页岩油藏储层物性压力敏感性分析

马龙 姜易龙 杨帆

摘要：本文主要对页岩岩芯进行应力（压力）敏感性评价分析，通过对应力敏感试验分析进一步了解页岩应力敏感影响因素，从而完善页岩储层改造技术措施，长时间发挥页岩储层最大产能。

关键词：页岩储层;渗透率;裂缝;压力敏感

一、页岩微观组构特征

对页岩岩石微观组构特征的研究我们主要通过X 射线衍射、岩石热解、压汞法和氮气吸附法进行研究。通过X 射线衍射实验和岩石热解实验的结果如下：石英、碳酸盐和粘土为含量最高的三种无机矿物。石英含量为 14.3%到 58.6%，平均为 31.4%;碳酸盐（白云石和方解石）含量为 0 到 56.5%，平均为 25.6%;粘土含量为 10.4%到 46.1%， 平均为 33.2%。此外，大多数样品含有少量的长石和黄铁矿，含量均小于 10%，个别样品含有少量菱铁矿。粘土矿物主要为伊蒙混层、伊利石和绿泥石，平均含量分别为 47%、37.6% 和 15.4% 。TOC 含量为 0.14 到 8.43%，平均为 1.9%。[1]

二、页岩应力敏感模型

（1）圆形毛管模型

当岩石孔隙中多为粒间孔隙、粒内孔隙、有机质不定形孔隙，且主要是钙质页岩基质情况，基质内并不存在裂缝的时候，我们考虑适用毛管模型。该模型的渗透率应力敏感性往往是根据岩石力学性质，杨氏模量、泊松比所决定的。当页岩岩石杨氏模量、泊松比相对比较高的时候，其应力敏感也就越强。

（2）椭圆孔模型

泥质页岩主要孔隙为粘土片层状孔隙，并且其基质内不含有宏观裂缝。该类页岩适用于椭圆孔模型。椭圆孔模型对比圆形毛管模型，其渗透率应力敏感不仅仅与岩石力学性质相关，另一方面孔隙的纵横比也是主要影响因素。该类页岩杨氏模量越低其应力明暗相对也就越强，并且泊松比的影响被淡化。那么这时孔隙形状对应力敏感影响较大，孔隙纵横比越小，岩石的应力敏感越强。

（3）裂缝模型

裂缝模型相似与椭圆孔模型。该模型主要适用于在片状孔隙及基质孔隙中微小裂缝的岩石中，裂缝模型的渗透率应力敏感性主要与杨氏模量及裂缝纵横比相关。当杨氏模量比较小的时候，孔隙纵横比也比较小的时候，此时的应力敏感表征为强。

（4）双重孔隙模型

该类模型下，杨氏模量表征越小，缝孔比越小、裂缝纵横比越低时，岩石的应力敏感性也就越强。

结合以上几种模型我么得到应力敏感影响因素，孔渗幂指数和孔隙压缩系数，进而我们总结出了圆形毛管模型、椭圆孔模型、裂缝模型和双重孔隙模型。孔渗幂指数主要由孔隙几何形状、孔隙的尺度和数量决定，孔隙压缩系数主要由孔隙几何形状和岩石力学性质决定。孔渗幂指数与孔隙压缩系数越大，渗透率应力敏感越强烈;反之，应力敏感越弱。页岩应力敏感主要取决于岩石力学性质、孔隙纵横比、裂缝尺度和基质孔隙度与裂缝孔隙度的比值。

总体上，岩石的杨氏模量越小，裂缝纵横比越低，岩石的应力敏感越强。此外，在双重孔隙介质中，当裂缝尺度远大于基质尺度时，缝孔比越小，岩石的应力敏感越强;当裂缝尺度与基质尺度相近时，缝孔比越大，岩石的应力敏感越强。

三、页岩渗透率应力敏感实验分析

（1）传统变围压应力敏感实验

根据储层敏感性流动实验评价方法，将页岩岩芯装入夹持器中，加载2.0MPa围压，将设备入口压力设置为0.2MPa，出口压力放空，然后增加围压到5.0MPa，测试岩芯的渗透率，逐步将岩芯围压增加至25MPa，测量页岩岩芯渗透率。随后将要从25MPa逐步降低至5.0MPa。针对压力变化绘制相应的曲线图。从而进一步研究有效应力增加对储层渗透率的伤害程度。

（2）定围压变内压加载实验

定围压变内压加载试验进一步应证了，当内压持续降低，页岩渗透率会随之下降。内压下降初期，页岩渗透率下降也比较快，当下降进入后期，其渗透率下降呈现平缓趋势。因此页岩对内压力有着极强的敏感性，当页岩渗透率越低，则其对内压的敏感性也就会越强。因为在围压不变的情况下，随着内压的降低，岩芯所承受的有效压力就会显著上升，岩芯内部孔隙将会受到挤压变形，孔隙通道的收缩使得油气流动通道变窄，这使得流动量下降，也就表现为渗透率下降内压作用刚开始，岩石变形程度相对较大，因此岩芯渗透率瞬间变化，其下降率也相对较高，然而孔隙被压缩至一定极限的时候，孔隙已经不能发生变形时，那么岩芯渗透率下降也就相对缓慢了。

（3）定内压变围压加载实验

定内压变围压增压实验中随着围压的增加，页岩孔喉呈现缩小趋势，孔喉通道的缩小进一步阻碍了流体的通过。并且页岩中的天然发育裂缝在围压的作用下也会进一步被压缩，并且闭合，这使得岩石的渗透率急剧下降。当围压开始下降，页岩的渗透率并不能立马恢复，岩石弹性形变恢复是需要一定的時间，因此存在一定的滞后性。围压的影响使得原有岩石不仅仅存在弹性形变，也存在塑性形变，这使得页岩的渗透率不能完全恢复到当初的状态。实验结果表明，页岩对围压有着极强的敏感效应，在升围压的过程中，岩心的渗透率越高，渗透率损害率越大。

结论

通过本文分析研究得知：

（1）页岩应力（压力）敏感程度与其岩石力学性质、泥质成分含量相关;

（2）页岩中泥质成分较高的岩石，其表征页岩自身的杨氏模量也就越小，其压缩性能也就越好，相对对来说也就比较容易被压缩，那么容易被压缩也就证明其应力敏感系数越大;

（3）通过页岩应力敏感机理研究及页岩渗透率应力敏感实验，我们知道，当有效压力逐步增大，页岩片状孔隙的闭合会进一步降低页岩内部孔隙的连通性，并且，孔喉半径相对于特低渗透储层来说比较低，中孔孔隙在页岩中分布频率相对较高;

（4）因此对于中孔孔隙，其对岩石渗透率贡献比较大的应力敏感普遍强，对于渗透率贡献小的敏感程度相对弱。

参考文献

[1] 阮敏，王连刚. 低渗透油田开发与压敏效应[J]. 石油学报，2002，23 （3）： 73-76.

[2] 宋传真，郑荣臣. 致密低渗气藏储层应力敏感性及其对单井产能的影响[J]. 大庆石油地质与开发，2006，25（6）： 47-49.

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