(1+++++)对低渗透储层的错误认识
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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 文章编号:1674-5086(2009)06-0177-04
对低渗透储层的错误认识3李传亮1,张学磊2(1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室・西南石油大学,四川成都610500;2.中国石油勘探开发研究院,北京100083)
摘 要:低渗透储层研究出现的许多错误认识,是由于实验手段的不正确和缺少理性的科研方法所致。低渗透储层发育一些微裂缝,但裂缝开度小,连续性差,在地下被迫闭合(地下没有张开的缝),因此,渗透率极低。低渗透储层的微裂缝与粒间孔隙相当,因此,为单一介质,而不能称作双重介质。低渗透储层的岩石高压缩性和强应力敏感是由实验的系统误差所致,根本不是岩石自身的性质。滑脱效应和启动压力梯度属于实验假象,其实并不存在。关键词:低渗透;微裂缝;双重介质;压缩系数;应力敏感;滑脱效应;启动压力梯度中图分类号:TE348 文献标识码:A DOI:10.3863/j.issn.1674-5086.2009.06.039
随着大量低渗透储层的投入开发,对低渗透储层的研究也越来越多。但是,由于研究手段的不正确和缺乏正确理论的指导,人们在低渗透储层的研究上走了不少弯路,许多研究结果偏离了科学的轨道,甚至出现了严重的逻辑错误,不具有现场应用价值。及时纠正这些错误认识,对提高低渗透储层的开发效果具有重要的意义。1 裂缝和双重介质低渗透储层因致密坚硬而具有一定的脆性,在不均衡地应力的作用下,储层内部通常发育一些裂缝,这对储层的渗透性能有一定的改善,但裂缝的开度较小,属于微裂缝的范畴(图1)。低渗透储层并非像人们说的“裂缝十分发育”,如果裂缝十分发育,储层就不属于低渗透储层了,而应该属于中高渗透储层。低渗透储层的渗透率之所以低,就是因为储层的孔隙(包括裂缝)欠发育所致。微裂缝不仅发育在低渗透储层之中,在高渗透的粗粒砂岩中也有发育(图2),由于微裂缝的开度极小,连通性极差,因此,对储层渗透性能的改善作用有限,与粒间孔隙对渗透性能的改善作用大致相当。许多人夸大了微裂缝的作用,并把实验室测到的低渗透储层的“强应力敏感现象”归因于微裂缝的存在,其实是没有多少道理的。裂缝性油藏的应力敏感并不强,产量递减快是油藏阶段生产特征的表现形式[1]。
第31卷 第6期 西南石油大学学报(自然科学版)
Vol.31 No.6
2009年 12月 JournalofSouthwestPetroleumUniversity(Science&TechnologyEdition) Dec. 2009
3收稿日期
:2008-12-30
作者简介:李传亮(1962-),男(汉族),山东嘉祥人,教授,博士,主要从事油藏工程的教学与科研工作。© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
由于低渗透储层的微裂缝一般都不是错位缝[1],因此,裂缝的开度不可能很大。又由于裂缝中的流体压力低于地应力,裂缝在地下也不可能呈开启状态,而是被迫闭合,地下没有张开的缝[1]。如果裂缝呈开启状态,储层的渗透率就会很高。人们在地面岩芯上观察到的开启缝,并不代表地下的裂缝状态。油气生产过程中,裂缝开度也会随地层压力而发生变化,但并非像人们说的那么极端:投产前裂缝开启,投产后裂缝闭合。低渗透储层的油井产量递减快,主要是由于“超前开采,后期亏空”的结果[2],并非是裂缝闭合所致。由于储层的储集能力差,渗透率低,供液困难,油井又通常压裂投产,因而使得产量递减较快。如果裂缝因生产而闭合,这不仅不影响生产,反而有利于驱油,因为裂缝的闭合必然将其中储集的油气驱出地层,因而是开采的动力[3]。也有人认为,低渗透储层的孔隙开度较小,应力变化会立即将孔隙堵死。其实,这也是没有道理的。压力降低只能使孔隙开度变小,而不能将其堵死。不少人把低渗透储层称作双重介质,其实这是对连续介质理论的误解[4-5]。在微观尺度上,多孔介质都是双重介质,因为介质由基质颗粒和粒间孔隙两种性质完全不同的部分组成。但是,储层岩石是否为双重介质,并不是在微观尺度上进行定义的,而是在油井尺度上进行定义的[6]。如果储层由大裂缝和基质组成,则油井钻遇裂缝而高产,钻遇基质而低产,因此,双重介质地层的油井产量也呈现双重性质。但是,低渗透储层的裂缝都属于微裂缝,与基质孔隙没有太大差别,油井没有单独钻遇裂缝或基质孔隙的可能性,因此,低渗透储层不能称作双重介质,而应该视作单一介质。2 强压缩性与强应力敏感低渗透储层的岩石压缩系数,因实验的系统误差而常常被高估[7],实测的岩石压缩系数不仅高于地层流体,极端情况下甚至高于气体,缺乏基本的合理性(图3)。岩石压缩系数的测量结果还存在逻辑反转的致命缺陷[8],即岩石孔隙度越高,岩石越疏松,岩石的压缩系数反而越低,意味着岩石越难压缩(图4)。与岩石压缩系数类似,实验测量的岩石应力敏感性也呈现逻辑反转现象[9-12],即低渗透储层的应力敏感程度强于中高渗透储层(图5)。并且,渗透率越低,应力敏感越强。
图3 实测岩石压缩系数曲线Fig.3 Compressibilitycurveofrockmeasuredinlab
图4 Hall图版Fig.4 Hall′splot
图5 中高和低渗岩石应力敏感曲线对比Fig.5 Stresssensitivitycurvesofmid2highandlowpermeabilityrocks
图6 封套密封岩芯示意图Fig.6 Sealingsketchofcore2sleeve
871西南石油大学学报(自然科学版) 2009年© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
岩石压缩系数和应力敏感性的测量结果之所以出现逻辑反转现象,是因为岩芯与封套之间的微间隙所致(图6)。微间隙的存在,对中高渗透岩芯的影响较小,而对低渗透岩芯的影响却非常严重[9-10]。岩石应力敏感认识上的误区还有很多,如岩芯加载卸载过程中存在塑性变形、流体类型会影响应力敏感程度以及孔隙度的应力敏感等[13-16]。还有人把低于1×10-3μm2的地层称作应力敏感地层,把高于1×10-3μm2的地层称作非应力敏感地层[14]。岩石压缩系数测量结果的逻辑反转现象已被新的实验方法(弹性模量法)所克服[8,17],新的实验测量结果完全符合科学逻辑,即岩石越疏松,压缩系数越高,越容易被压缩,而且压缩系数的数值已变得很小,远低于地层流体(图7)。图7 弹性模量法岩石压缩系数曲线Fig.7 Compressibilitycurvebyelasticmodulusmethod岩石的应力敏感与岩石的压缩性密切相关,若岩石不可压缩,就不可能产生变形,也就不可能存在应力敏感。由于岩石压缩系数的逻辑反转得到了彻底的纠正,其数值已变得很低,因此,储层的应力敏感也变得很弱。岩石的应力敏感指数与岩石的压缩系数之间存在下面的关系[18]SIp=10cp(1)式中,SIp—应力敏感指数,是地层压力下降10MPa时的数值,无因次;cp—岩石压缩系数,MPa-1。根据式(1),岩石的应力敏感程度可由压缩系数直接计算,而不再需要实际测量了。压缩性强的岩石,变形量大,应力敏感就强;压缩性弱的岩石,变形量小,应力敏感就弱。传统的实验方法测量出了一个错误的极端,即低渗透储层的高压缩性和强应力敏感。实际上,这都是实验的系统误差,并非岩石自身的性质。如果低渗透储层的岩石具有高压缩性,则表明岩石的弹性能量极其充足,而实际情况正相反,低渗透储层的天然能量极其匮乏,一投产地层压力就迅速下降。新的实验方法测量出了一个正确的极端,即低渗透储层的岩石压缩系数极小,应力敏感程度极弱。油气生产过程不必考虑应力敏感的影响[19]。
3 滑脱效应与启动压力室内实验测量出了低渗透储层存在很强的滑脱效应和很高的启动压力梯度,滑脱效应是指气体在储层岩石中流动时不与毛细管壁产生摩擦,而是从孔隙壁面滑过,因此,气体流动不消耗能量。并且,
渗透率越低,滑脱效应越强。滑脱效应导致了气测渗透率的强压力依赖性(图8),实际上,该现象是因为计算渗透率时气体黏度的选择不当所致。
图8 气测渗透率曲线(滑脱效应)
Fig.8 Permeabilitycurvemeasuredthroughgas(slippageeffect)
无论是气体、还是液体,在固体表面流动时都因为黏滞力而存在一个流动滞缓层,通常被称作边界层[16]。边界层的存在,保证了固体表面流体无滑移。如果存在滑脱,则气体的流速可达无穷大,气井产能也将达无穷大。实际情况并非如此,可见滑脱效应是不存在的,仅是实验假象而已。实验研究还测量出了气体在岩芯中流动时存在启动压力梯度,当压力梯度较小时,气体并不流动,
当压力梯度超过一定数值时,气体才开始流动(图9)。而且,渗透率越低,启动压力梯度就越高。
图9 实测渗流指示曲线Fig.9 Indexcurveofflowthroughporousmedia
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实际上,启动压力梯度的存在是实验误差所致[20],在极低的渗流速度条件下,流速的计量十分困难,把微弱的流速当成了0。实验测量的启动压力梯度极高,地层中无法遇到。若存在启动压力梯度,低渗透储层中的油气就无法开采了,因为需要太高的生产压差。泥岩的渗透率极低,若存在启动压力梯度,其中生成的油气就无法运移出泥岩,也就无法聚集成藏了。有人测量出了正的启动压力梯度,也有人测量出了负的启动压力梯度,还有人没有测量到启动压力梯度,可见,启动压力梯度并不存在,只是实验误差而已。气体在岩芯中流动时,若存在启动压力梯度,就不可能存在滑脱效应;若存在滑脱效应,就不可能存在启动压力梯度;这两个现象不可能同时存在,但奇怪的是,现在人们同时测量出了这两个相互矛盾的现象,可见是实验本身出了问题。4 结 论(1)低渗透储层发育的微裂缝开度小,连续性差,而且不是错位缝,在地下被迫闭合,地下没有张开的缝,因此,储层的渗透率较低;(2)由于微裂缝与粒间孔隙相当,因此,低渗透储层不能视作双重介质,而应视作单一介质;(3)低渗透储层的岩石压缩系数和应力敏感程度都较低,生产过程可将其忽略;(4)滑脱效应和启动压力梯度都属于实验假象,其实都是不存在的。低渗透储层的研究,因实验本身的问题而得出了许多错误的认识,其实这也是研究过程缺少理性思考的结果。这些错误认识,都是实验室里的结论,对油气开发实践没有任何的指导意义,反而浪费了大量的科研资源。经过大家的努力,近期情况虽有所好转,但仍不乐观。一些人不愿抛弃传统观念,继续宣传这些错误认识,因此,科学研究回归理性的任务依然十分艰巨。科学有其自身的逻辑,不符合科学逻辑的认识都不是科学认识。希望此文能够彻底改变人们对低渗透储层的错误认识,让低渗透储层的研究回到科学的轨道上来,也希望科研人员不要在错误的道路上越走越远,更希望年轻的学子不要误入歧途,引导毫无价值的科学人生……参考文献:
