不同水淹速度下的渗吸实验研究

魏铭江，唐海，吕栋梁，韦颖

（西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都610500）

油气工程

不同水淹速度下的渗吸实验研究

魏铭江，唐海，吕栋梁，韦颖

（西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都610500）

水自发渗入基质岩块从而驱替出其中的油是天然裂缝性油藏提高采收率的重要机理。油藏岩心的室内实验测试发现因自然渗吸产生的渗吸采收率对评估油藏动态具有重要作用。当前大部分室内渗吸实验都是水淹程度不变的情况下进行的，而在实际油藏生产过程中，油水界面是不断上升的，导致之前所处油环境中的基质岩块被水所包围，引起自然渗吸过程中渗吸接触面的变化。文章基于水自发渗入饱和了模拟油的砂岩系统，对不同水淹速度下的自然渗吸进行了实验研究。研究发现水淹速度的快慢对早期渗吸驱油效率以及最终的渗吸采收率具有重要影响。水淹速度过快，早期的渗吸采油效率较高，最终采收率较低；水淹速度越慢，早期采油效率较低，但最终采收率较高。

裂缝性油藏；自然渗吸；采收率；浮力

在多孔介质中，润湿相流体依靠毛管压力作用自发进入岩石孔隙，将其中的非润湿相流体驱出的过程称为自然渗吸［1-3］。而关于自然渗吸采收率的研究是过去几十年来多孔介质多相流研究之中的热门领域。

自然渗吸作用的影响因素很多，而主要的影响因素有岩石自身属性［4-7］（如渗透率、孔隙度、润湿性等）、流体性质［8-11］（油水粘度比、油水界面张力、pH值、矿化度等）以及温度、压力、岩心边界条件［12］等。许多专家学者都曾针对不同的影响因素做了大量的研究，但针对动态边界条件下的自然渗吸研究还鲜有所闻，因此开展了不同水淹速度和水淹程度对渗吸影响规律的实验研究。

为了模拟实际油藏生产条件下，油水界面的上升对渗吸作用的影响，设计了不同水淹速度下的自然渗吸实验。

1　实验方法

1.1实验仪器与样品

实验仪器：一套自制的自然渗吸实验记录仪（包括电脑、恒温箱、电子天平、恒温水浴、水槽、流速控制阀等），实验装置简图（见图1）。

实验岩样：人造亲水性砂岩岩心，基本参数（见表1）。

实验油样：由地层原油与煤油配制而成，在40℃的粘度为2.7 mPa·s。

实验水样：人造地层水，水型为Na2SO4型，矿化度9 554 mg/L。

图1　实验装置简图

表1　实验用岩心基本参数

1.2不同水淹速度下的自然渗吸实验

选用两块渗透率差异较大的人造砂岩岩心，在3种不同水淹速度（即油水界面上升速度，分别为每上升1 cm需要400 min、600 min、800 min）下进行了自然渗吸实验，共计6组实验。

岩心经烘干后称重，再抽空饱和实验用油，老化48 h之后计量饱和岩心的质量。将岩心悬于电子天平之下，浸没于装有油样的水槽，打开恒温箱开关及恒温水浴，待温度都达到40℃。打开流速控制阀，将水样送入水槽底部。油水界面快接近岩心底部时，按实验设计方案调节流速控制阀将水淹速度控制到一定值进行自然渗吸实验。待油水界面与岩心底部开始接触时，打开电脑不间断地记录饱和岩样的质量变化，直到油水界面完全越过岩心顶端时停止记录。将岩心取出清洗干净，重复之前的步骤，在另一水淹速度下进行实验，直至完成所有实验内容。

1.3实验过程中的浮力校正

随着油水界面的不断上升，环绕岩心的油被不断上升的水所取代，油水之间密度差的存在将导致岩心所受的浮力不断增大。浮力的变化值也会引起天平读数的改变，从而被电脑录入。并且相较于岩心中因油水置换所引起的质量变化，浮力的变化值更大，是不容忽视的。所以，在利用记录的数据计算渗吸采收率时，必须优先排除掉浮力的影响，否则得出的结果是不可信的。

以岩心受力平衡为基础，推导了浮力影响下的自然渗吸采收率计算公式。对两个不同时刻的岩心受力情况作了分析，以N表示不同时刻天平所提供的拉力，F表示不同时刻岩心所受到的浮力，Gγ表示干岩心的重力，Go表示不同时刻岩心中所含油的重力，GW表示不同时刻岩心中所含水的重力。

因此，可以导出以下两式：

两式相减然后两边同时除以重力加速度，可以得出被驱出的油的体积B2为：

式中：ωn－ωm为tn－tm时间段内的天平读数差值，g； D为岩心直径，cm；v为水淹速度，cm·min-1；L为岩心长度，cm；Φ为孔隙度，1；SWi为束缚水饱和度，1；R为渗吸采收率，1。

2　结果与讨论

（1）两块岩心在不同水淹速度下的自然渗吸实验数据满足于Handy模型［13］（见图2）。在渗吸前缘到达不流动边界之后，渗吸采收率的变化值已不足1%。而在这之前，渗吸采收率与时间的0.5次方呈线性关系。这表明在不同水淹速度下的自然渗吸实验过程中，毛管压力梯度约等于pc/x，水驱油的过程则近似于活塞式驱油。

图2　渗吸采收率与时间的0.5次方的关系图（a：BA-1，b：BA-2）

（2）渗透率2.53×10-3μm2的砂岩岩心，其数值在12.8%～15.4%；而渗透率为18.79×10-3μm2的砂岩岩心，其渗吸采收率在31.2%～36.4%，渗吸采收率与渗吸时间的关系（见图3）。

图3　渗吸采收率与渗吸时间关系图（a：BA-1，b：BA-2）

（3）同一块岩心在不同水淹速度下，其渗吸采收率不同。水淹速度最快的岩心，渗吸接触面快速增大，早期渗吸速度最快；但是其最终采收率最低，渗吸前缘最快达到不流动边界。相反，水淹速度最慢的岩心，其早期渗流速度最慢，但是在渗吸中期，渗吸作用面增大到一定程度时，其渗吸速度突然上升，加快了渗吸进程，3结论

其渗吸采收率最高。

（1）设计了不同水淹速度下的自然渗吸实验装置及实验方案，模拟了不同水淹速度对自然渗吸的影响，达到了较好的效果。

（2）推导了不同水淹速度下的自然渗吸采收率计算公式，修正了浮力的影响。

（3）水淹速度过快，早期的渗吸采油效率较高，但是最终采收率较低；水淹速度越慢，最终采收率较高，但是早期采油效率较低。因此对于油田来说，合理控制水淹速度可以提高油田的渗吸采油效率。

［1］蔡建超，郁伯铭.多孔介质自发渗吸研究进展［J］.力学进展，2012，42（6）：735-754.

［2］Takahashi，S.，Kovscek，A.R.Wettability Estimation of Lowpermeability，Siliceous Shale Using Surface Forces［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2010，75：33－43.

［3］李士奎，刘卫东，张海琴，等.低渗透油藏自发渗吸驱油实验研究［J］.石油学报，2007，28（2）：109-112.

［4］孙仁远，马自超，张建山，等.蒸汽驱对低渗透稠油油藏岩心润湿性的影响［J］.特种油气藏，2013，20（6）：69-71.

［5］周凤军，陈文明.低渗透岩心渗吸实验研究［J］.复杂油气藏，2009，2（1）：54-56.

［6］陈淦，宋志理.火烧山油田基质岩块渗吸特征［J］.新疆石油地质，1994，15（3）：268-275.

［7］王锐，岳湘安，尤源，等.裂缝性低渗油藏周期注水与渗吸效应实验［J］.西安石油大学学报，2007，22（6）：56-59.

［8］Bigui，Qing，C.，Caiyun，Y.Wettability determined by capillary rise with pressure increase and hydrostatic effects［J］.J.Colloid Interface Sci，2010，376：307－311.

［9］李爱芬，凡田友，赵琳.裂缝性油藏低渗透岩心自发渗吸实验研究［J］.油气地质与采收率，2011，18（5）：67-69.

［10］王家禄，刘玉章，陈茂谦，等.低渗透油藏裂缝动态渗吸机理实验研究［J］.石油勘探与开发，2009，36（1）：86-90.

［11］朱维耀，鞠岩，赵明，等.低渗透裂缝性砂岩油藏多孔介质渗吸机理研究［J］.石油学报，2002，23（6）：56-59.

［12］Yildiz，H.O.，Melih G.，Cesur，Y.Effect of Shape Factor，Characteristic Length，and Boundary Conditions on Spontaneous Imbibition［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2006，53：158－170.

［13］Handy L L.Determination of effective capillary pressuresfor porous media from imbibition data［J］.Pet.Trans.AIME，1960，219：75-80.

The research of experimental about different flooding velocity on imbibition

WEI Mingjiang，TANG Hai，LV Dongliang，WEI Ying
（Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China）

Water imbibes into matrix block and displace the oil is an important mechanism to improve recovery rate of naturally fractured reservoirs.Small-scale laboratory tests on reservoir rock samples show that spontaneous imbibition becomes crucial in estimating field behavior according to oil recovery by imbibition performance.Nowadays most of the indoor infiltration absorption experiment was conducted under the condition of invariable watered-out degree，and in the actual production process，the reservoir oil-water interface is rising，causing oil environment before the matrix block is surrounded by water，causing natural permeability permeability in the process of the change of the contact surface absorption.Based on spontaneous infiltration water saturated system，simulation of the oil sandstone under differ－ent water velocity on the natural infiltration absorption of experimental research.The study found that the water speed of early infiltration absorb oil displacement efficiency，and ultimately permeability recovery has an important influence.Water too fast，early permeability oil absorption efficiency is higher，the final recovery efficiency is low.Early flooded the slower speed，production efficiency is low，but the final recovery efficiency is higher.

fractured reservoir；spontaneous imbibition；imbibition recovery；buoyancy

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.03.005

TE311

A

1673-5285（2015）03-0020-04

2015－01-23

国家科技重大专项（十二五）“复杂裂缝性碳酸盐岩油田开发关键技术”，项目编号：2008ZX05014-004。

魏铭江，男（1989-），四川大邑人，西南石油大学硕士研究生，从事油藏工程理论与方法方面的研究工作，邮箱：weimj@qq.com。