低滲油藏自發滲吸驅油效率測定新方法*

張 健，趙 娟，楊 光，王傳軍，鄭 旭，唐曉旭

（1.中海油研究總院有限責任公司，北京 100028；2.海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京 100028；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

所謂自發滲吸［1-3］（簡稱自吸）是多孔介質在毛細管力驅動下自發地吸入某種潤濕液體的過程，它是毛管壓力作用下的一種常見現象。低滲油藏中通常裂縫發育，在注水開發過程中，注入水首先沿裂縫推進，裂縫中的水靠自吸作用將原油從基質中驅替出來。隨著低滲油藏的大量開發與應用，自發滲吸作為低滲油藏的一個重要開采機理［4-6］而備受關注。前人的滲吸實驗研究中，大多直接或者間接采用體積法［7］或常規稱重法【8】進行自然滲吸實驗研究。

目前室內常用的滲吸物理實驗方法主要有體積法和稱重法［7］。

同向滲吸體積法實驗的主要原理是用帶刻度的毛細管與裝有巖心的容器相連，通過滲吸前后毛細管內液面變化來表征巖心的滲吸量的大小。逆向滲吸體積法實驗［9］是將巖心完全浸沒在液體里，由于滲吸作用巖心內的非潤濕相被潤濕相驅替出來，在重力作用下匯聚在容器頂部的細管中，測量容器頂部的液體或氣體體積進而計算滲吸采收率。體積法僅能測定滲出并已脫離巖樣的油量，而不能測定溶解于水中油珠的體積，因而所測定的自發滲吸驅油效率存在著較大的誤差。

稱重法實驗是將巖心的一個端面與潤濕液接觸（同向滲吸）或將巖心全部浸沒在液體中（逆向滲吸為主），每隔一定時間記錄電子天平讀數，直到質量不再增加為止，從而求得該時刻吸入的潤濕液量占總孔隙體積的百分數Et和滲吸體積Vwt［1］。稱重法原理簡單、操作方便，但是針對頁巖等低滲巖心，其吸水膨脹會導致計量增加和微裂縫增多，對滲吸量的計量產生影響，導致實驗結果不精確。對于致密砂巖巖心，由于存在“門檻跳躍”、“掛壁”等現象以及孔隙度測量不精確的問題，在計算過程中常會出現滲吸采收率超過100%的情況［7］。

針對體積法和稱重法滲吸物理實驗存在問題，本文提出一種低滲油藏自發滲吸驅油效率測量裝置及方法，為了彌補與體積法測試的不足，測試裝置中增設了水中含油分析儀來測定溶解于水中的油珠的體積，以提高實驗的精度。首先根據稱重法測定由于水油密度差引起的巖心質量變化，計算巖心自吸進入的水的體積；然后結合體積法測定裝置中巖心被驅替出的油的體積及水中含油的體積，對實驗結果進行比對。理論上采用稱重法計算的巖心自吸進入的水的體積與體積法巖心被驅出的油的體積相等。由于兩種實驗方法均有誤差，因此認為兩個實驗結果的誤差小于3%即取得了合理的實驗數據，將兩種實驗方法得到的數據取平均值，可通過其計算出自滲吸驅油效率。

1 建立自發滲吸驅油效率測量裝置及方法

1.1 材料與儀器

實驗用水為按照油田現階段混配水的離子組成配制的模擬水，密度ρw1 g/mL，礦化度為9374.13 mg/L，主要離子質量濃度（單位mg/L）:K++Na+3091.96、Mg2+158.68、Ca2+276.17、Cl-5436.34、SO42-85.29、HCO3-311.48、CO32-14.21；實驗用原油，黏度3 mPa·s（65℃），密度ρo0.85 g/mL；實驗用巖心為露頭圓柱砂巖巖心:長10 cm、直徑2.5 cm，滲透率0.1×10-3μm2，孔隙體積3.1 mL。

1.2 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。箱體1內由分隔板分隔成上下兩部分空間，上部分空間為測量室2，下部分空間為樣品室3，在測量室2和樣品室3內均設置有加熱控溫裝置4。在測量室2 內還設置有稱量機構5，稱量機構5的測量端設置有懸繩6，懸繩6穿過分隔板，末端位于樣品室3 內。在樣品室3 內還設置有含水的漏斗型容器7，漏斗型容器7頂部與懸繩6連接。漏斗型容器7 內部設置有用于夾持巖心12的巖心夾持器8，巖心夾持器8頂端與懸繩6末端連接，由稱量機構5 測量巖心12 的質量變化，并將測量到的質量變化值傳輸至計算機系統9，由計算機系統9 計算出巖心12 自吸進入的水的體積。漏斗型容器7兩側側壁上分別間隔設置有2個具塞裝置10，4 個水中含油分析儀11 分別經過相應的具塞裝置10探測漏斗型容器7中水中含油率，并將測定結果傳輸至計算機系統9，由計算機系統9采用算術平均值算出水中含油率平均值。

裝置還包括磨砂密封蓋、托板和升降系統13。磨砂密封蓋設置在漏斗型容器7底部、托板上部；托板底部中心位置處設置有升降系統13。當對各種不同巖樣進行實驗時，若懸繩6長度不夠時，通過升降系統13 將巖心12 浸入溶液中。加熱控溫裝置4包括恒溫控制器41、發熱裝置42 和溫度傳感器43。溫度傳感器43將測定的箱體1內溫度傳輸至恒溫控制器41，恒溫控制器41根據預設的實驗溫度控制發熱裝置42工作狀態，進而調節箱體1內溫度。

圖1 低滲油藏自發滲吸驅油效率測量裝置示意圖

漏斗型容器7 上部采用細管結構，并在細管結構上設置有刻度，用于測量漏斗型容器7 中水的液面高度，當液面高度達到預先設定的刻度線以上，進行自然滲吸實驗。

4個水中含油分析儀11都采用插入式水中含油分析儀，經具塞裝置10 插入漏斗型容器7 中進行探測。

1.3 實驗方法

（1）根據稱重法測定由于水油密度差引起的巖心質量變化，計算巖心自吸進入的水的體積。具體實驗步驟如下:巖心先烘干、稱重（質量為mcore），巖心抽真空飽和油、稱重（質量為mo），然后將巖心安裝在巖心夾持器中，放置在含水的漏斗形容器中，液面高度達到預先設定的刻度線以上，在65℃下進行自然滲吸實驗，稱重（滲吸后的質量為m1）。計算機系統9根據測量到的巖心質量變化，按式（1）計算巖心飽和原油體積Vo，按式（2）計算巖心自吸進入的水的體積V新稱重法:

式中，Vo—巖心飽和原油體積，mL；mcore—巖心質量，g；V新稱重法—自吸進入巖心的水的體積，mL；ρw—水的密度，g/mL；ρo—油的密度，g/mL；mo—巖心飽和油后的質量，g；m1—巖心完成滲吸之后的質量，g。

（2）結合體積法測定裝置中巖心被驅替出的油的體積及水中含油的體積。具體地，觀測漏斗型容器內刻度管處油的體積V1，采用水中含油分析儀測定水中含油率，由水中含油率與容器中水的體積計算水中含油體積Vin，按式（3）計算自吸過程排出的油的體積Vo新體積法:

理論上假設油水兩相均為剛性流體，則采用稱重法計算出的巖心自吸進入的水的體積與體積法巖心被驅出的油的體積相等。由于兩種實驗方法均有誤差，認為兩個實驗結果的誤差小于3%（│Vo新體積法-Vo新重量法│/Vo新重量法＜3%）即取得了合理的實驗數據。

將兩種實驗方法得到的數據取平均值（式4），得到自吸排除油體積Vo排出:

由式（5）計算自吸驅油效率Et:

式中，Et—自吸驅油效率；Vo排出—自吸排出油的體積，mL；Vo—巖心飽和油體積，mL。

2 結果與討論

采用露頭圓柱砂巖巖心，測試了其自發滲吸驅油效率。巖心先經烘干后稱重為98.204 g，然后抽真空100%飽和實驗用油2.550 g。將巖心安裝在巖心支架上，進行自然滲吸實驗。滲吸過程為自吸水排油過程，用精密電子天平和數據采集系統相連，不間斷地對巖樣進行稱量，并記錄質量變化。由于水、油的密度差，巖樣吸水排油，因此質量逐漸增加。待巖心質量穩定后，數據采集系統顯示巖心質量為100.852 g，記錄漏斗型容器里面的油的體積為0.5 mL，并采用水中含油分析儀測定溶解于水中的含油率為0.24 g/L，容器水量為500 mL。

由式（1）計算巖心飽和原油體積Vo=2.55 g/（0.85 g/mL）=3.0 mL

由式（2）自吸進入的水的體積Vo新稱重法=（100.852-2.550-98.204）/（1-0.85）=0.653 mL

由式（3）計算自吸過程中排出油的體積Vo新體積法=0.5 mL+0.24 g/L×500 mL/（0.85 g/mL×1000 mL/L）=0.64 mL

理論上，體積法與稱重法得到的巖心自吸過程排出的油的體積與自吸進入水的體積應該相等，但是由于實驗誤差，造成結果有所差別。但是兩者誤差應小于3%，否則需要重新進行測定。

經計算，│Vo新體積法-Vo新重量法│/Vo新重量法=（0.653-0.64）/0.653=1.99%＜3%

因此，自吸過程排出的油的體積為:

最終，計算自吸驅油效率Et=0.6465 mL/3.0 mL×100%=21.55%。

3 結論

基于傳統體積法和稱重法，設計出一套低滲油藏自發滲吸驅油效率測量裝置及方法。該裝置將體積法和稱重法有效結合起來，實現了一組實驗同時得到體積法和稱重法兩種實驗結果，兩者相互驗證，提高數據合理性。并通過實驗驗證了該方法的可行性，提高了實驗結果的可靠性，對低滲透油藏自吸驅油效率的研究起到積極意義。