讨论储层岩石应力敏感性问题

smartdou

附件是本人对应力敏感性一些问题的澄清。供参考！ 有效应力问题.pdf (634.98 KB, 下载次数: 633)

2013-11-22 23:48 上传

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justbetoo

看一下，这问题讨论了很多

the-one

cllipe 发表于 2013-11-23 10:14
又躲到这里攻击我来了？科学这东西十分深奥，不是什么人都能够理解的。用了有效应力之后，就不能再用孔隙压 ...

一直关注李老师的动态，每次阅读老师的文章都受益匪浅，支持李老师！

我爱发明

支持学术争鸣，拒绝人身攻击，非常有幸看到两位业界大牛能当面讨论，坐等精彩上演！

duyang1984

持续关注中。。。

sandy03

李老师来的还真快。。。

smartdou

cllipe 发表于 2013-11-23 10:14
科学这东西十分深奥，不是什么人都能够理解的。用了有效应力之后，就不能再用孔隙压 ...

Cllipe认为式

是错误的。其理由是使用了有效应力，就不能再用孔隙压力了。
本人认为式（2）是正确的，为了论述问题清楚，我们必须从初等函数说起：
（1）如果函数 Z=f(x,y)
    就难道不能允许 x=f(y)
    能说函数Z=f(x,y)是错误的吗？显然不能。
（2）在油藏工程中，我们通常将地层体积系数表示为
         Bo=f (Rs,  γg,  γo,  T)     
         不表明Rs与T之间，γg,  γo与T之间就没有函数关系。
（3）还有岩石的破裂准则通常表述为

σ1=f(σ2,σ3 )

σ1 、σ2、σ3 三者都有关系，我们能说σ1=f(σ2,σ3 )是错误的吗？同样不能。
          世界万物都是有相互联系的，不是独立存在的。如果是独立的话，工程中的许多问题就没有解，是不收敛的。可是恰恰相反，许多事情都有联系，几乎都能找到函数关系。

smartdou

      本人将Cllipe提到的11个问题，归纳为4个问题进行回答：（1）岩石压缩性问题；（2）有效应力及应力敏感性问题；（3）启动压力梯度问题；（4）其它问题。
      本人2012年在《新疆石油地质》第5期发表了文章《油田开发中岩石压缩系数和孔隙度相关问题探讨》（下文称《探讨》[1]），李传亮 在2013年第4期发表的《油藏工程中的若干问题——再与窦宏恩先生商榷》（下文称“《李文》[2]）。
      
一、本节主要讨论岩石压缩性问题
        

通常，在岩石压缩系数的定义中，考虑2个作用在岩石上的力，即作用在储层岩石的上覆压力pc和作用在岩石孔隙中的流体压力pp；另外考虑3个体积，岩石总体体积Vb、岩石孔隙体积Vp及岩石骨架体积Vs。为研究问题方便，文中规定：全文所有引用文献中的表达式中的符号定义，只要其物理意义相同，均使用相同符号，与原引文符号不同。

对上述3种岩石体积而言，当上覆岩石压力保持不变时，储层流体采出过程中，主要对应3个压缩系数，即岩石总体体积压缩系数、岩石孔隙体积压缩系数和岩石骨架体积压缩系数，其中，岩石孔隙体积压缩系数在油气田开发中有着广泛的应用。

《李文》认为：笔者在《探讨》一文中（2）式（即本文的（10）式）指出：“‘因为在围压不变、孔隙压力变化的情况下，其岩石体积压缩系数、岩石孔隙体积压缩系数和岩石骨架体积压缩系数是不相等的’，这种提法缺乏证据”。但从《李文》中也只能看到这样的描述，而看不到其它任何能让（10）式两者相等的佐证。其实不然，从压缩系数的定义式来考察，可清楚地发现，（10）式中的两个压缩系数是不相等的，也不能相等。如若采用一个错误等式，才导出了一个错误的表达式（9）。

  1.3 对Hall曲线的曲解
    《李文》对Hall曲线[15]指出了3点错误，主要源于其对Hall曲线的理解及应用范围不清楚所致。岩石压缩系数受多孔介质的物理特性、岩石类型、胶结物量、胶结强度、储层地质应力和压实程度等因素影响。Hall的实验及后来一些研究者研究表明[16 、17 ]：（1）Hall曲线实验条件是原始上覆压力22MPa（3000psi），岩石内部流体孔隙压力为（0-22）MPa（0-1500psi）变化，实验中，有效应力（净上覆岩石压力）为零时，测得原始储层孔隙度。（2）Hall曲线是实验曲线，是采用胶结砂岩或固结较好的灰岩得到的，不适用非胶结岩石或脆性砂岩。（3）后来的研究者，进一步指出：对固结不强的砂岩岩石，使用Hall曲线要慎用；在非固结砂岩及裂缝性很强的地层同样要慎用。《李文》由于对Hall的实验条件和适用范围不清楚，才导致其提出了Hall曲线的所谓3大错误，即：“第一，存在数值太高，由Hall图版确定的岩石压缩系数比地层流体还高；第二，与岩性无关，不管软岩石，还是硬岩石，只要孔隙度相同，由Hall图版确定的岩石压缩系数就完全相同；第三，存在逻辑反转，即孔隙度越高，岩石压缩系数的数值就越小，也即岩石越疏松就越难压缩”。《李文》就凭一个错误的（9）式，无任何实验数据，凭直觉判断岩石孔隙体积压缩系数就一定低于液体，这是非常错误的概念和推断。《李文》还质疑：“由于窦文的岩石压缩系数已经比水高了，并且与油十分接近，若忽略掉岩石压缩系数，则对油藏有效压缩系数产生了很大的影响。岩石会与地层流体一样柔软吗？当然不会，这就是传统实验测量结果错误的原因”。《李文》中将岩石与地层流体按柔软性相比较，不知《李文》又如何定义物质的柔软性？笔者可以提出同样的问题：木头与液体相比，哪种物质柔软？如果说“水”柔软的话，恰恰“木头”的压缩性要比水高的多，不知又当做何解释？由于《李文》这种错误的逻辑推理，没有任何实验数据为佐证，就随意的在其文中假设笔者所给算例中的岩石孔隙体积压缩系数为0.05×10-4MPa-1来进行计算，说明“油藏工程计算值完全可以忽略岩石的压缩系数”的结论，笔者引用的是前人文献的数据，不是一个随意的举例，不能只为了证明某一观点，随意假设数据，使数据的使用失去严肃性。
      《李文》的类似文献[4-11]中认为：“传统的体积法测量的岩石压缩系数呈现了逻辑发转规律，及低孔高压缩和高孔低压缩”。其实，这是一错误认识，其错误来源主要有两方面：一是错误的将岩石孔隙体积压缩系数理解为岩石体积压缩系数，通常，孔隙体积压缩系数在（5-22）×10-4MPa-1，而岩石骨架体积压缩系数在（0.2-5）×10-4MPa-1，相差25-4.4倍。将岩石孔隙体积的变化量与岩石骨架体积变化量等同起来而产生的错误。再看看文献[4-11]的作者在文献[18]中举例数据：岩石孔隙体积压缩系数0.01×10-4MPa-1，而岩石骨架体积压缩系数为0.23×10-4MPa-1，分析这组数据发现，岩石孔隙体积压缩系数与岩石骨架压缩系数相比反而小几十倍，它明显是一组错误数据。二是采用了错误的（9）式进行计算岩石孔隙体积压缩系数，并与著名的Hall曲线对比，才得出了Hall曲线出现了逻辑错误的不正确结论。其次，文献[4-11]错误的认为：低孔低压缩，高孔高压缩也是不正确的，一般的泥岩、页岩孔隙度也很低，它不一定就低压缩，而白云岩、碳酸盐岩及火山岩有丰富的孔、缝和洞也不一定就高压缩。1953年Hall发表论文，公开了实验室得到的实验数据图版。图中在曲线的纵坐标轴上明确标注了，单位孔隙压力下单位孔隙体积的变化。说明Hall曲线是关于描述储层岩石孔隙体积压缩系数与孔隙度的关系，它的实验室主要实验步骤[19]：取一定规格的岩心，抽提除油，在一定温度下烘干，测量其孔隙度及渗透率。然后将其装入岩心夹持器，加围压到一定值，用氦孔隙计测量原始孔隙压力，然后再抽真空。饱和一定量流体，模拟储层压力，建立围压及孔隙压力体系。保持上覆岩石压力不变，改变孔隙压力大小，引起了岩石孔隙体积的变化，应精密的计量仪表计量对应压力下的岩石孔隙体积变化，采用岩石孔隙体积压缩系数的定义式（6）计算出岩石孔隙体积的压缩系数，即可得到Hall曲线，它呈下凹的双曲线关系。文献[19]在1984年做出了不同孔隙度下的岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力（σ－p）之间的曲线，其曲线结果显示，岩石孔隙体积压缩系数Cpp与孔隙度的关系也符合Hall曲线。



（第一个问题完，第二个问题参见”有效应力问题“附件）
参考文献

[1] 窦宏恩, 油田开发中岩石压缩系数和孔隙度相关问题探讨[J]. 新疆石油地质,2012:33(5):615-621.

[2] l李传亮.油藏工程中的若干问题——再与窦宏恩先生商榷[J]. 新疆石油地质,2013:34(4):477-482

[3] [美]格里.马维克,塔潘.穆克吉,杰克.德沃里肯.岩石物理手册[M].徐海滨，戴建春，译.合肥：中国科技大学出版社，2008：100，147.

[4] 李传亮.储集层岩石的应力敏感性问题[J].石油钻采工艺, 2006,28(2):86-88.

[5] 李传亮.低渗透储集层不存在强应力敏感性[J].石油钻采工艺,2005,27（4）:61～63.

[6] 李传亮.储层岩石的压缩问题[J]. 石油钻采工艺,2010,32(5):120-124.

[7] 李传亮,储集层岩石的压缩系数公式——回应王厉强博士[J],新疆石油地质,2012:33(1):125-126

[8] 李传亮.储层岩石的压缩问题[J]. 石油钻采工艺,2010,32(5):120-124.

[9] 李传亮.应科学看待低渗透储层——回应窦宏恩先生[J].特种油气藏,2009,16(4):121-124.

[10] 李传亮.油藏工程原理[M]. 北京,石油工业出版社,2005,70-71,89-92

[11] 李传亮.低渗透储层很特殊吗——回应窦宏恩先生[J].特种油气藏,2011,18(5):131-134.

[12] 窦宏恩,白喜俊.低渗透和高渗透储层都存在应力敏感性[J].石油钻采工艺,2009,31(2):121-124．

[13] 窦宏恩.质疑不存在启动压力之观点[J].特种油气藏，2009,16(1):53-57.

[14] 窦宏恩.正确对待岩石孔隙压缩系数是认识低渗透储层的基础[J].特种油气藏, 2010,17(5):119-122.

[15] Hall, Howard N. Compressibility of reservoir rocks[J].Journal of Petroleum Technology, 1953,5(1):17-19.

[16] van der Knapp, W. Nonlinear Behavior of ElasticPorous Media, Trans., AIME, 1959, 216, 179

[17] Newman, G.H.Pore-Volume Compressibility ofconsolidated, Frable and Unconsolidated Reservoir Rocks Under HydrostaticLoading, JPT(Feb.) 1973,129

[18] 李传亮.岩石压缩系数与孔隙度的关系[J].中国海上油气（地质）,2003,17(5):356-358.

[19] 李永平.油层岩石压缩系数的应用及确定方法[J].石油勘探与开发, 1984,11(6):49-54.

[20 ] Karl Terzaghi. Theoretical Soil Mechanics [M].JohnWiler and Sons. Inc, New York, 1943, 14-27.

[21] Hubbert,M.K,Rubey,W.W.Rock of flow pressure inmechanics of over-thrust faulting: I. Mechanics of fluid—filled porous solidsand its application to overthrust faulting [J].Bulletin, Geological Society ofAmerican,1959,70(1):115-166.

[22] 李俊平, 连民杰主编，矿山岩石力学[M].北京：冶金工业出版社,2011:40-41.

[23] A.班恩，B.A.马克西莫夫,等.岩石性质对地下液体渗流的影响[M].北京:石油工业出版社,1982:110-111.

[24] 李传亮.多孔介质的双重有效应力[J].自然杂志，1999,21(5):288-291.

[25] 李传亮，多孔介质的应力关系方程[J]. 新疆石油地质,2002:23(2):163-164

[26] 张楠,王晓琴,徐峰,等. 启动压力梯度和应力敏感效应对低渗透油藏直井产能的影响[J]. 特种油气藏，2012，19(1)：74—77

[27] 窦宏恩,杨旸.低渗透油藏流体渗流再认识 [J]. 石油勘探与开发，2012,39(5)：633—640.

[28] 葛家理，油气层渗流力学[M]. 北京：石油工业出版社，2006：24-25．

[29] 何更生.油层物理[M]. 北京：石油工业出版社，2006：24-25．

[30] 孔祥言.高等渗流力学[M].合肥:中国科技大学出版社,2006:31-32,71,368.

[31] D.佳布，E.C.唐纳森著.油层物理（第二版）[M].北京:石油工业出版社, 2007:404－405.

smartdou

      对于孔隙体积变化而言，孔隙压力Pf和差应力（有效应力）σeff 是相对独立的变量，只能说存在关系
           σeff=σ-Pp，没有理由说函数 V=f(σeff,Pp)关系不存在。
          其次，要说明的是“有效应力”不属于Cllipe.

smartdou

        为什么说孔隙体积变化是由孔隙压力和有效应力变化两个方面引起呢？即有
V=f(σeff, Pp)
        一方面当岩石孔隙压力减小，而骨架应力（内力）增加，挤压岩石骨架颗粒的作用力就减小了，因而，岩石骨架颗粒体积增加，孔隙体积减小。另一方面，有效应力增加，使得岩石骨架颗粒体积进一步变形，其作用力挤压骨架，岩石颗粒之间的接触面积增大，颗粒间接触更加紧密，在高的有效应力作用下，内部骨架结构可能发生改变甚至是胶结物破坏，使得岩石重新组合。