,1974年生,副教授;2004年获西南石油学院油气田开发工程专业博士学位,目前在大港油田公司博士后工作站从事油气田勘探与开发研究工作。地址:(300280)天津市大港区大港油田公司博士后工作站。电话:(022)

25967238。E2mail:yangmp@sina.com

・141・

开发及开采　　　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　　　　2005年3月

　　由式(3)和式(4)可以得到应力敏感性表皮系数

的计算公式为:

n-1

　　根据前面的实验研究表明,随着有效应力的增加,储层岩石的渗透率是逐渐降低的,也就是说在井壁附近,因受到的有效应力最大,渗透率的降低幅度也最大,渗透率的值则越小,而远离井眼,储层受到的有效应力逐渐降低,渗透率也就越高,到该井的控

S=2K0

i=1

∑K

ln

i+1

ri+1rirn-ln+Kir1

(5)

　　式(5)就是计算应力敏感性等效表皮系数的公

制半径以外时,为地层初始有效应力状态,渗透率也

式。如果为气藏,则采用压力的平方,得到的结果是

达到地层的原始渗透率(图1-b)。渗透率在地层中

相同的。只考虑井半径和油气藏半径,则式(5)可以

的这种分布特征与地层压力的分布特征是相似的。

简化为:

因此根据压力漏斗的定义,将地层中渗透率的这种

K0-Kwre(6)S=ln变化特征定义为渗透率漏斗。

K0+Kw

rw

三、应力敏感性等效表皮系数的计算

　　由于油气藏在开发过程中,井眼周围应力变化

引起储层的渗透率的降低,并形成渗透率漏斗。在实际应用中,常常看成是由于应力而造成的储层伤害,所以在测试过程中可以将其等效为表皮系数。根据对渗透率漏斗的形成特征,可以通过复合模型来研究。　　根据油气渗流力学中的单相流体的平面径向流渗流理论,首先将储层简化为由以井眼为中心的同心圆环组成。井壁处的半径即井眼半径为r1(或rw),外半径为rn(或re),中间依次为r2,r3,…,ri,…,rn-1对应点的压力和渗透率分别为p1,p2,p3,…,pi,…,pn-1,pn和K1,K2,K3,…,Ki,…,Kn-1,Kn,若该井的产量为Q,流体的粘度为μ,并且流体的流动为稳定达西流,那么根据压力降落公式,有

μlnQ

pi+1-pi=

ri+1riKi+1+Ki四、实例分析

　　表1中5个样品的渗透率是采用CMS-300型

岩心自动分析仪在不同有效压力(相当于围压与孔隙压力的差值)下测得的,样品来源于我国中西部地区的某低渗透气藏的砂岩储层,实验用流体为氮气。　　考虑岩石在地层条件下的初始有效应力(地层原始条件时上覆岩层压力与地层压力的差值),并假设所有样品在地层原始条件时所受到的初始有效应力为17.10MPa,该压力下的渗透率为地层的原始渗透率;有效应力的增加为地层压力降低所引起;各样品所代表的气藏半径为500m,井半径为0.1m。根据上述假设条件,利用式(6)进行计算。计算得到的结果如表1所示。　　从表1中的数据可以看出,地层压力降低的幅度越大,即有效压力越高,应力敏感性等效表皮系数的值就越大,亦即地层渗透率受到的应力敏感性伤害越严重。另外表中的数值也显示了应力敏感性伤害是非常可观的,在实际的油气井测试和分析工作中不容忽视。

(1)

πh2

2

　　将i=1,2,3,…,n-1分别代入上式中,可以得

到n-1个类似的方程,并将这n-1个方程叠加,便可以得到:

pn-p1=

五、结　论

　　(1)低渗透油气储层岩石的渗透率是随着地层

压力的降低而降低的,根据地层压力的分布特征,渗透率漏斗也是客观存在的。

　　(2)根据渗透率漏斗的分布特征,及油气渗流力学中的单相流体的平面径向流渗流理论,通过复合模型得到了计算描述油气储层应力敏感性的等效表皮系数的方法。

　　(3)通过实例分析,低渗透油气储层的应力敏感性等效表皮系数是不容忽视的,在实际的油气井测试和分析工作中需要认真考虑。并且地层压力越低(有效压力越高),应力敏感性越明显,对应的等效表皮系数的值也越大。

μQπhi=1Ki+1

n-1

∑ln

ri+1ri+Ki

(2)

　　上式中,p1为井壁处的压力,与井底流压相等,即p1=pwf;而pn和Kn原始地层压力和地层原始渗透率,即有pn=pe,Kn=K0。因此式(2)又可以写成为:

pe-pwf=

μQπhi=1Ki+1

n-1

∑ln

ri+1ri+Ki

(3)

　　将渗透率漏斗等效成表皮系数(S),则有:

μrnQln+Spe-pwf=

πhK0r12・142・

(4)

第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　

表1　应力敏感性表皮系数的计算

有效压力

(MPa)

17.1019.3921.6923.9926.2928.5930.8933.1935.49

开发及开采

样品1

K

1)

样品2

S

K

1)

样品3

S

K

1)

样品4

S

K

1)

样品5

S

K

1)

样品6

S

K

1)

S

0.4870.4540.4320.4140.3990.3940.3720.3620.350

00.2990.5100.6900.8460.8991.1401.2541.394

0.03930.03520.03030.02990.02540.02430.02300.02050.0195

00.4691.1011.1571.8302.0092.2282.6782.868

0.07030.06060.04100.03670.03220.02850.02510.02230.0199

00.6312.2422.6753.1663.6034.0354.4154.759

0.1030.09520.08720.08600.08160.07710.07330.06990.0663

00.3350.7080.7660.9871.2251.4351.6311.846

0.03450.03020.02240.01900.01840.01680.01530.01410.0126

00.5661.8112.4662.5922.9393.2843.5753.960

0.2760.2540.2240.2100.2000.1750.1700.1660.160

00.3540.8861.1571.3601.9072.0242.1202.266

　　　注:1)渗透率(K)的单位为×10-3μm2。

参　考　文　献

1　戈尔布洛夫AT.异常油田开发.北京:石油工业出版社,

1987:15～45

2　李道品.低渗透油田高效开发决策论.北京:石油工业出

应用.西南石油学院学报,1999;21(4):23～25

5　KikaniJ,PedrosaOAJR.Perturbationanalysisofstress

-sensitivereservoirs.SPEFE1991;(9):379—3866　ZhangMY,AmbasthaAK.Newinsightsinpressure-transientanalysisforstresssensitivereservoirs.

SPE28420,1994;(9):617—627(收稿日期　2004212213　编辑　韩晓渝)

版社,2003:74～79

3　刘建军,刘先贵.有效压力对低渗透多孔介质孔隙度、渗

透率的影响.地质力学学报,2001;7(1):41～444　吴凡,孙黎娟等.孔隙度、渗透率与净覆压的规律研究和国外推广车用乙醇汽油状况

　　在国外,车用乙醇汽油的生产和使用技术已经十分成熟。美国和巴西是目前世界上最大的车用乙醇汽油生产和消费国。　　美国推广使用车用乙醇汽油已经有近30年的历史。经历了20世纪70年代的石油危机后,美国政府决定大力推广燃料乙醇的生产和车用乙醇汽油的使用。1979年,美国制定了联邦政府的“乙醇发展计划”,开始大力推广使用含10%(体积比)乙醇的混合燃料。

　　目前,美国已经有41个州在推广使用车用乙醇汽油,乙醇汽油的消费量已经超过全部汽油消费量的20%,全美8%的玉米产量用来生产燃料乙醇。推广乙醇汽油实行区域封闭销售,例如芝加哥地区就全部使用车用乙醇汽油。政府采取补贴生产企业的方式推动车用乙醇汽油的推广。

　　巴西是石油资源贫乏的国家之一,政府禁止消费不含乙醇的汽油,巴西是世界上惟一不使用纯汽油作汽车燃料的国家。　　巴西市面销售的车用汽油均为乙醇汽油,乙醇汽油的乙醇含量一般在20%～26%,因此车辆发动机需要进行适当改造。燃料乙醇计划使巴西形成了独立的经济能源运行系统,刺激了农业的大发展,大气和生态环境显著改善。巴西甘蔗产量的

43%用于生产燃料乙醇,乙醇消耗总量的92.5%用于交通。

(蒋静萍　摘中国消费者报)

・143・

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NATURALGASINDUSTRY/Mar.,2005

Aimingtothedefectsoftheexistingmethod,consideringthespecialpropertiesofgasformationsandusingthemodernex2perimentaldevicesandtestingtools,thegreatimprovementhavebeenmadeforthenewmethodonthecoreclearingde2vicesandtestingmethod,thegashumiditymaking,control2lingandmeasuring,theemulationoftemperature,pressureandwatersaturation,theprocessofgasformationdamagebytheexternalfluidsandgasrestoringetc.ThenewmethodisusedforthesensibilityevaluationofgasreservoirsinYinaareasofTalimuoilfieldandSuligeareasofChangqingoil2field.Theresultsofsensibilitytestsaremorereasonable.

ter,itisthemosteconomicandeffectivewaytouseblow2backforcleaningthepipes.

　　SUBJECTHEADINGS:Gaswells,GasRecoveryfacili2

ty,Gatheringflowsheet,Plugging,Precaution,SichuanBasin,West

　　ChenShanping(engineer)wasbornin1968.　Add:

No.399,Section3,NorthTaishanRoad,Deyang,Sichuan(618000),China　Tel:(0838)2422430

STUDYONSKINFACTORSWITHSTRESSSENSI2TIVITYFORLOWPERMEABLERESERVOIRS1)　　YangManping(YunshanUniversityandPost2DoctorStationinDagangOilfield)andLiYun(SouthwestPetroleumInstitute).NATUR.GAS

IND.v.25,no.3,pp.141—143,3/25/2005.

　　SUBJECTHEADINGS:GasFormation,Protection,

Formationdamage,Productionevaluation,Method

　　YangXianyou(seniorengineer,Doctor)wasbornin

1958.　Add:P.O.Box910,XueyuanRoad,Beijin(100083),China　Tel:(010)62098257　E2mail:yangx2ianyou@petrochina.com.cn

(ISSN1000-0976;InChinese)

　　ABSTRACT:DuringtheProductionoflowpermeable

reservoirs,thereservoirpressuredropsgraduallyastheflu2idsarerecovered.Andthepermeabilitydecreasesastheres2ervoirpressuredropsduetothesensitivityeffectoftherocks.Accordingtothepressuredistribution,thepermea2bilityfunnelshouldexistobjectively.Accordingtothedistri2butionfeaturesofpermeabilityandbasedontheplaneradialpercolationtheoryofmonophonicfluidintheoil/gaspercola2tionmechanics,thefunctiontodescribetheskinfactore2quivalenttothestresssensitivityofreservoirsbycomputerisfoundedwiththecompoundmodel.Theanalysisofrealca2sesshowsduringproduction,themorereservoirpressuredrops,i.e.thelowerreservoirpressureis(thehighertheeffectivepressureis),themoreobviousthestresssensitivityoftherocksis,andthelargerthecorrespondingskinfactoris.Theskinfactorequivalenttothestresssensitivityoflowpermeablereservoirscan’tbeomitted,whichshouldbecon2sideredinoil/gaswelltestandanalysisseriously.

COMMONPLUGGINGANDPRECAUTIONSOFGASWELLSINXINCHANGGASFIELD　　ChenShanping(WestSichuanProductionandTransmissionDepartmentofSouthwestBranch,Sinopec).NATUR.GASIND.v.25,no.3,pp.138—140,3/25/2005.(ISSN1000-0976;InChi2nese)

　　ABSTRACT:Pluggingphenomenaappearmuchsince

WestSichuanXinchanggasfieldwasputintoproduction.ThecommonpluggingtypesaresummedforXinchanggasfield.Withthestudyonthecompletiontesttechniques,thefracturingstimulationofreservoirs,theproductionperform2anceandthemaintenancemeasuresofgaswells,thereasonstoformvariouspluggingareanalyzed.ItisthoughtthegaswellsofSaximiaogroupinXinchanggasfieldhavethemate2rialandphysicalconditionstoformwaxplugging,hydratepluggingandfracturingfluidplugging.Thecohesionandchokeeffectsinthegasrecoverystringarethemainreasontocausesuddenchangeoftemperatureandpressure.Thechokeinthepipewillleadhydrategeneratingandwaxdrop2pingoutandmakethepluggingmaterialsmultiple.Pluggingiscausedmainlybynotclearinginsidethepipes,Sopluggingprecautionsarebasedonmakingtheboreholeandthepipesinteriorsclearingforbothdown2holeandsurfacesystems,whichshouldbepaidmoreattentiontointheconstructionandproductionprocessofgaswells.Aimingtodifferentop2erationstage,thecorrespondingpluggingprecautionsareproposedforthegaswellsofSaximiaogroup.Asthehy2dratepluggingintheproductionlineoftenhappensinwin2

1)

　　SUBJECTHEADINGS:Lowpermeablereservoir,Res2

ervoir,Stressanalysis,Skinfactor,Permeability,Study

　　YangManping(associateprofessor,Doctor)wasborn

in1974.　Add:Post2DoctorWorkingStationinDagangOil2fieldCom.,DagangDistrict,Tianjin(300280),China　Tel:(022)25967238　E2mail:yangmp@sina.com

EVALUATIONINDEXESSYSTEMOFTECHNI2CALLEVELFORCNGDISPENSERS1)

　　HeTaibi,HuangHaibo,TanJinhui(Xihua

University)andMoLing(SichuanProductQualitySupervision&InspectionAgency).NATUR.GAS

・18・