低渗透砂岩裂缝孔隙度、渗透率与应力场理论模型研究.pdf

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1、第17卷第4期地质力学学报V0L17NO．42011年12月JOURNALOFGE0MECHANICSDec．2011文章编号：1006~616(2011)04-0303-09低渗透砂岩裂缝孑L隙度、渗透率与应力场理论模型研究冯建伟，戴俊生，刘美利(1．中国石油大学(华东)地球资源与信息学院，山东青岛266555；2．长城钻探工程有限公司测井公司，北京124010)摘要：低渗透砂岩储集层普遍发育裂缝，裂缝不仅是重要的流体渗流通道，而且在油井周围的发育程度直接影响着油井的生产能力。目前裂缝定量化预测方面存在的焦点问题是：缺乏一个有效

2、而合理的力学模型，裂缝渗透性的求取方法仍处于半定量化，不具通用性。以史深100块沙三中储集层为目标，从应力场和裂缝主要参数的关系入手，以裂缝开度为桥梁，通过实验和理论推导的方法，建立了构造应力场和裂缝孔隙度、渗透率之间的定量关系模型。在岩石力学参数测试结果和地质模型建立的基础上，对目的层裂缝发育时期的古构造应力和现今地应力进行数值模拟，将结果代入关系模型，计算研究区裂缝孔隙度和渗透率的空间分布，进而指导低渗透砂岩油藏的裂缝参数定量预测、产能规划及井网部署。关键词：低渗透砂岩；裂缝孔隙度；裂缝渗透率；构造应力场；定量关系模型中图分类

3、号：TEl22．23文献标识码：A0引言一般将空气渗透率在0．1X10～～50．0×10txm的砂岩储集层称为低渗透砂岩储集层，这类储集层的典型特征是：成熟度低、成岩作用强烈；储集层物性差、非均质性强烈；裂缝发育、低孔隙度、低渗透率。构造裂缝在低渗透砂岩储集层中占主导地位，是重要的流体渗流通道，裂缝在油井周围的发育程度直接影响着油井的生产能力，因此裂缝孔隙度、渗透率定量化描述一直是地质学家和油藏工程师追求的目标。研究发现，现今裂缝渗流参数主要受裂缝残余开度的影响，也就是说，在现今应力状态下，裂缝壁面上承受的压应力和剪应力改变着裂缝

4、的开度，进而改变裂缝渗流能力。对于这方面的研究，以Raven和Gale、Durham和Bonner为代表的研究者们对裂缝的力学开度做了修正，并认为修正后的裂缝开度永远大于零，因而渗透率也不能忽略。国内外学者还通过实验测试的方法，主要考虑单裂隙岩体法向应力对裂缝开度的影响，建立了反映法向应力与裂缝渗透率耦合的经验公式¨。收稿日期：2011-06-16基金项目：国家重大科技专项“渤海湾盆地东营凹陷勘探成熟区精细评价示范工程”(编号：2008ZX05051)作者简介：冯建伟(1979一)，男，汉族，山东临朐人，副教授，主要从事构造地质学

5、研究。E-mail：UPC—fen鲥w@yahoo．oom．cn，dafengjianwei@163．com304地质力学学报随着对HDR(HotDryReservoir)地热藏的深入研究，Barton等除考虑裂缝面正应力的影响外，还考虑了剪应力效应。Willis—Richards等[61、Jing等以及Hicks等发展了Barton的理论，从而将现今应力场对裂缝参数的影响问题从一维扩展到三维。赵阳升等通过对长方体石灰岩样人工造缝的方法模拟天然粗糙单裂缝，进行三维应力作用下渗流规律的研究，经过推导得到一个三维应力作用下粗糙单裂缝渗

6、流特性与应力耦合公式，不过试验中对受力方向做了限制，因而不具有通用性。本文通过试验测试和理论推导的方法建立有效的力学模型，获取应力场和裂缝开度的定量化关系，进而以裂缝开度、密度为桥梁，考虑现今应力场对裂缝的改造作用，直接得到应力一应变和裂缝孔隙度、渗透率的定量化公式，最终实现低渗透砂岩油藏各向异性裂缝体的全局性定量描述，为油藏模拟等开发方案设计工具提供可直接应用的裂缝参数场。1研究区地质概况史南油田史深100块沙三中油藏位于东营凹陷中央隆起带西端，史南鼻状构造与郝家鼻状构造之间，包括史深100断块及史3断块，主要含油层系为古近系沙

7、河街组中段，含油面积13．7km，地质储量1365×10t。其中史深100断块含油面积11．5km，地质储量1082×10t。史深100块沙三中油藏不仅构造特征简单，储集层沉积也相对简单，为一套三角洲前缘亚相滑塌浊积砂体，具有明显的前积特征，呈叠瓦状分布，储集层发育稳定，主要含油层系为古近系沙河街组沙三中1、中2砂体。该地区储集层埋藏较深(3100～3300m)，具有微孔隙、微裂缝双重孔隙介质特征；平均孔隙度18．5％，渗透率分布范围1×10～～40×10～m，平均值为13．3×10Ixm。单砂体内部的物性变化受沉积微相控制，核部

8、砂体孔渗性最好，中部次之，边部砂体较薄，孔渗性最差。束缚水饱和度为30．45％，残余油饱和度为25．5％。岩性一般为石英质粉细砂岩，石英含量为31％～46％，长石含量为31％～39％，胶结物含量以泥质为主，一般为8％左右，高岭石含量为26％～53％