技术领域
[0001] 本发明属于石油天然气工程领域，具体涉及一种深层气藏原位应力敏感测试方法。
相关背景技术
[0002] 随着气田勘探工作的日益深入，近年来我国相继发现了一系列深层气藏。这样的深层高压气藏在开采过程中，随着地层压力的降低，岩石骨架和颗粒承受的有效应力将增加，导致岩石孔隙结构发生变形，从而使岩石渗透率发生变化。研究不同有效应力下储层岩石渗透率随有效应力的变化规律，对气藏储量计算、生产动态预测、产能分析、测试和生产工作制度的制定具有重要意义。但是，现存的应力敏感测试方法由于受到实验设备等限制，无法还原储层100MPa以上的超高压力，与原始储层条件下岩石骨架或颗粒受力情况存在较大差异，尤其对于塑性矿物含量较高的情况，所以经常使得应力敏感性被高估或者低估，对工作制度优选和产能预测误差较大。尤其是对于超高压深层气藏，原位条件下的初始有效应力更高，岩石骨架变形量或颗粒接触更复杂。有些储层存在盐膏层和局部不渗透区，对上覆岩层有支撑作用，能够降低储层有效应力。为了更为真实地反映储层开采过程储层渗透率变化规律，更好的优选工作制度和准确预测产能，因此需要建立一种能够更准确反映深层气藏开采过程中原位渗透率变化的测试方法，并对岩心进行改造，以反映盐膏层和局部不渗透区对储层受力的影响。
具体实施方式
[0034] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0035] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0036] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0037] 本发明针对现有深层气藏应力敏感测试方法无法真实还原储层开发过程中渗透率变化的问题，提出一种新的原位应力敏感测试方法。
[0038] 一种深层气藏原位应力敏感测试方法，包括：
[0039] S1：制备岩心；获取测试目标层位上覆岩层压力与孔隙压力；
[0040] S2：根据目标层位上覆岩层压力与孔隙压力确定初始状态下岩石骨架所受有效应力及围压上升步长和回压上升步长；
[0041] S3：将岩心的上覆岩层压力、初始孔隙压力上升至原始地层状态，计算原始状态渗透率；
[0042] S4：根据S2中所计算围压上升步长和孔隙压力上升步长逐级降低出口端初始孔隙压力值，模拟衰竭开采过程，并计算不同孔隙压力对应的渗透率；
[0043] S5：对比原始状态渗透率和不同孔隙压力对应的渗透率，得到损失率，确定应力敏感度。
[0044] 本发明公开的一种深层气藏原位应力敏感测试方法，首先根据储层特征制备岩心，能够反映不同储层特征应力敏感特性，将上覆岩层压力与孔隙压力恢复到储层原始状态，使深层气藏岩石骨架受到的上覆压力和孔隙压力均与原位状态一致，并阶梯降低回压模拟气藏衰竭开采。该方法能够更准确的反映实际储层衰竭开采时渗透率变化规律，更好的优化工作制度和预测油气产能。
[0045] 作为优选方案地，S1中，所述岩心包括：模拟薄盐膏层对储层受力影响的岩心、模拟厚盐膏层对储层受力影响的岩心及模拟薄盐膏层和局部不渗透区对储层受力影响的岩心。
[0046] 作为优选方案地，所述模拟薄盐膏层对储层受力影响的岩心，选取直径2.5cm的天然标准岩心，将其直径打磨成2.2～2.3cm。岩心外包裹直径2.5cm、厚度为1～2mm的钢套，钢套与岩心之间用胶填充；
[0047] 进一步优选地，所述模拟厚盐膏层对储层受力影响的岩心，选取直径2.5cm的天然标准岩心，将其直径打磨成2.1～2.2cm；岩心外包裹直径2.5cm、厚度为1～2mm的钢套，钢套与岩心之间用胶填充；
[0048] 进一步优选地，所述模拟薄盐膏层和局部不渗透区对储层受力影响的岩心，选取直径2.5cm的天然标准岩心，将其直径打磨成2.2～2.3cm，岩心横截面钻取2～4个贯穿孔洞；并在岩心孔洞处镶嵌直径钢柱，钢柱与岩心以胶填充；岩心外包裹直径2.5cm、厚度为1～2mm的钢套，钢套与岩心之间用胶填充。
[0049] 为模拟气藏上部盐膏层承受部分应力对储层的影响，在标准岩心外层包裹钢套代替盐膏层。为模拟气藏上部盐膏层和局部不渗透区承受应力对储层的影响，外加1～2mm钢套代替盐膏层，内嵌钢柱代替局部不渗透区。
[0050] 作为优选方案地，S1中，基于岩石密度计算测试目标层位上覆岩层压力，基于钻井过程测定的地层压力系数计算测试目标层位孔隙压力，从而确定原位应力敏感初始状态。
[0051] 作为优选方案地，基于岩石密度计算测试目标层位上覆岩层压力，基于钻井过程测定的地层压力系数计算测试目标层位孔隙压力，具体包括：
[0052] 首先利用式(1)计算骨架所承受上覆岩层重力：
[0053] P0＝ρrgD (1)
[0054] 孔隙压力根据地层压力系数计算得到：
[0055]
[0056] 其中，P0为上覆岩层压力；ρr为岩石密度；g为重力加速度；D为目标层位埋深；Pp为目的层孔隙压力；χ为地层压力系数。
[0057] S2中根据目标层位上覆岩层压力与孔隙压力确定初始状态下岩石骨架所受有效应力，具体为：
[0058] σi＝P0‑Pp (3)
[0059] 其中，P0为上覆岩层压力；ρr为岩石密度；σi为初始状态下岩石骨架所受有效应力。
[0060] S2中根据计算得到的上覆岩层压力和孔隙压力确定实验中围压和回压上升步长，具体为：
[0061]
[0062]
[0063] 其中，ΔPc为围压上升步长；ΔPb为回压上升步长；N为梯次上升数目；P0为上覆岩层压力；ρr为岩石密度。
[0064] 作为优选方案地，所述S3中，上覆岩层压力、初始孔隙压力上升至原始地层状态，按照升高上覆岩层压力、升高孔隙压力、注入端定压注气，且入口端压力比回压高1‑2Mpa；直至上覆岩层压力、初始孔隙压力上升至原始地层状态，并静置45‑50小时。
[0065] 【实施例】
[0066] 首先，制备实验所需岩心。为模拟气藏上部盐膏层承受部分应力对储层的影响，在标准岩心外层包裹钢套代替盐膏层。为模拟气藏上部盐膏层和局部不渗透区承受应力对储层的影响，外加1mm钢套代替盐膏层，内嵌钢柱代替局部不渗透区。接着，基于岩石密度计算测试目标层位上覆岩层压力，基于钻井过程测定的地层压力系数计算测试目标层位孔隙压力，从而确定原位应力敏感初始状态；然后，连接气测渗透率实验流程，梯次升高围压与回压，直至将上覆岩层压力(围压)、初始孔隙压力(回压)恢复到储层原始状态，静置48h；接着，恒定围压，逐级降低出口端回压值模拟衰竭开采过程，并始终保持入口端压力高于回压2‑3MPa，测定出口端气体速度，计算渗透率。直至回压降至废弃压力。利用上述方法解决目前应力敏感测定方法存在的问题，建立一套能够反映不同储层特征的深层气藏衰竭生产过程中原位应力敏感特性的测试方法，更准确反映深层气藏开采过程中渗透率变化，更好的应用于工作制度制定和产能预测。
[0067] 参见图1，所采取的技术方案是：
[0068] 1)制备岩心
[0069] 选取直径2.5cm的天然标准岩心，测试渗透率后，将其直径打磨成2.3cm。岩心外包裹直径2.5cm、厚度为1mm的钢套，钢套与岩心之间用胶填充，以模拟薄盐膏层对储层受力的影响；选取直径2.5cm的天然标准岩心，测试渗透率后，将其直径打磨成2.1cm。岩心外包裹直径2.5cm、厚度为2mm的钢套，钢套与岩心之间用胶填充，以模拟厚盐膏层对储层受力的影响；选取直径2.5cm的天然标准岩心，测试渗透率后，将其直径打磨成2.3cm，岩心横截面钻取3个直径1mm的贯穿孔洞。岩心孔洞处镶嵌直径1mm钢柱，钢柱与岩心以胶填充。岩心外包裹直径2.5cm、厚度为1mm的钢套，钢套与岩心之间用胶填充，以模拟薄盐膏层和局部不渗透区对储层受力的影响。
[0070] 2)计算目标层位上覆岩层压力与孔隙压力
[0071] 基于岩石密度计算测试目标层位上覆岩层压力，基于钻井过程测定的地层压力系数计算测试目标层位孔隙压力，从而确定原位应力敏感初始状态。首先利用式①计算骨架所承受上覆岩层重力：
[0072] P0＝ρrgD (1)
[0073] 孔隙压力根据地层压力系数计算得到：
[0074]
[0075] 3)确定初始状态下岩石骨架所受有效应力
[0076] 根据式(1)、(2)计算得到初始状态下岩石骨架所受有效应力：
[0077] σi＝P0‑Pp (3)
[0078] 4)确定上覆岩层压力(围压)、初始孔隙压力(回压)上升步长
[0079] 根据计算得到的上覆岩层压力P0和孔隙压力Pp确定实验中围压和回压上升步长：
[0080]
[0081]
[0082] 5)连接实验流程，恢复地层压力
[0083] 根据气测渗透率方法连接实验流程，然后依次按照升高围压、升高回压、注入端定压注气，且入口端压力一般比回压高1‑2MPa。直至上覆岩层压力(围压)、初始孔隙压力(回压)上升至原始地层状态，并静置48小时。
[0084] (6)计算原始状态渗透率k0
[0085] 根据气测渗透率国标，计算原始状态渗透率k0。
[0086] (7)衰竭开采
[0087] 保持围压恒定，按照预先设定的步长依次逐级降低出口端回压值模拟衰竭开采过程，并使注入端压力高于2‑3MPa，直至回压降为废弃压力20MPa。根据气测渗透率国标，并计算不同回压对应的渗透率K(Pb)。
[0088] 【案例一】选取深层气藏标准岩心11#(长度5.87cm，直径2.50cm)计算其上覆岩层压力为123MPa，初始回压为89.7MPa，废弃压力设置为20MPa。实验气体为99％高纯度工业氮气，实验温度为140℃。原位应力敏感实验步骤如下：
[0089] (1)岩心清洗与烘干。岩心用石油醚和无水乙醇混合液清洗后，放入烘干箱140摄氏度48h彻底烘干。
[0090] (2)连接设备与加温。将烘干好的岩心装入岩心夹持器，打开岩心夹持器加温装置，温度设置为80℃，持续加温10h。
[0091] (3)建立压力系统。首先利用高压驱替泵通过高纯度氮气建立围压，岩心围压上升步长为4MPa，回压上升步长为3MPa，梯次升高围压、回压，直至稳定后进行下一级升压。围压和回压交替上升，经过30个梯次上升后，使岩心骨架所受应力还原至原始地层状态。
[0092] (4)降压测试。待压力系统稳定后，保持围压不变，以5MPa为一个测试点，先降回压，再降内压，内压比回压高约2MPa，待压力稳定后，测量出口端气体流量，同时记录入口端压力和出口端压力，直至回压降至废弃压力20MPa。
[0093] 表1为应用本发明技术方案测试并计算的原始状态下的渗透率k0及不同回压对应的渗透率K(Pb)数据，说明运用本发明可以反映实际储层衰竭开采时渗透率变化规律，确定原位应力敏感特性。
[0094] 表1深层气藏11#岩心原位应力敏感测试结果
[0095]
[0096]
[0097] 【案例二】选取深层气藏标准岩心1mm#(长度5.02cm，直径2.49cm)测试渗透率后，将其直径打磨成2.3cm。岩心外包裹直径2.5cm、厚度为1mm的钢套，钢套与岩心之间用胶填充，以模拟薄盐膏层对储层受力的影响。计算其上覆岩层压力为123MPa，初始回压为89.7MPa，废弃压力设置为20MPa。实验气体为99％高纯度工业氮气，实验温度为140℃。原位应力敏感实验步骤如下：
[0098] (1)岩心清洗与烘干。岩心用石油醚和无水乙醇混合液清洗后，放入烘干箱140摄氏度48h彻底烘干。
[0099] (2)连接设备与加温。将烘干好的岩心装入岩心夹持器，打开岩心夹持器加温装置，温度设置为80℃，持续加温10h。
[0100] (3)建立压力系统。首先利用高压驱替泵通过高纯度氮气建立围压，岩心围压上升步长为4MPa，回压上升步长为3MPa，梯次升高围压、回压，直至稳定后进行下一级升压。围压和回压交替上升，经过30个梯次上升后，使岩心骨架所受应力还原至原始地层状态。
[0101] (4)降压测试。待压力系统稳定后，保持围压不变，以5MPa为一个测试点，先降回压，再降内压，内压比回压高约2MPa，待压力稳定后，测量出口端气体流量，同时记录入口端压力和出口端压力，直至回压降至废弃压力20MPa。
[0102] 表2为应用本发明技术方案测试并计算的原始状态下的渗透率k0及不同回压对应的渗透率K(Pb)数据，说明运用本发明可以反映实际储层衰竭开采时渗透率变化规律，确定原位应力敏感特性。
[0103] 表2深层气藏1mm#岩心加1mm钢套原位应力敏感测试结果
[0104]
[0105] 【案例三】选取深层气藏标准岩心1mm+钢柱#(长度5.067cm，直径2.49cm)测试渗透率后，将其直径打磨成2.3cm。岩心横截面钻取3个直径1mm的贯穿孔洞。岩心孔洞处镶嵌直径1mm钢柱，钢柱与岩心以胶填充。岩心外包裹直径2.5cm、厚度为1mm的钢套，钢套与岩心之间用胶填充，以模拟薄盐膏层和局部不渗透区对储层受力的影响。计算其上覆岩层压力为123MPa，初始回压为89.7MPa，废弃压力设置为20MPa。实验气体为99％高纯度工业氮气，实验温度为140℃。原位应力敏感实验步骤如下：
[0106] (1)岩心清洗与烘干。岩心用石油醚和无水乙醇混合液清洗后，放入烘干箱140摄氏度48h彻底烘干。
[0107] (2)连接设备与加温。将烘干好的岩心装入岩心夹持器，打开岩心夹持器加温装置，温度设置为80℃，持续加温10h。
[0108] (3)建立压力系统。首先利用高压驱替泵通过高纯度氮气建立围压，岩心围压上升步长为4MPa，回压上升步长为3MPa，梯次升高围压、回压，直至稳定后进行下一级升压。围压和回压交替上升，经过30个梯次上升后，使岩心骨架所受应力还原至原始地层状态。
[0109] (4)降压测试。待压力系统稳定后，保持围压不变，以5MPa为一个测试点，先降回压，再降内压，内压比回压高约2MPa，待压力稳定后，测量出口端气体流量，同时记录入口端压力和出口端压力，直至回压降至废弃压力20MPa。
[0110] 表3为应用本发明技术方案测试并计算的原始状态下的渗透率k0及不同回压对应的渗透率k(Pb)数据，说明运用本发明可以反映实际储层衰竭开采时渗透率变化规律，确定原位应力敏感特性。
[0111] 表3深层气藏1mm+钢柱#岩心加1mm钢套与钢柱原位应力敏感测试结果[0112]
[0113]
[0114] 综上所述，本申请所公开的一种深层气藏原位应力敏感测试方法根据储层特征制备岩心，能够反映不同储层特征应力敏感特性。将围压与回压恢复到储层原始状态，使深层气藏岩石骨架受到的上覆压力和孔隙压力均与原位状态一致，并阶梯降低回压模拟气藏衰竭开采。该方法能够更准确的反映实际储层衰竭开采时渗透率变化规律，更好的优化工作制度和预测油气产能。
[0115] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
