致密砂巖油藏動態(tài)滲吸驅(qū)油效果影響因素及應(yīng)用

劉秀嬋 ，陳西泮，劉 偉，王 霞

（1.延安大學(xué)石油工程與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 延安 716000；2.陜西延長石油有限責(zé)任公司，陜西 延安 716000；3.延長油田股份有限公司定邊采油廠，陜西榆林718600）

0 引言

我國致密油儲量比較豐富，而受地質(zhì)構(gòu)造及成藏作用的影響，致密油儲層多發(fā)育微裂縫，加之壓裂施工過程中形成的人造裂縫，為儲層原油提供了良好的滲流通道。由于致密油藏通常無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能較低，通常需要采用注水方式開發(fā)。經(jīng)過長時(shí)間注水后，致密油儲層中的裂縫會吸收大量的注入水，容易導(dǎo)致水淹現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而影響注水開發(fā)的效果［1-8］。

滲吸驅(qū)油開發(fā)是致密砂巖油藏比較重要的一種開發(fā)方式，近年來受到越來越多的關(guān)注，也取得了比較顯著的成效［9-14］。前人研究結(jié)果表明，滲吸作用的主要?jiǎng)恿槊軌毫Γ軌毫Φ拇笮⊥ǔＪ茉S多因素的影響，這些因素也將影響到滲吸驅(qū)油開發(fā)的效果［15-18］。劉向君等［19］針對低滲透砂巖常溫常壓以及脈沖壓力條件下的滲吸規(guī)律及影響因素進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，在常壓或脈沖壓力條件下，最終滲吸采收率均隨著巖心滲透率和孔隙度的增大而增加，脈沖滲吸驅(qū)油效果優(yōu)于常壓滲吸驅(qū)油效果；韋青等［20］針對裂縫性致密砂巖儲層滲吸機(jī)理及影響因素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，儲層品質(zhì)越好、最大連通孔喉半徑越大、比表面積越小、相對潤濕指數(shù)越大以及界面張力越小，則越有利于滲吸驅(qū)油的進(jìn)行；黨海龍等［21］針對裂縫性低滲透油藏滲吸驅(qū)油影響因素進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，潤濕性、黏度、界面張力和滲透率均是影響滲吸驅(qū)油的主要因素，巖石越親水，原油黏度越低，則滲吸驅(qū)油效果越好。

在致密油藏水驅(qū)開發(fā)之后，采用動態(tài)滲吸驅(qū)油開發(fā)，注入滲吸液能夠提高致密油藏的采收率［22-23］。目前，關(guān)于靜態(tài)滲吸驅(qū)油的研究及報(bào)道較多，而在致密油藏實(shí)際開發(fā)過程中，需要考慮動態(tài)驅(qū)替過程（驅(qū)替流速、滲吸液類型、濃度以及注入量等因素）對滲吸驅(qū)油效果的影響，因此，有必要對致密砂巖油藏動態(tài)滲吸驅(qū)油效果的影響因素進(jìn)行深入研究。以鄂爾多斯盆地某區(qū)塊致密砂巖儲層為研究對象，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價(jià)滲吸液類型、滲吸液濃度、滲吸液注入量、驅(qū)替流速、反應(yīng)時(shí)間以及巖心滲透率對致密油儲層動態(tài)滲吸驅(qū)油效果的影響，優(yōu)選出適合目標(biāo)儲層的最優(yōu)動態(tài)滲吸驅(qū)油參數(shù)，并進(jìn)行礦場試驗(yàn)，以期為提高致密砂巖油藏的采收率提供理論依據(jù)和參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)用巖心為鄂爾多斯盆地某區(qū)塊致密砂巖儲層巖心（巖心孔隙度為5.2%～9.8%，滲透率為0.2～3.5 mD），實(shí)驗(yàn)用水為目標(biāo)區(qū)塊儲層模擬地層水（礦化度約為16 000 mg/L），實(shí)驗(yàn)用油為模擬油（儲層原油與中性煤油按照1∶2混合，50℃下的黏度為2.15 mPa·s），實(shí)驗(yàn)用表面活性劑為 LAS（陰離子表面活性劑）、DTAB（陽離子表面活性劑）、HYS-3（非離子表面活性劑）和HXS-2（雙子表面活性劑）。

實(shí)驗(yàn)儀器：TX-500 C型全量程旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、HARKE-SPCA視頻接觸角測量儀、BH-2型巖心（油、水）抽空加壓飽和實(shí)驗(yàn)裝置、巖心動態(tài)滲吸驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置（主要包括平流泵、巖心夾持器、環(huán)壓泵、中間容器、壓力表、傳感器等）。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟及流程

（1）界面張力測定實(shí)驗(yàn)

采用模擬地層水配制不同類型的表面活性劑溶液（0.3%LAS，0.3%DTAB，0.3%HYS-3和0.3%HXS-2）作為滲吸液，調(diào)試好TX-500 C型全量程旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度為25℃，注入滲吸液和模擬油，測定不同類型滲吸液與模擬油之間的界面張力值。

（2）接觸角測定實(shí)驗(yàn)

將儲層天然巖心切成相同厚度的薄片，洗油處理后烘干，然后將巖心切片在界面張力測定實(shí)驗(yàn)中配制的不同表面活性劑溶液中浸泡24 h，實(shí)驗(yàn)溫度為25℃，取出巖心切片并烘干，然后使用HARKESPCA視頻接觸角測量儀測定蒸餾水在巖心切片表面的接觸角大小。

（3）動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。具體實(shí)驗(yàn)步驟為：①將儲層天然巖心洗油、烘干、稱重，然后抽真空飽和模擬地層水；②將巖心裝入夾持器中，加環(huán)壓，升高溫度至儲層溫度（85℃），使用模擬油驅(qū)替巖心，直至出口端不出水為止，關(guān)閉進(jìn)出口閥門老化24 h；③使用模擬地層水驅(qū)油，記錄巖心出口端采出油量，直至出口端不出油為止，計(jì)算水驅(qū)油效率；④注入滲吸液，關(guān)閉巖心進(jìn)出口端閥門，反應(yīng)一段時(shí)間；⑤繼續(xù)使用模擬地層水驅(qū)油，直至巖心出口端含水率達(dá)到98%為止，記錄巖心出口端采出油量，計(jì)算最終的驅(qū)油效率。

圖1 動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Flow chart of dynamic imbibition displacement experiment

2 動態(tài)滲吸驅(qū)油效果影響因素分析與討論

2.1 滲吸液類型

2.1.1 對界面張力和接觸角的影響

參照界面張力和接觸角的測定實(shí)驗(yàn)方法，分別評價(jià)了模擬地層水和質(zhì)量濃度為0.3%的不同滲吸液對界面張力和接觸角的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所列。

從表1可看出，在模擬地層水中加入不同類型的表面活性劑后，溶液的界面張力大幅降低，巖心切片表面的接觸角也呈現(xiàn)出減小的趨勢，其中非離子表面活性劑HYS-3降低界面張力和接觸角的效果最好。

表1 滲吸液類型對界面張力和潤濕性的影響Table 1 Influences of imbibition fluid types on interfacial tension and wettability

2.1.2 對動態(tài)滲吸驅(qū)油效果的影響

選取驅(qū)替流速為0.1 mL/min，滲吸液注入量為0.5 PV，反應(yīng)時(shí)間為24 h，進(jìn)行不同類型滲吸液動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，分別評價(jià)了不同類型滲吸液對目標(biāo)區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效果的影響（表2、圖2）。

表2 不同類型滲吸液動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果Table 2 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects of different types of imbibition fluid

圖2 不同類型滲吸液對動態(tài)滲吸驅(qū)油效率的影響Fig.2 Influences of different types of imbibition fluid on dynamic imbibition displacement efficiency

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，目標(biāo)區(qū)塊儲層致密砂巖巖心的水驅(qū)油效率為14%左右，當(dāng)使用不同表面活性劑溶液作為滲吸液時(shí)，均能提高巖心的動態(tài)滲吸驅(qū)油效果。其中0.3%HYS-3溶液的效果最佳，滲吸驅(qū)油效率能夠達(dá)到10%以上。這是由于非離子表面活性劑HYS-3能夠顯著降低油水界面張力，同時(shí)改變天然巖心表面的潤濕性，從而降低原油與巖心孔隙表面的黏附功，使原油易于從孔隙表面剝離，提高驅(qū)油效率。

2.2 滲吸液濃度

選取驅(qū)替流速為0.1 mL/min，滲吸液注入量為0.5 PV，反應(yīng)時(shí)間為24 h，使用非離子表面活性劑HYS-3配制不同濃度的滲吸液進(jìn)行動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，評價(jià)滲吸液濃度對目標(biāo)區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效果的影響（表3、圖3）。

表3 不同滲吸液濃度下動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果Table 3 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different imbibition fluid concentration

圖3 滲吸液濃度對動態(tài)滲吸驅(qū)油效率的影響Fig.3 Influences of imbibition fluid concentration on dynamic imbibition displacement efficiency

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著滲吸液濃度的升高，巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效率逐漸增大，當(dāng)滲吸液體積濃度為0.5%時(shí)，滲吸驅(qū)油效率能夠達(dá)到13.8%，繼續(xù)增大滲吸液濃度，驅(qū)油效率增幅變化不大。因此，宜選擇0.5%HYS-3作為滲吸液。

2.3 滲吸液注入量

選取驅(qū)替流速為0.1 mL/min，滲吸液為0.5%HYS-3，反應(yīng)時(shí)間為24 h，進(jìn)行不同注入量滲吸液動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，分別評價(jià)了滲吸液在不同注入量時(shí)對目標(biāo)區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效果的影響（表 4、圖 4）。

表4 不同注入量滲吸液動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果Table 4 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different injection volume of imbibition fluid

圖4 滲吸液注入量對動態(tài)滲吸驅(qū)油效率的影響Fig.4 Influences of injection volume of imbibition fluid on dynamic imbibition displacement efficiency

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著滲吸液注入量的增大，巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效率逐漸增大，當(dāng)滲吸液注入量為1.0 PV時(shí)，滲吸驅(qū)油效率能夠達(dá)到16.2%，繼續(xù)增大滲吸液注入量，驅(qū)油效率增幅變化不大。因此，在現(xiàn)場進(jìn)行滲吸采油施工設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇合適的滲吸液濃度和注入量，在確保滲吸驅(qū)油效率的基礎(chǔ)上，最大程度地降低施工成本。

2.4 驅(qū)替流速

選取滲吸液為0.5%HYS-3，滲吸液注入量為1.0 PV，反應(yīng)時(shí)間為24 h，進(jìn)行不同驅(qū)替流速時(shí)的滲吸液動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，分別評價(jià)了不同驅(qū)替流速對目標(biāo)區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效果的影響（表 5、圖 5）。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著驅(qū)替流速的增大，巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，當(dāng)驅(qū)替流速為0.2 mL/min時(shí)，滲吸驅(qū)油效率最大，能夠達(dá)到18.4%，繼續(xù)增大驅(qū)替流速，滲吸驅(qū)油效率下降。

這是由于致密砂巖油藏滲吸效率同時(shí)受黏性力和毛管壓力的影響，當(dāng)驅(qū)替流速較低時(shí)，毛管壓力滲吸作用較強(qiáng)，隨著驅(qū)替流速的增大，黏性力驅(qū)替作用增大，因此，會存在一個(gè)最優(yōu)驅(qū)替流速，使?jié)B吸效率達(dá)到最大。致密砂巖逆向滲吸作用表現(xiàn)為小孔隙吸水，大孔隙排油，在較高的驅(qū)替流速下，致密砂巖中的大孔隙滲吸出油端被注入水封閉，使后續(xù)滲吸作用的進(jìn)行受到阻礙；另外，當(dāng)驅(qū)替流速較大時(shí)，孔隙中油水交換的時(shí)間縮短，使孔隙中的水被過早地驅(qū)替出來，致使?jié)B吸效率下降。因此，在進(jìn)行礦場施工設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇合適的注液速度，使?jié)B吸驅(qū)油效果達(dá)到最佳。

表5 不同驅(qū)替流速動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果Table 5 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different displacement velocity

圖5 驅(qū)替流速對動態(tài)滲吸驅(qū)油效率的影響Fig.5 Influences of displacement velocity on dynamic imbibition displacement efficiency

2.5 反應(yīng)時(shí)間

選取驅(qū)替流速為0.2 mL/min，滲吸液為0.5%HYS-3，滲吸液注入量為1.0 PV，進(jìn)行不同反應(yīng)時(shí)間下的動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，分別評價(jià)了不同反應(yīng)時(shí)間對目標(biāo)區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效果的影響（表 6、圖 6）。

表6 不同反應(yīng)時(shí)間動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果Table 6 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different reaction time

圖6 反應(yīng)時(shí)間對動態(tài)滲吸驅(qū)油效率的影響Fig.6 Influences of reaction time on dynamic imbibition displacement efficiency

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著滲吸反應(yīng)時(shí)間的增加，巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效率逐漸增大，但滲吸驅(qū)油效率增幅逐漸下降，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為48 h時(shí)，滲吸驅(qū)油效率能夠達(dá)到20%以上，繼續(xù)增大反應(yīng)時(shí)間，滲吸驅(qū)油效率基本不變。因此，為提高油田生產(chǎn)效率，在礦場進(jìn)行滲吸采油施工時(shí)，應(yīng)選擇合適的滲吸反應(yīng)時(shí)間。

2.6 滲透率

選取驅(qū)替流速為0.2 mL/min，滲吸液為0.5%HYS-3，滲吸液注入量為1.0 PV，反應(yīng)時(shí)間為48 h，使用不同滲透率的巖心進(jìn)行動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，分別評價(jià)了不同巖心滲透率對動態(tài)滲吸驅(qū)油效果的影響（表 7、圖 7）。

表7 不同滲透率動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果Table 7 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different permeability

圖7 滲透率對動態(tài)滲吸驅(qū)油效率的影響Fig.7 Influences of permeability on dynamic imbibition displacement efficiency

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，巖心滲透率與動態(tài)滲吸驅(qū)油效率呈正相關(guān)，即隨著巖心滲透率的增大，動態(tài)滲吸驅(qū)油效率逐漸增大。這是由于巖心滲透率越大，巖心中的大孔隙越多，孔喉連通性越好，且連通面孔率越大，從而能夠降低原油動態(tài)滲吸的阻力，使油滴順利通過孔隙排出，并且擴(kuò)大了動態(tài)滲吸的范圍，提高了動態(tài)滲吸驅(qū)油效率。

由以上動態(tài)滲吸驅(qū)油效果影響因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，驅(qū)替流速和滲吸液的濃度均是影響動態(tài)滲吸驅(qū)油效率的主要因素，滲吸液注入量和反應(yīng)時(shí)間的影響較弱。推薦動態(tài)滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)參數(shù)：驅(qū)替流速為0.2 mL/min，滲吸液為0.5%HYS-3，滲吸液注入量為1.0 PV，反應(yīng)時(shí)間＞48 h。

3 礦場試驗(yàn)

鄂爾多斯盆地某區(qū)塊S油田屬于典型的致密砂巖油藏，儲層整體物性較差，孔隙度平均為8.7%，滲透率平均為0.49 mD，儲層埋深約為2 482 m，儲層溫度約為85℃。從2016年開始，S油田注水開發(fā)效果變差，油井產(chǎn)油量下降明顯，因此，決定轉(zhuǎn)變開采方式，在該油田實(shí)施注水吞吐動態(tài)滲吸驅(qū)油試驗(yàn)，前期共計(jì)實(shí)施5口井，有效率達(dá)到了100%。共計(jì)注入0.5%HYS-3的滲吸液540 m3，關(guān)井進(jìn)入滲吸驅(qū)油階段，開井后5口井的產(chǎn)油量均出現(xiàn)不同程度的增大現(xiàn)象。動態(tài)滲吸驅(qū)油措施前后產(chǎn)油量和含水率的對比結(jié)果如表8所列。

表8 動態(tài)滲吸驅(qū)油措施前后產(chǎn)油量與含水率對比Table 8 Comparison of oil production and water cut before and after dynamic imbibition displacement measures

從表8可以看出，采取動態(tài)滲吸驅(qū)油措施前，5口井的平均產(chǎn)油量為3.8 m3/d，平均含水率為89.5%。采取措施后5口井的平均產(chǎn)油量升高至7.8 m3/d，是采取措施前的2倍多，而平均含水率下降至61.9%，目前已累計(jì)增油約650 t左右，增油效果顯著。

4 結(jié)論

（1）非離子表面活性劑HYS-3能夠顯著降低油水界面張力，并通過降低接觸角來改變巖石表面的潤濕性，從而降低原油與巖心孔隙表面的黏附功，大大提高致密砂巖巖心的動態(tài)滲吸驅(qū)油效率。

（2）動態(tài)滲吸驅(qū)油效果影響因素評價(jià)結(jié)果表明，隨著滲吸液中表面活性劑濃度的升高、滲吸液注入量的增大、反應(yīng)時(shí)間的延長以及滲透率的增大，動態(tài)滲吸驅(qū)油效率逐漸增大，而隨著驅(qū)替流速的增大，巖心動態(tài)滲吸驅(qū)油效率呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢，當(dāng)驅(qū)替流速為0.2 mL/min時(shí)，滲吸驅(qū)油效率增幅最大。

（3）礦場應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，S油田采取注水吞吐動態(tài)滲吸驅(qū)油方案措施后，5口井平均日產(chǎn)油量是采取措施前的2倍多，含水率下降明顯，取得了較為明顯的增油效果。