致密储层润湿性研究与应用

牟瑛顺 刘莉娜 房 萍 刘雪涛 鲁 娜 门晓园

（中国石油华北油田分公司第三采油厂 河北河间 062450）

致密储层润湿性研究与应用

牟瑛顺 刘莉娜 房 萍 刘雪涛 鲁 娜 门晓园

（中国石油华北油田分公司第三采油厂 河北河间 062450）

本文通过评价几种表活剂在储层温度和矿化度下的水稳定性并在富含粘土的砂岩上测量接触角，对储层岩心进行渗吸试验。结果表明：使用一定浓度的表活剂溶液可实现矿物板的润湿反转；通过在致密油湿或中性润湿砂岩岩心上进行的自发吸入试验获得较润湿反转前68%的渗吸增量；通过数值模拟进行的参数研究结果表明，原油回收率随着润湿性改变而显著变化，且与断裂密度和原油粘度相关。

渗吸；润湿性；表面活性剂；水稳性；数值模拟

由于水平井钻井技术及大规模水力压裂技术的快速发展，目前致密油藏已形成一套有效的早期开发模式。但总体上致密储层原始渗吸效率仍然低于10%。探索并掌握裂缝性致密油藏提高渗吸效率技术对目前致密油藏的高效开发是一个挑战：油相湿润且微裂缝发育的储层，通过注水回收效率非常低，因为原油很难通过自发渗吸而采出。该类储层中的原油的渗吸效率主要取决于基质的润湿性能。本文主要研究基于润湿性改变裂缝性致密油藏提高渗吸效率技术。

本文研究目的为在原油藏温度（设定为60℃）下找到可用于改变致密砂岩润湿性的表面活性剂。在油藏温度下，通过调节矿化度研究表活剂的水稳定性，并使用旋转液滴张力计在不同矿化度下测量原油-水界面张力。在粘土矿物上测量原油-表面活性剂溶液接触角。通过在两种不同矿化度下的渗吸实验定量测量表活剂的效果。

1 实验方法与准备

1.1 实验材料

本实验共测试了八种阴离子表面活性剂（A3、A4、A7、A8为内烯烃磺酸盐，A1、A2、A5、A6为醚硫酸盐）和三种非离子表面活性剂（N1、N2和N3）。地层盐水含有132g/L的溶解盐，详细组成见表1。接触角测试在石英矿物板上进行，并在具有0.01-0.1mD范围内的储层岩心上进行渗吸实验。

表1 地层卤水组成

1.2 接触角测量

测试在油藏温度（60℃）下具有水稳性的表活剂对石英板润湿性的改变。将老化后的石英板浸入表活剂溶液中，并观察接触角的变化至少2天。

图1 实验所用矿物板

图2显示浸没在渗吸瓶中的表活剂/盐水溶液中的方英石板上的油滴图片，表2给出接触角值。结果显示，非离子表面活性剂N1，N2和N3改变了接触角，但效果不明显。同时还观察到表活剂中乙氧基数量（最多在N3中，最少在N1中）与润湿接触角的减小量正相关的现象。

图2 浸没在表面活性剂/盐水溶液中的石英板上的原油滴

表2 接触角结果

2 自发吸入实验

为检测阴离子表活剂的实际效果，现将使石英板的润湿性发生反转的表活剂用于致密岩心的渗吸实验。将老化岩心置于由充满盐水与表活剂的渗吸瓶中。总计进行十次渗吸实验，所使用的岩心物性、流体性质及实验结果如表3所示。

表3 岩心自发渗吸结果列表

图3显示了十次自发吸入实验的采收率与时间的关系曲线。其中无表活剂的实验得到了最低的采收率，为15%，而随着水相在岩心孔隙内的饱和度上升，渗吸速率逐渐降低，且原油渗吸效率的初始速率在不同组之间变化显著。

图3 自发渗吸的原油回收率

3 数值模拟实验

3.1 参数界定

在前人的研究中，有些学者提出了针对表活剂性质进行参数分析的数值模拟分析框架，以便在室内试验之后对表活剂参数进行更加广泛的分析。通过MATLAB编程，并使用3D有限体积、两相、四分量隐式数值方案编制出一套数值模拟分析程序。

这里假设毛细管压力是饱和度的函数，且符合幂律模型。

3.2 单因素分析

为了比较岩心尺度的数值模拟与室内渗吸结果，验证程序的可靠性，进行数值模拟实验，分别分析了润湿性改变程度、裂缝间距和原油粘度对原油渗吸采收率及渗吸速率的影响。

图4 渗吸效率单因素分析数值模拟

图4a显示了数值模拟和表3实验2数据之间的比较关系。模拟结果与实验数据具有良好的匹配性。

通过将接触角从150°的初始值变化到90°（中性湿润）、88°（轻微水湿）、75°（水湿），直至60°（强水湿），研究润湿性改变对原油回收率的影响。由数模结果同样观察到随着岩心水湿程度的增加，渗吸效率增加，如图4b所示。

图4c示出了通过改变裂缝间隔获得的模拟结果，分别对应1倍、2倍、5倍、及10倍岩心直径。结果表明，随着裂缝间距的增大和流体的运移距离增加，原油回收率降低。图4d显示了原油粘度对渗吸采收率的影响。结果显示原油采收率随粘度的增加而降低。

4 结论

（1）阴离子表活剂较非离子表活剂更能改变岩心润湿性。且在阴离子表活剂中，内烯烃磺酸盐比醚硫酸盐显示出更好的水稳定性。

（2）阴离子表面活性剂的界面张力随着矿化度的增加而降低，这是由于矿化度的增加导致表活剂离子与盐离子在水中存在配位竞争。

（3）当岩心润湿性由中性润湿变为弱水湿时，由于渗吸过程是在毛管力驱动下逆流吸收，润湿接触角的轻微变化也能显著提高渗吸采收率。

（4）数值模拟的实验结果表明，原油渗吸采收率与孔隙表面的水湿程度、裂缝密度正相关，与原油粘度负相关，且缝密度的改变对渗吸采收率的影响程度要高于原油粘度的改变

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