非常規(guī)致密儲層難動用油滲吸機理研究

＊王琰琛 肖聰

（1.勝利石油工程公司難動用項目管理中心 山東 257000 2.中國石油大學（北京）石油工程學院 北京 102249）

滲吸采油為油藏補充地層能量高效開發(fā)的重要方式，然而，多孔介質滲吸過程影響因素復雜，存在滲吸機理認識不夠明確等問題，因此，對滲吸影響因素展開深入研究并準確把握其規(guī)律，有助于提高致密儲層油氣采收率[1-2]。國內外相關專家學者對滲吸效果影響規(guī)律開展了大量研究，并取得了相關認識，但是認識規(guī)律及結論標準不一[3-4]。

包括實驗或理論方法在內的廣泛研究已被應用于研究油氣滲吸行為。Babadagli 等[5]通過進行驅替試驗，探討了潤濕性、初始含水飽和度、老化時間和采油率等各種因素與自發(fā)自吸的相互關系。通過進行實驗測試，C.U.Hatiboglu[6]通過表面活性劑溶液的自發(fā)吸收測量了不同巖石類型的石油采收率。研究發(fā)現(xiàn)，在天然裂縫油藏中，巖石和石油類型通過向鹽水中添加表面活性劑而降低的界面張力有助于油氣滲吸。為理解滲吸背后的基本機制，李繼山[7]使用粗粒分子動力學模擬了不同粗糙度的納米孔中流體的自發(fā)自吸，滲吸引起的流體流動是孔隙粗糙度和潤濕性的函數(shù)。彭昱強等人[8]研究表明，自滲吸與巖心樣品的物理性質相關，如巖心樣品中孔隙的結構和應力敏感性。Kathel 等[9]從孔隙尺度研究了自發(fā)自吸對石油采收率的影響。他們觀察到，由于自發(fā)的自吸作用，大孔隙中的石油更容易被開采，這占了石油開采的大部分。謝坤等[10]研究了自發(fā)自吸作用下油-水-巖系統(tǒng)中的流體流動。巖心樣品的孔隙結構顯著影響巖石孔隙中的流體流動，結果表明，不同孔隙的自吸對原油采收率的影響不同。

因此，在國內外滲吸效果因素研究的基礎上，以勝利難動用油藏地質特征和流體條件，研究了儲層基質滲透率、地層水礦化度、油水黏度比、油水界面張力和潤濕性對滲吸效果的影響，明確勝利難動用油藏滲吸可行性，為滲吸增效劑的研制提供依據(jù)。

1.實驗方法

實驗巖心：與目標儲層物性相似巖心（滲透率范圍0.5～2.0 mD）；實驗用水為模擬不同礦化度地層水：3000 mg·L-1、2500 mg·L-1、2000 mg·L-1和1500 mg·L-1；模擬油（2.0～3.0 mPa·s，65 ℃下）。氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、六水氯化鎂或無水氯化鎂、碳酸氫鈉均為分析純，用于配制不同礦化度地層水。

實驗裝備如圖1 所示，主要包括Sartorius 賽多利斯高精度天平（0.1 mg）、數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、燒杯和升降臺等組成、TX500c 油水界面張力儀、Kruss 油水固三相接觸角測量儀和Brookfield DVII 黏度計。

圖1 滲吸實驗裝備圖

實驗方法：采用靜態(tài)滲吸實驗方法，選取滲透率范圍為0.5～2.0 mD 的人造巖心，研究不同因素對滲吸規(guī)律的影響。實驗過程包括巖心制備、巖心孔滲數(shù)據(jù)測定、巖心自發(fā)吸水排油滲吸實驗及根據(jù)不同滲吸時刻的吸水排油量，可以計算得到不同時刻的滲吸采收率。

2.影響因素分析

(1)滲透率影響

根據(jù)滲吸實驗方法，在模擬溫度65 ℃和常壓條件下，地層水礦化度為3000 mg·L-1條件下，選取不同滲透率范圍（0.5～2.0 mD）的巖心，開展?jié)B透率對滲吸效果影響規(guī)律研究。

由表1 和圖2、圖3 可知，滲吸采收率與滲透率的相關性較差。根據(jù)滲吸特點判別方法，計算出的不同滲透率巖心滲吸條件下的反邦德數(shù)均遠大于5，滲吸類型為逆向滲吸，說明對于特低滲油藏滲吸采油，常壓下不考慮外部壓力情況時，不加入表面活性劑時，地層水滲吸條件下，滲吸動力主要由毛管力占主導。

表1 不同滲透率巖心的滲吸采收率和平均滲吸速率

圖2 不同滲透率巖心的滲吸采收率和平均滲吸速率

圖3 不同礦化度條件下巖心的滲吸采收率和平均滲吸速率

(2)礦化度影響

根據(jù)滲吸實驗方法，在模擬溫度65 ℃和常壓條件下，不同模擬地層水礦化度條件下，選取相同滲透率范圍物性相近的巖心，通過改變模擬滲吸地層水礦化度，研究礦化度對滲吸效果影響規(guī)律。

由表2 中可知，對于不同礦化度地層水條件，巖心滲吸過程中，隨著滲吸時間延長，滲吸采收率先迅速增加，后變緩直至穩(wěn)定。隨著滲吸時間延長，瞬時滲吸速率先增加后逐漸降低為0。隨著礦化度降低，滲吸速率增加，滲吸平衡時間降低，滲吸采出程度增加。在低礦化度水條件下，巖心與其接觸后，由于巖石表面的鈣離子降低，使得巖心孔隙中局部流體的pH值增加。巖石表面的帶電性、潤濕性等隨著pH 值的升高而改變，具體而言，巖石變得更加親水，變?yōu)閺娝疂瘢瑢е略疚皆陴ね恋V物表面的原油發(fā)生解吸附現(xiàn)象。由此得出，毛管自吸速率會隨著地層水礦化度的適當降低而提高，最終有助于增加油氣吸采收率。

表2 不同礦化度下巖心的滲吸采收率和平均滲吸速率

(3)界面張力影響

根據(jù)滲吸實驗方法，在模擬溫度65 ℃和常壓條件下，選取相同滲透率范圍物性相近的巖心，通過加入不同濃度的表面活性劑來調整油水界面張力，探究滲吸效果在不同油水界面張力下的變化規(guī)律及影響效果。根據(jù)不同時刻的不同油水界面張力下巖心滲吸采油量隨滲吸時間的變化關系，繪制出滲吸采收率隨時間的變化關系，實驗結果如表3、圖4 所示。

表3 不同界面張力下巖心的滲吸采收率和平均滲吸速率

圖4 不同界面張力下的滲吸采收率和平均滲吸速率的變化關系曲線圖

當油水界面張力不斷增加時，滲吸平衡時間也隨之增加，從而導致平均滲吸速率不斷降低，滲吸采收率增加。當界面張力低于1 mN·m-1時，采收率增加幅度降低，存在合理的界面張力范圍為0.01 mN·m-1至0.1 mN·m-1。油水界面張力降低，一方面能夠改善油滴流動情況，降低滲吸排油過程油滴通過孔喉的賈敏阻力效應，但另一方面降低滲吸動力毛管力，存在合理的界面張力范圍。

(4)潤濕性影響

將飽和油的親水巖心，模擬地層油中油藏溫度條件下進行老化，不同時間制備不同潤濕性的巖心，進行自發(fā)滲吸實驗研究，研究不同潤濕性下滲吸采收率。

由表4、圖5 可知隨著老化時間延長，模擬原油中重質組分極性物質的吸附巖心表面，巖心水濕程度減弱；巖心因水濕程度減弱，巖心滲吸平衡時間延長，平均滲吸速率降低，滲吸采收率降低。當潤濕性調控為中等水濕至強水濕范圍（潤濕接觸角30°至60°），滲吸采收率和滲吸速率均很高。

表4 不同潤濕巖心的滲吸采收率和平均滲吸速率

圖5 不同潤濕巖心的滲吸采收率和平均滲吸速率

3.結論

（1）對于滲透率范圍（0.5～2.0 mD）、地層水滲吸條件下，毛管力為滲吸主導動力。滲透率越低，毛管力越高，滲吸速率越高；但滲透率越低，油滴移動過程中的產生的賈敏效應阻力越高，因此，表現(xiàn)為滲吸采收率與滲透率的相關性較差。0.5～1.0 mD 滲透率的巖心滲吸速率和滲吸采收率要高于1.0～2.0 mD 滲透率的巖心，但在相同滲透率范圍巖心滲吸采收率規(guī)律性不強。

（2）隨著礦化度降低，滲吸平衡時間縮短，滲吸速率增加，滲吸采收率增加。

（3）隨著老化時間延長，模擬原油中重質組分極性物質的吸附巖心表面，巖心水濕程度減弱，巖心滲吸平衡時間延長，平均滲吸速率降低，滲吸采收率降低，當巖心潤濕性為中等水濕～強水濕（潤濕接觸角30～60 ℃）時，滲吸效果好。

（4）油水界面張力降低，滲吸平衡時間縮短，平均滲吸速率增加，滲吸采收率增加。當界面張力低于1 mN·m-1時，采收率增加幅度降低，存在合理的界面張力范圍為0.01 mN·m-1至0.1 mN·m-1。油水界面張力降低，一方面能夠改善油滴流動情況，降低滲吸排油過程油滴通過孔喉的賈敏阻力效應，但另一方面降低滲吸動力毛管力。