致密储层岩石渗透率在开发过程中的变化受非线性有效应力的控制,有效应力的准确确定是有效获取储层岩石渗透率的关键,实验手段是研究有效应力最为常见的方法。然而,现有的实验设计不完全符合有效应力的概念。为此,本文以致密灰岩气藏岩石为研究对象,完成了渗透率有效应力实验并准确确定有效应力,结合以往理论模型分析了有效应力与气体渗透率之间的关系,建立了有效应力和克氏效应作用下气体渗透率计算模型,评价与分析了储层岩石的应力敏感性,最后推导了考虑应力敏感性和克氏效应影响下的水平气井产能方程,获得了应力敏感性对单井开发的影响。主要完成的工作和取得的认识如下:(1)完成了 6块致密灰岩的微观结构实验。3块鄂尔多斯盆地岩心由白云岩和方解石构成,孔隙类型以微裂缝和晶间溶孔为主。3块柴达木盆地岩心主要造岩矿物是白云岩和方解石,含有泥质及石英等碎屑,孔隙类型以粒内溶孔和溶缝为主。(2)设计了符合有效应力概念的有效应力实验方案,完成了 6块致密灰岩岩心的恒定内压变围压的有效应力实验、恒定围压变内压有效应力实验和恒定净有效应力实验,最低内压接近大气压;实验发现克氏效应和有效应力共同控制着气体渗透率变化特征;绘制了渗透率等值线图并计算了有效应力系数,发现有效应力系数是围压与内压的函数,克氏效应影响有效应力的计算。(3)对比分析了非线性有效应力和Terzaghi有效应力与渗透率之间的关系,证明非线性有效应力更符合有效应力的定义;用指数模型、对数模型、多项式模型和乘幂模型拟合致密灰岩渗透率与非线性有效应力之间的函数关系,发现对数模型拟合效果最好;结合对数模型与Klinkenberg模型推导出一个能够描述气体渗透率与内压之间关系的模型,该模型能计算在任意内压范围内的气体渗透率值,并与实验结果具有较好的一致性。(4)采用应力敏感指数法评价了考虑克氏效应影响和不考虑克氏效应影响下的6块致密灰岩的渗透率应力敏感性,发现克氏效应影响下的应力敏感性更弱;同时,基于Terzaghi有效应力与非线性有效应力计算了对应的渗透率应力敏感系数,发现Terzaghi有效应力计算的应力敏感性更强。(5)推导了渗透率应力敏感性和克氏效应影响下的水平气井的产能方程,结合实例分析,研究了应力敏感性、克氏效应和不同有效应力条件下的单井产能变化规律。通过本文研究,提出了确定非线性有效应力的实验方案和数据分析方法,得到了非线性有效应力与线性有效应力间的关系式。同时,获取了气体渗透率在克氏效应和有效应力作用下的变化规律。丰富和发展了有效应力理论,为致密储层岩石的有效开发提供了理论依据。