1、第 卷第期 年月非常规油气 引用：张家騛，王若谷，武渝，等延安气田子长地区盒段致密砂岩气岩心覆压孔渗变化规律非常规油气，（）：，（）：延安气田子长地区盒段致密砂岩气岩心覆压孔渗变化规律张家騛，王若谷，武渝，赵子丹，米乃哲，张力（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，西安 ）摘要：覆压条件下岩石孔渗变化与气藏勘探与开发有着千丝万缕的联系。为了研究延安气田子长地区盒段致密砂岩气岩心覆压孔渗变化规律，利用 型覆压孔渗测定仪对该区 块致密砂岩气岩心分别进行覆压孔渗实验，结合铸体薄片、扫描电镜以及恒速压汞资料分析区内盒段储层不同岩心的微观孔隙结构特征。研究结果表明：）相对孔隙度比值、相对渗透率比值与上
2、覆压力存在良好的相关性，表现为随着上覆压力的增加，相对孔隙度比值和相对渗透率比值均呈现大幅度减小的趋势。）气层条件下，相对孔隙度比值、相对渗透率比值和渗透率不可逆损失均与渗透率呈现较为良好的相关性，表现为气层条件下渗透率越低，孔隙度、渗透率损失度以及渗透率不可逆损失率越高。）致密气岩心喉道越小，连通性越差，上覆压力对岩心内部孔隙结构破坏越严重，加重影响了渗流通道，表现出渗透率越低的特征。该研究成果对于致密气储量计算及致密气藏开发具有一定指导意义。关键词：盒段；致密砂岩气；覆压孔隙度；覆压渗透率；延安气田中图分类号：文献标识码：，（）.，.，）：，：）收稿日期：基金项目：陕西省重点研发计划项目“
3、数据机理混合驱动的致密气储层智能评价技术”（）第一作者简介：张家騛（），硕士，工程师，研究方向为油气田地质与开发。：非常规油气油气勘探 ，），），：；引言致密气在行业内亦被称为致密砂岩气，是指气藏空气渗透率小于 并赋存于砂岩地层内的天然气。全世界普遍将致密气、页岩气以及煤层气称为大非常规天然气。当前，致密气已经成为我国重要的非常规天然气资源，影响着国家天然气整体生产格局，已经逐步成为我国天然气增储上产的主要增长点。但是致密气储层微观孔隙结构复杂，非均质性强，孔隙度和渗透率性能差，随着气藏的开发，储层岩石因有效应力变化而发生内部结构变形，从而使内部的孔隙度和渗透率也发生相应的变化，而孔隙度和渗透
4、率的改变也直接影响着致密气藏的勘探与开发。因此，对覆压条件下致密气储层孔隙度和渗透率变化规律的研究迫在眉睫。储层孔隙度、渗透率与应力之间的关系的研究最早可以追溯到 年，等学者在 会议中初步提出低渗透气藏具有强的压力敏感性，压力敏感产生于孔隙与毛细管的压缩与关闭。随后大量学者对油气藏压力敏感性进行了定量评价，吴凡和张琰等通过实验研究了净覆压与岩石孔渗之间的关系，在此基础上建立了净覆压与岩石孔渗参数之间的拟合关系式。之后大量学者分别在覆压下孔渗参数变化特征，孔隙度和渗透率与有效应力关系式的推导，页岩、碳酸盐岩、煤层和致密油覆压孔渗关系等方面进行了研究 。但前人的研究主要涉及中高渗、低渗及裂缝性油气
5、藏 ，针对致密砂岩气储层的覆压孔渗研究较少 ；同样仅有少数学者在覆压孔渗的影响因素的精细分析上进行研究，大多数学者认为岩石渗透率受覆压影响较大，而岩石孔隙度受其影响很小 。该文以覆压孔渗实验为基础，借助铸体薄片、扫描电镜以及恒速压汞资料对子长地区盒段致密砂岩气岩心覆压孔渗变化规律进行研究，为致密气储量计算以及致密气藏开发提供理论支持。图研究区构造位置图 盒段致密气储层地质概况子长地区构造位置处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的东部，为平缓的西倾单斜，平均坡降较小，局部发育鼻状隆起（如图所示）。在盒期发育辫状河三角洲沉积体系，主体为三角洲前缘亚相沉积，沉积微相可划分为水下分流河道和水下分流间湾，水下分流河
6、道砂体岩性为灰色或灰白色细砂岩、中砂岩、粗砂岩和含砾粗砂岩等。盒期多条水下分流河道呈南北展布，河道宽度一般为 ，受多期河道交汇叠置砂体厚度最厚可达 以上，年月张家騛等：延安气田子长地区盒段致密砂岩气岩心覆压孔渗变化规律因此盒段致密砂岩是子长地区天然气主要储集层段之一。子长地区盒段砂岩岩性以岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主。碎屑组分主要为石英，其次为岩屑，长石含量较少。储层填隙物含量较高，填隙物主要为伊利石、高岭石和绿泥石。粒度以中粗粒结构为主。颗粒分选中等，磨圆度差，颗粒间以线接触为主，胶结类型主要为孔隙式胶结。孔隙类型以晶间孔和岩屑溶孔为主。喉道整体偏小，孔喉分选系数较差，连通性也差 。覆压孔隙度
7、和渗透率的变化规律为了获取致密砂岩气藏覆压与孔隙度、渗透率之间的一般规律，采用 型覆压孔渗测定仪模拟真实地层条件对致密气岩心的孔隙度、渗透率进行测量。模拟地层选取 的条件下，压力按照 ，和 顺序逐步提升覆压，实验气体选取氦气，对照中国石油天然气行业标准 覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法 开展覆压孔渗实验。在子长地区盒段选取口井致密砂岩气层，以此为基础选取 块代表性岩心，按照规范制备了岩心直径约为 的标准实验样品。由于样品数量较多，为了说明上覆压力对致密砂岩储层的影响，从中选取了块孔隙度、渗透率从大到小全覆盖的具有典型代表性的岩心，分析实验过程中各样品在不同覆压下的孔渗数据（见表）。表致密砂岩气
8、代表性岩心数据 序号岩心编号岩心长度 岩心直径 常压孔隙度气测渗透率 覆压孔渗变化规律严格按照实验规范测得所选块致密砂岩气代表性岩心在 不同覆压条件下的孔渗数据，在此基础上分别绘制覆压孔隙度、覆压渗透率与上覆压力关系图版，如图所示。由图 可以看出：随着净有效覆压的逐步增加，孔隙度呈现出逐步减小的趋势，但孔隙度降低幅度均较小，其中 样品以 为孔隙度幅度降低 最小值，样品以 为孔隙度幅度降低最大值。由 图 可 以 看 出：随 着 净 有 效 覆 压 的 增大，渗透率在上覆压力 呈现出剧烈减小的趋势，在净有效覆压达 之后下降趋势减缓并趋于稳定。其中 样品以 为渗透率幅度降低最小值，样品以 为渗透率幅
9、度降低最大值；然后在净有效覆压从 逐步 减 小 的 过 程 中，各 岩 心 的 渗 透 率 随着覆压的降低又逐步上升，直至净有效覆压恢复到，但岩心渗透率却无法恢复到实验初始状态，表现 出 覆 压 实验下孔隙度、渗透率不可逆性损失。图致密砂岩气代表性岩心孔隙度、渗透率与净有效覆压的关系 ，非常规油气油气勘探 覆压孔渗相对变化规律对比中高渗储层，致密砂岩气储层岩心本身孔隙度、渗透率就很小，仅用孔隙度、渗透率绝对值的变化量难以真正实现表征孔渗变化特征的效果。为进一步深入研究覆压孔渗变化规律，用孔渗相对变化值来对块代表性岩心的数据进行处理。变化公式如下：相对孔隙度比值某一上覆压力条件下的孔隙度实验初始
10、孔隙度相对渗透率比值某一上覆压力条件下的渗透率实验初始渗透率在此基础上，分别绘制相对覆压孔隙度比值、相对覆压渗透率比值与净有效覆压之间的关系图版，如图所示。图致密砂岩气层代表岩心相对孔隙度比值、相对渗透率比值与净有效覆压的关系 ，由图 可以看出：净有效覆压对相对孔隙度比值影响很大，表现出随着净有效覆压逐步增加，相对孔隙度比值降低幅度逐渐变大，但是每块岩心的降低幅度各不一样。其中 样品以 为孔隙度幅度降低最小值，样品以 为孔隙度幅度降低最大值，而且表现出渗透率越小的岩心，相对孔隙度比值下降幅度越大的规律。由图 可以看出：随着净有效覆压的增加，相比于相对孔隙度比值的降低幅度，相对渗透率比值呈现出更
11、大的降幅，每块岩心的相对渗透率比值降幅均较大，其中 样品以 为渗透率幅度降低最小值，样品以 为渗透率幅度降低最大值，说明渗透率越小的岩心，相对渗透率比值下降幅度越大。随着净有效覆压恢复到，渗透率也表现出较大的损失量，样品以 为渗透率损失最小值，样品以 为渗透率损失最大值，说明渗透率越小的岩心渗透率损失量越大。为了解释上述孔隙度、渗透率曲线变化原因，利用铸体薄片、扫描电镜从储层微观结构方面进行剖析（如图所示）。子长地区盒段致密气岩心粒度以中粗粒结构为主，分选性中等，地层长期受到压实作用影响，碎屑颗粒不规则排列，磨圆度较差，主要接触方式为线接触，因而形成致密的镶嵌结构图（如图 所示）。孔隙类型以晶
12、间孔和次生溶孔为主，晶间孔主要分布在高岭石和伊利石中，孔径极小，一般小于 （如图 所示）；次生溶孔以长石溶孔和岩屑溶孔为主，颗粒内部溶孔可呈孤立状或蜂窝状（如图 和图 所示），表现出孔隙整体不均匀分布以及连通性较差的特点。该研究从岩心内部结构着手，对上述覆压孔渗曲线变化产生的原因进行剖析。伴随着覆压的逐步加载，碎屑岩颗粒内部发生形变，在孔隙度降低的同时，喉道形状向管束状、片状变化，喉道缩颈变小。随着流动通道的缩小，岩石内部流体流动受阻，流速减缓，使得渗透率也随之减小。直到覆压超过岩石颗粒弹性屈服力，部分岩石颗粒发生了塑性变形，颗粒之间排列更为紧致，使岩石内部孔隙进一步减小，连接孔隙之间的喉道也
13、随之减小甚至闭合，颗粒局部发生溶解重结晶甚至挤压破坏，加剧了岩石孔隙度、渗透率的减小。之后因为整体孔隙空间的限制，孔隙度、渗透率减小速率呈现逐步放缓趋势。这就是在覆压加载过程中 对图 与 图 中 孔 隙 度 曲 线 变 化 的解释。年月张家騛等：延安气田子长地区盒段致密砂岩气岩心覆压孔渗变化规律图子长地区盒段砂岩微观孔隙特征 ，伴随着覆压的逐步卸载，碎屑颗粒中被挤压的弹性部分逐步恢复，而之前塑性颗粒变形、颗粒之间挤压变形和矿物的溶解重结晶，使得岩石内部发生不可逆孔隙结构破坏，因此产生渗透率不可逆损失。这就是在覆压卸载过程中对图 与图 中渗透率曲线变化的解释。气层条件下孔渗特征规律通过对覆压孔渗
14、数据不同程度的研究，认为岩心覆压相对孔隙度比值、相对渗透率比值的减小可能与岩心渗透率有着一定的关系。为进一步证实预测，将实验中 块岩心样品数据整理出来，绘制初始与气层压力条件下相对孔隙度比值、相对渗透率比值与初始渗透率的关系图版（如图所示）。从图可以看出：拟合的关系式表现出较好的相关性，具体表现为气层条件下渗透率的损失量远远大于孔隙度的损失量，渗透率越小，渗透率损失程度越高于孔隙度的损失。为进一步研究覆压条件下渗透率的不可逆损失与岩心的初始渗透率的规律，同样利用所选的块致密气层典型岩心，绘制渗透率不可逆损失率图 岩心相对孔隙度度比值、相对渗透率比值与渗透率关系 ，与初始渗透率的关系图版（如图所
15、示），其中的不可逆损失率采用行业标准，定义为：式中：为应力回复到第个应力点所产生的渗透率损坏率；为第个应力点对应的岩样渗透率，为岩样渗透率最小值，通常为净应力最大时对应的渗透率值。非常规油气油气勘探 图渗透率不可逆损失率与渗透率关系 通过渗透率不可逆损失率与初始渗透率的拟合，可以看出二者呈现出良好的相关系，表现为岩心的渗透率越低，岩心的渗透率不可逆损失率就越大。为了对上述气层条件下孔隙度、渗透率曲线变化原因进行解释，利用恒速压汞资料进一步对储层微观孔隙结构进行精细分析（如图所示）。分析表明，盒段典型井致密气储层孔隙结构整体表现出分选差、细歪度、孔隙和喉道的大小及分布不均匀的特点（如图 图 所示
16、）。同时喉道半径呈现细小的特征（如图 所示），加之孔隙连通性差（如图 所示），使得流体渗流空间狭小，有效渗流通道越少，岩心渗透率整体表现就越差。越小的孔喉结构受到上覆压力的影响其内部结构更容易被破坏，这样就直接或间接地导致有效渗流通道越少，使得渗透率发生更大损失，同时渗透率不可逆损失也就越大，并且相较于孔隙度的损失，渗透率的损失更大。以上原理解释了图以及图的孔渗曲线的变化原因。图子长地区盒段典型井恒速压汞曲线 地质意义上述覆压孔渗变化规律对致密气储量计算以及致密气藏开发具有一定的指导意义，主要可以归纳为以下个方面：）对致密气藏储量计算中孔渗参数精确选取具有指导作用。致密砂岩气藏中储层渗透率越低
17、，气层压力越高，则其相对孔隙度比值、相对渗透率比值损失越大。因此在致密砂岩气藏储量计算中，需要准确确定气层压力，使得最终确定的孔隙度和渗透率参数更为准确。以子长地区为例，当气层条件下压力为 时，选取地面常压渗透率为 的样品，通过上述气层条件下岩心相对孔渗比值与初始渗透率的关系，计算得到相对孔隙度 年月张家騛等：延安气田子长地区盒段致密砂岩气岩心覆压孔渗变化规律比值损失，相对渗透率比值损失 ；而在气层压力为 时，选取另一块地面常压渗透率为 的样品，计算得到相对孔隙度比值损失，相对渗透率比值损失 ；再次选取地面常压渗透率为 的样品，而气层压力变为 时，计算得到相对孔隙度比 值 损失 ，相对渗透率比
18、值损失 。）对致密气藏开发过程中气井合理配产具有指导作用。气层条件下渗透率越小，渗透率不可逆损失越大，即储层应力敏感性越强。这一研究结论可以有效指导确定气井合理生产压差，为气井配产奠定基础。由于致密气岩心整体渗透率较小，在覆压孔渗实验过程中，渗透率不可逆损失较大，通过气层条件下相对渗透率不可逆损失率与初始渗透率关系，当取岩心渗透率为 时，覆压孔渗实验后不可逆损失为 ；当取岩心渗透率为 时，覆 压 孔 渗 实 验 后 不 可 逆 损 失 为 ；当取岩心渗透率为 时，覆压孔渗实验后不可逆损失为 。结论）以覆压孔渗实验为基础，利用相对孔隙度比值和相对渗透率比值来对致密砂岩气孔渗特征进行表征，相对孔隙
19、度比值与相对渗透率比值和上覆压力存在良好的相关性，表现为随着上覆压力的增加，相对孔隙度比值和相对渗透率比值均大幅度减小，整体来看相对渗透率比值下降幅度大于相对孔隙度比值。）气层条件下，相对孔隙度比值、相对渗透率比值和渗透率不可逆损失均与渗透率呈现较好的相关性，具体表现为气层条件下渗透率越小，孔隙度、渗透率损失度越高，渗透率不可逆损失率越高。）通过铸体薄片、扫描电镜以及恒速压汞数据分析岩心内部结构，致密气岩心喉道越小，连通性越差，使得上覆压力对岩心孔隙结构破坏越严重，加重 影响了渗 流通 道，表 现 出 渗 透 率 越 低 的特征。参考文献：胡文瑞，翟光明，李景明中国非常规油气的潜力和发展中国工
20、程科学，（）：，（）：，：，吴凡，孙黎娟，何江孔隙度、渗透率与净覆压的规律研究和应用 西南石油学院学报，（）：，（）：，张琰，崔迎春砂砾性低渗气层压力敏感性的试验研究石油钻采工艺，（）：，（）：，邓泳，杨龙，李琼，等 准噶尔盆地二叠系芦草沟组致密油岩心覆压孔渗变化规律研究岩性油气藏，（）：，（）：孟雅，李治平覆压下煤的孔渗性实验及其应力敏感性研究煤炭学报，（）：，（）：，（）：张骞，岳晓晶覆压作用下页岩的孔渗性实验及其应力敏感性研究地质通报，（）：，（）：张莉娜，刘欣，张耀祖基于正交试验设计的页岩气藏压裂敏感性分析 非常规油气，（）：，（）：赵伦，陈烨菲，宁正福，等异常高压碳酸盐岩油藏应力敏感
21、实验评价 以滨里海盆地肯基亚克裂缝孔隙型低渗透碳酸盐岩油藏为例石油勘探与开发，（）：，：非常规油气油气勘探 ，（）：梁冰，贾立锋，孙维吉，等解吸渗流作用下煤体变形及渗透规律试验研究 中国矿业大学学报，（）：，（）：刘凯 致密油藏压敏效应及基质裂缝间窜流规律研究 大庆：东北石油大学，：，庞铭，陈华兴，唐洪明，等 基于裂缝重构评价酸蚀对碳酸盐岩应力敏感性的影响特种油气藏，（）：，（）：王永凯，李炼民 异常高压中高渗油藏储集层应力敏感性研究录井工程，（）：，（）：，万晓龙，王思仪，郭西峰，等基于应力敏感与基质收缩效应的低渗油藏数值模拟方法及应用特种油气藏，（）：，（）：贾品，李壮，尹恒飞，等高地饱压
22、差油藏应力敏感特征及定量表征研究 特种油气藏，（）：，（）：王宇飞，方涛，陈华兴，等裂缝性储层应力敏感性数值模拟及敏感程度预测中国石油大学胜利学院学报，（）：，（）：，赫文昊，魏虎，和向楠，等 考虑应力敏感的致密气藏动态产能方程及应用 非常规油气，（）：，（）：袁浩伟，陈昉，刘梦云致密气藏应力敏感性研究非常规油气，（）：，（）：陈信良，杨正明，赵新礼，等鄂尔多斯盆地致密油储层覆压孔渗特征实验研究 科学技术与工程，（）：，（）：，（）：王楠，斯尚华，宋鹏，等陇东地区 区长致密岩心覆压孔渗变化规律 青海大学学报，（）：，（）：王永乐，马俊生，陈剑峰，等鄂尔多斯盆地东南部山西组曲流河三角洲构型特征及沉积模式东北石油大学学报，（）：，（）：梁积伟，陈杰，赵凯强，等 鄂尔多斯盆地二叠系盒段物源特征分析 西安科技大学学报，（）：，（）：王亚东，余继峰，刘天娇，等东濮凹陷上二叠统致密砂岩储层成岩相及孔隙演化东北石油大学学报，（）：，（）：尚婷鄂尔多斯盆地子长地区上古生界盒段储层特征西安科技大学学报，（）：，（）：，覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法 ，储层敏感性流动实验评价方法 ，
