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储层裂缝动态变化规律及机理研究

杨波  
【摘要】: 随着油气田开发的不断深入,人们对裂缝性油气藏的研究日趋加强。其中,对于储层裂缝动态变化规律的正确把握已成为该类油气藏储层保护和最大限度提高油气采收率的关键。裂缝在油气开采过程中随储层流体压力变化而变化的规律的现有研究主要集中在3个方面:①裂缝孔隙度、渗透率的应力敏感性实验研究;②以裂缝表面的微凸起模型为基础,通过理论计算研究裂缝的闭合规律;③以有限元为工具,弹塑性接触力学模型为基础计算分析裂缝的闭合规律。现有的实验研究宏观易实现,数值计算量化,利于对特定岩石在特定压力环境下闭合规律的研究,但对机理认识不清;微凸起模型便于机理研究,但研究不深入且对不同岩石裂缝表面的微凸起的表征和刻画难度大,理论认识与实际应用存在差距。鉴于此,本论文将裂缝应力敏感性实验与岩石变形规律实验相结合对裂缝渗透性、裂缝开度的变化规律及机理进行了研究。通过实验研究和理论分析获得了以下认识: (1)裂缝孔隙度和裂缝渗透率受作用压力的变化与基质孔隙度和基质渗透率在相同条件下受作用压力的变化具有相似的规律,即随作用压力的增加,裂缝孔隙度和裂缝渗透率逐渐降低,且在较低作用压力下降低速率较快;随作用压力的继续增加,其降低速率趋缓。 (2)相对基质岩心而言,裂缝孔隙度和裂缝渗透率受作用压力影响的变化表现出的规律性更复杂,主要是因为受到如裂缝面粗糙程度、裂缝初始开度、裂缝面矿物成分等多种因素的共同影响。 (3)试验获得的裂缝岩心应力-变形量曲线的形状具有高度非线性且向上弯曲特征,即在法向作用压力较低时,裂缝岩心变形量较大,曲线的斜率较小;随作用压力的增加,斜率逐渐增大。起初曲线表现出的非线性特征主要是接触面微凸体的破坏,后来是由于裂缝面接触面积随法向载荷增大而增大产生非线性的弹性变形。裂缝渗透率随作用压力变化而变化的规律受裂缝岩心变形量随作用压力变化的规律的影响。 (4)采用半对数方程、幂函数方程、指数方程和二项指数方程对裂缝在不同载荷作用下的试验数据进行拟合。拟合结果表明,二项指数方程对所有数据拟合效果最好,拟合得到的相关系数均在0.99以上。因此,二项指数方程能很好的表征裂缝闭合量随作用压力的动态变化规律。 (5)根据裂缝开度与有效应力的耦合模型并结合裂缝渗透率、裂缝孔隙度随裂缝开度变化的耦合模型,采用裂缝开度敏感系数来评价裂缝渗透率和裂缝孔隙度的动态变化敏感性。通过该方法发现裂缝开度、裂缝渗透率和裂缝孔隙度敏感系数均受裂缝初始开度、岩石弹性模量、泊松比和有效应力作用共同影响。 (6)根据裂缝渗透率随有效应力变化的乘幂拟合关系式,考虑乘幂关系的压敏效应开展了对气井产能影响的评价,并推导了考虑压敏效应的高压气井和低压气井产能公式。研究结果表明,压敏效应对裂缝性储层气井产能影响严重,采用低压气井产能公式能较好的评价压敏效应对裂缝性储层气井产能的影响。


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