低渗透储层应力敏感性及其对石油开发的影响

低渗透储层应力敏感性及其对石油开发的影响

王海军吴平张楠

长庆油田分公司第五采油厂，陕西 西安 710200

摘要：石油和天然气是人类社会的主要能源之一，目前世界上有一半以上的石油和天然气都被开采出来，但这些资源大多都是不可再生的。在石油和天然气开发过程中，由于地下岩石孔隙结构的差异、储层流体性质及开采条件等方面的影响，使得油气藏的应力敏感性会对油气藏开发和生产造成严重影响。因此，了解储层应力敏感性的基本特征及其对油气田开发的影响，对有效地控制储层应力敏感性是非常重要的。

关键词：低渗透；储层；敏感性；石油开发

1岩石孔隙结构

孔隙结构是指岩石中所含的孔隙的数目、大小及分布等特征，它对流体渗流及油气层的形成与分布有着重要的影响。孔隙结构是岩石最基本的特征，是反映岩石物理性质和化学性质的重要参数。岩石中有多种类型的孔隙，包括天然孔隙类、裂缝等。天然孔隙类包括原生孔隙和次生孔隙两种，次生孔隙分为溶蚀孔和构造孔两种。

影响天然孔隙结构的主要因素是岩石矿物组成、矿物颗粒大小以及岩石中矿物颗粒的排列方式等。天然孔隙结构对油气藏最基本的影响是决定油气藏的储集空间类型，并导致油气藏中流体渗流特性和储集特性等方面发生变化，从而影响了油气田开发过程中油气水两相流动机理和渗流规律，最终导致了油气藏开发过程中渗透率的降低。

2岩石的应力敏感性

岩石在受到应力作用时，会使岩石的孔隙结构发生改变，使岩石的渗透率降低，导致储层流体从孔隙中漏失。这种现象就叫做岩石的应力敏感性。对于不同种类的岩石来说，其应力敏感性是不同的，而对于同一类型的岩石来说，其应力敏感性也是不同的。

砂岩、泥岩等属于软岩类，其孔隙结构比较复杂，以粒间孔隙为主。粒间孔隙中的颗粒与颗粒之间的接触面积很小，空隙内充满了流体和气体。在压实应力作用下，由于压力降低，流体的密度也降低，流体在孔隙中流动时所受到的阻力就越大，从而使孔隙体积减小，而其有效渗透率却有所增加。当压实应力与毛细管力平衡时，渗透率损失最大值就是渗透率变化值。

3应力敏感性评价

在低渗透储层开发过程中，应力敏感是一个十分重要的因素，它对储层的伤害主要表现在以下几个方面：一是储层渗透率的降低；二是岩心的孔喉半径发生变化；三是地层流体注入井筒后，在井筒附近地层中形成水锁；四是井筒附近地层的应力变化。在进行应力敏感评价时，应明确如下几个问题：一是岩石的应力敏感性受其孔隙结构和岩心本身孔隙度、渗透率等因素影响；二是岩石孔喉半径变化时，其孔隙结构不会发生变化，只会导致岩心渗透率下降；三是由于岩心渗透率下降，会导致岩心相对渗透率变化。

评价应力敏感的方法主要有：①实验法，即室内实验；②模拟法，即根据实际情况，建立实验室条件下的模拟模型；③生产法，即根据现场实际情况，对地层压力进行调整，通过计算与监测来评价地层压力的变化对储层的影响程度。

4储层损害机理

储层损害机理主要有以下几个方面：

（1）机械堵塞：当地层压力高于或低于流体饱和压力时，水进入储层会造成孔隙堵塞，造成油井产量下降。

（2）化学伤害：当地层受到外来液体侵入时，由于岩石表面吸附的能力及化学反应的进行，会使地层被污染而使油井产量下降。

（3）盐敏损害：由于地层中含有盐溶液，当地层压力低于饱和压力时，水进入地层会引起地层水敏。当注入的水与地层水中的盐溶液发生反应时，会使岩石表面的胶结物被溶解而产生化学堵塞。

（4）细菌或微生物：由于微生物的生长繁殖会产生多种代谢产物，当注入到地层中时，会对地层产生一定的伤害作用。

（5）水锁损害：由于压差增大，渗透率下降而使油井产量下降。

5渗透率损伤程度

渗透率损伤程度的大小主要受三个因素影响：一是岩石本身的结构和性质；二是流体性质（如油藏温度、压力、矿化度）；三是岩心变形后，应力释放的程度。在确定渗透率损伤程度时，通常采用岩心渗透率随压力变化的实验曲线，计算出岩心在一定压力下的渗透率，并与原岩渗透率进行比较，来确定渗透率损伤程度。通过对实验数据进行分析可以看出：随着应力增加，渗透率逐渐降低。但在应力为50 MPa时，渗透率已经降至初始值的25%；随着应力进一步增加，渗透率继续降低。这说明在较低的应力下，渗透率损伤较小；随着应力继续增加，渗透率损伤逐渐加剧。由于岩心变形后，其渗透率是一定的，所以岩心变形后其渗透率变化不大；但若岩心变形后再经过一定时间才恢复到原来的渗透率时，其渗透率是下降的。因此可以看出：渗透率损伤程度与岩心变形程度有关。

6预防和减少应力敏感伤害的措施

通过室内试验，在引入渗透系数和有效应力系数的基础上，进一步探讨了影响油藏应力灵敏度的主控因子，即工作液侵入、压力作用时间及作业方法等，这既与油藏自身的循环再利用有关，也与原油自身的物理特性有关。因此，对油气藏的保护性灵敏度进行研究是十分必要的。康伊利等认为，对于密闭的气藏，既要采取防护措施，又要采取相应的措施。一台贮槽破损后，即便通过压裂、酸化等方法进行改造，仍有可能无法达到理想的实施效果。因而，对储层进行防护时，必须重视损失补偿与预防，明确其作用机制及对其的作用机制，可为制定合理的防护措施提供依据。通过对主要问题的分析，制定出合理的预防对策，可以很好地防止或减弱应力敏感现象的出现，或者降低其对开采的不利影响。

在钻井、完井、采油过程中，应尽可能减少和避免钻完井液及压裂液与岩石的直接接触，在注入和采出流体时，应尽量使液体与岩石保持一定的距离。对于因岩石强度低而导致的应力敏感性损害，可以通过提高钻井速度、压裂返排液及压裂液的浓度来实现。对于压裂液产生的应力敏感损害，可以通过降低压裂液的滤失量、提高压裂液中粘土矿物的含量或使用低滤失性压裂液等方式来实现。

对于压裂裂缝较多的储层，可以采用提高裂缝导流能力来减少裂缝闭合应力，从而避免应力敏感损害。对于储层注入和采出流体时，应尽量使流体与地层岩石保持一定距离，这样能够减少地层岩石在注入和采出流体时产生的应力敏感性损害。

7结束语

1、对于低渗透储层来说，应力敏感性是影响油气藏开发效果的主要因素之一，它直接影响到油气田的最终产量。在实际的勘探和开发过程中，应加强对低渗透储层应力敏感性的研究，以减少这一问题对油气田开发产生的负面影响。

2、为了有效地控制储层应力敏感性，应该对储层岩石进行预处理，使岩石处于半稳定状态。在进行生产作业时，要根据不同的生产阶段及流体性质调整作业工艺，从而保证油气藏生产稳定、合理。

3、在钻井过程中，由于压力的作用，会使钻井产生较大的阻力。为了有效地减小这个阻力，可以利用流体的增压作用来使其进入储层内。同时还要考虑到井下工具、泵及管线等方面的压力损失，从而减少钻井阻力。

4、为了有效地减少应力敏感性对油气田开发造成的不利影响，在进行油气田开采作业时，要从多个角度对作业进行优化设计。例如：在钻井过程中可以利用气举法、压裂法及化学溶蚀法等方法来降低储层应力敏感性。同时还可以通过注入压裂液以及注入气体来增加储层内的孔隙压力，从而有效地控制储层应力敏感性。

参考文献：

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