天然气地球科学
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天然气地球科学 ›› 2020, Vol. 31 ›› Issue (4): 532–541.doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.01.002

• 天然气开发 • 上一篇    下一篇

塔里木盆地深层致密砂岩气层应力敏感性

康毅力1(),李潮金1,游利军1,李家学2,张震2,王涛2   

  1. 1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500
    2.中国石油塔里木油田公司，新疆 库尔勒 841000
  • 收稿日期:2019-11-19 修回日期:2020-01-07 出版日期:2020-04-10 发布日期:2020-04-26
  • 作者简介:康毅力（1964-），男，天津蓟县人，教授，博士生导师，主要从事储层保护理论及技术、非常规天然气、油气田开发地质研究与教学工作.E-mail：cwctkyl@163.com.
  • 基金资助:
    国家自然科学基金“基于逾渗和固液两相流理论的裂缝性储层工作液漏失损害预测与控制”(51604236);四川省科技计划项目“保护储层并改善优势天然裂缝导流能力的钻井预撑裂缝堵漏基础研究”(2018JY0436);油气藏地质及开发工程国家重点实验室2019年开放基金“深层裂缝漏失性储层封堵层细观力链表征及结构失稳机理研究”(PLN201913)

Stress sensitivity of deep tight gas-reservoir sandstone in Tarim Basin

Yi-li KANG1(),Chao-jin LI1,Li-jun YOU1,Jia-xue LI2,Zhen ZHANG2,Tao WANG2   

  1. 1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China
    2.PetroChina Tarim Oilfield Company, Korla 841000, China
  • Received:2019-11-19 Revised:2020-01-07 Online:2020-04-10 Published:2020-04-26
  • Supported by:
    The National Natural Science Foundation of China(51604236);The Science and Technology Program of Sichuan Province(2018JY0436);The State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation (Southwest Petroleum University)(PLN201913)

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308

摘要：

深层—超深层致密砂岩气藏是塔里木盆地油气勘探开发的重点对象，其在钻完井和生产过程中经常表现出与井筒液柱压力或井底流压变化十分敏感的复杂工程行为。为了揭示深层致密砂岩应力敏感特征及主控因素，以塔里木盆地3个典型天然气藏（DB、YM、KS）为研究对象，分别开展了模拟围压递增条件下的裂缝和基块岩样应力敏感实验，并基于扫描电镜、铸体薄片、X?射线衍射、高压压汞等分析手段，分析了孔隙结构、矿物组分、裂缝发育特征对深层致密砂岩应力敏感性的影响。结果表明，塔里木盆地深层致密砂岩基块应力敏感系数为0.280 6~0.771 4，应力敏感程度总体为中等偏强—强，其中KS（0.771 4）>DB（0.654 0）>YM（0.579 6）；裂缝应力敏感系数为0.532 3~0.806 9，应力敏感程度总体为中等偏强—强，其中YM（0.726 2）>KS（0.693 5）>DB（0.626 5）。深层致密砂岩应力敏感程度受地层埋藏深度、孔隙结构、矿物组成和裂缝发育程度综合因素控制。基块岩样应力敏感程度与储层埋深、不稳定矿物组分含量、黏土矿物含量成正相关，与储层石英含量、孔隙度、渗透率、孔喉半径成负相关。裂缝岩样应力敏感程度主要受裂缝宽度控制，应力敏感程度随裂缝宽度增大而减小。

关键词: 致密砂岩, 气藏, 应力敏感性, 塔里木盆地, 深层, 孔隙结构, 矿物组分, 裂缝

Abstract:

Deep and ultra-deep tight sandstone gas reservoir is the key exploration and development object of unconventional oil and gas resources in Tarim Basin. In the process of drilling, completion and production, it often shows complex engineering behavior which is sensitive to the change of wellbore fluid column pressure or bottom hole flow pressure. In order to reveal the stress sensitive characteristics and main controlling factors of deep tight sandstone, taking the three gas reseruiroivs in Tarim Basin as examples, the stress sensitivity experiment of fracture and block samples are carried out under simulated increasing confining pressure. By scanning electron microscopy (SEM), the casting thin sections, X-ray diffraction (XRD), high pressure mercury injection, the effects of pore structure, mineral composition and fracture development on stress sensitivity of deep tight sandstone were analyzed. The research results show that the stress sensitivity coefficient of the block rock samples of deep tight sandstone reservoir in Tarim Basin ranges from 0.280 6 to 0.771 4, and the stress sensitivity degree is from moderately strong to strong, which is KS（0.771 4）>DB（0.654 0）>YM（0.579 6）. The stress sensitivity coefficient of the fractured samples of deep tight sandstone reservoir in Tarim Basin ranges from 0.532 3 to 0.806 9, and the stress sensitivity degree is from moderately strong to strong, which is YM（0.726 2）>KS（0.693 5）>DB（0.626 5）. The stress sensitivity of deep tight sandstone is controlled by a combination of factors including depth, pore structure, mineral composition and fracture development. The stress sensitivity of the block rock sample is positively correlated with the depth of the reservoir, the content of unstable mineral components and clay minerals, and negatively correlated with the quartz content, porosity, permeability and pore throat radius of the reservoir. The stress sensitivity of fracture samples is mainly controlled by the fracture width, which decreases with the increase of fracture width.

Key words: Tight sandstone, Gas reservoir, Stress sensitive, Tarim Basin, Deep, Pore structure, Mineral composition, Fracture

中图分类号: 

  • TE348

表1

致密砂岩实验岩样取样层位与物性对比"

典型气藏层位埋深/m裂缝密度/（条/m）孔隙度/%渗透率/（10-3 μm2）
DBJ1a5 029.60~5 093.610.10~0.431.63~10.300.003~29.400
YMS1k5 650.97~5 814.001.87~3.432.00~10.000.001~1.000
KSK1bs6 770.18~7 852.880.60~0.671.00~5.000.005~0.035

表2

应力敏感系数评价指标"

SsSs <0.050.05≤Ss≤0.300.30<Ss≤0.500.50<Ss≤0.700.70<Ss≤1.00Ss>1.00
应力敏感程度无弱中等偏弱中等偏强强极强

表3

塔里木盆地致密砂岩岩样应力敏感性评价实验结果"

气藏

岩样

编号

孔隙度/%

渗透率/

（10-3 μm2）

不同有效应力下的渗透率/（10-3 μm2）应力敏感系数Ss

应力敏感

程度

备注
3 MPa10 MPa30 MPa50 MPa
DBDB17.890.0930.0930.052 80.007 800.004 20.673 7中等偏强基块
DB26.380.0880.0880.053 00.032 100.016 70.644 3中等偏强
DB3/16.35416.35410.3993.729 251.271 90.626 5中等偏强裂缝
DB4/1.0591.0590.8210.329 600.102 10.680 6中等偏强
DB58.2151.22051.22016.4301.457 000.869 20.612 8中等偏强
YMYM12.350.005 210.005 210.000 730.000 160.000 070.674 7中等偏强基块
YM24.300.144 000.144 000.095 30.053 80.039 000.280 6弱
YM32.670.009 080.009 080.001 230.000 30.000 170.656 7中等偏强
YM44.020.093 300.093 300.019 000.006 850.003 750.579 6中等偏强
YM53.290.140 000.140 000.217 000.002 870.001 250.695 5中等偏强
YM63.150.007 340.007 340.001 680.000 520.000 290.577 3中等偏强
YM72.620.004 950.004 950.001 220.000 470.000 270.541 7中等偏强
YM87.515.3655.3650.224 80.007 540.001 410.806 9强裂缝
YM97.3110.43010.4302.860 00.240 000.080 000.647 4中等偏强
KSKS13.180.0250.0250.005 82//0.865 6强基块
KS24.790.0050.0050.002 150.000 58/0.509 2中等偏强
KS32.930.0430.0430.010 860.003 02/0.681 8中等偏强
KS44.080.0040.0040.003 000.000 60/0.771 4强
KS53.770.0250.0250.001 99//0.890 9强
KS6/53.6853.6831.827.894.010.698 5中等偏强裂缝[22]
KS7/28.8828.886.521.250.400.643 7中等偏强
KS8/117.99117.9925.445.081.060.532 3中等偏强
KS9/79.0079.0026.207.363.580.693 5中等偏强
KS10/41.9441.9413.111.970.640.722 2强
KS11/22.1922.193.880.430.110.629 7中等偏强

图1

致密砂岩典型基块岩样渗透率应力敏感性（a）　基块岩样渗透率随有效应力变化曲线 （b）　基块岩样无因次渗透率随有效应力变化曲线"

图2

致密砂岩典型裂缝岩样渗透率应力敏感性(a) 裂缝岩样渗透率随有效应力变化曲线 (b) 裂缝岩样无因次渗透率随有效应力变化曲线"

表4

致密砂岩岩石组分含量"

气藏石英/%钾长石/%斜长石/%岩屑/%黏土矿物/%基质/%胶结物/%应力敏感系数
DB55~8268.002.28~21.638.230~8.603.7420.014.06~13.6510.60//0.654 0
YM67~8879.250~2.001.120~1.000.127.00~25.0017.86<51.0~14.04.9<1.0~13.01.800.579 6
KS35~4842.5012.00~23.0018.105.00~17.0011.8014.00~47.0027.305.78~19.6411.951.0~9.03.51.0~27.013.00.771 4

图3

应力敏感系数与初始孔渗的关系"

图4

DB、YM、KS地区SEM图像及铸体薄片[31]（a）—（c）分别为DB、YM、KS的SEM图像；（d）—（f）为DB致密砂岩铸体薄片图像；（g）—（i）为YM致密砂岩铸体薄片图像；（j）—（l）为KS致密砂岩铸体薄片图像"

表5

孔隙结构基本参数"

气藏孔隙度/%渗透率/（10-3 μm2）中值孔喉半径/μm最大孔喉半径/μm平均孔喉半径/μm
DB2.20~9.000.040~29.4000.100~0.5300.25~11.850.100~1.790
YM2.00~10.000.001~1.0000.030~3.3700.11~10.760.040~2.070
KS1.70~6.100.027~0.1170.008~0.0620.08~0.660.014~0.085

图5

应力敏感系数与气藏埋深的关系"

图6

应力敏感系数与初始裂缝宽度的关系"

表6

KS地区工作液漏失情况及漏失控制效果统计"

井号漏失层段/m漏失总量/m3漏失原因备注
KS17 509.0~7 635.03.4储层裂缝发育试验井
KS27 540.0~7 720.013.9储层裂缝发育试验井
KS36 703.0~6 742.01 239.0储层裂缝非常发育非试验井
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