挪威大学提出“岩心驱油”反应动力学的新方法

挪威斯塔万格（Stavanger）大学油藏工程系教授，近期提出用于井下或实验室油藏研究岩心驱替的反应动力学新方法。

当不同成分活性盐水充满岩心，注入盐水的速率会有规律地变化。而每种盐水成分组合都达到稳定状态，此时驱替出的液体浓度已不再随时间显著变化。教授还提出了关井试验方式，即盐水与岩心静态反应一段时间之后，再被驱替出岩心。所谓反应动力学，是各种物理化学条件对反应速率的影响。教授提出的方法核心，一是岩心被不同成分的活性盐水驱替后，其注入速率会有规律地变化；二是由于每次实验的驱替组合都进行到盐水到稳定状态，而此时流出物浓度不再随时间发生显著变化；三是较低的注入速率给予盐水更多的反应时间。

教授建议采用关井试验，其中盐水与岩心静态反应一段时间，然后将盐水冲洗出来。操作人员将盐水停留时间和产出盐水成分，与驱油实验进行了比较。教授这一实验方案设计，可以利用单个岩心来找出油藏反应动力学的特性。同时，也可以开展有效地实验建模与拟合。教授介绍，做法依据是随着时间延长，液体趋于平衡；操作人员掌握的稳态数据可直接与注入岩心的盐水相比较，故并不需要专门进行整体动态实验的空间与时间建模。

挪威实验室研究过程表明，每个稳态数据点表示有助于约束参数选择的不同信息。反应动力学可以预测平衡状态，以及达到平衡所需的时间。由于需要找到耦合解的空间分布，考虑色散增加了复杂性，并且当获得动力学的第一估计时，建议将其作为第二步。研发人员认为，虽然存在一些不足，但此方法仍然比全动态模拟实验有效得多。

在实验过程中，研发人员在100-130摄氏度（北海储层温度）条件下，将0.0445和0.219mol/L MgCl2注入不同岩心，例如Stevns-Klint（丹麦）和堪萨斯（美国）白垩中进行实验。注入速率从每天0.25-16孔隙体积（PV/D）不等。与此相对照，关井试验提供的当量速率低至1/28 PV/D。

斯塔万格大学实验结果表明，实验过程中产生Ca2+离子，保留了Mg2+离子，分别与方解石溶解和菱镁石沉淀有关。这以类似置换的方式发生，其中Ca的增加与Mg2+的损失相似。基于此替代的简单反应动力学模型，具有3个独立的调节参数（速率系数、反应级数和平衡常数）。此外，与平流一起实现，以在说明注入成分、注入速率和反应动力学参数时解析计算稳态流出物浓度。

油藏工程系科研人员通过调整反应动力学参数，有效地拟合了实验稳态数据。确定每个岩芯的参数相对准确。敏感性分析说明了反应参数、孔隙速度和分散的作用。所确定的反应动力学，可以成功地预测储层白垩和露头白垩中的化学相互作用，其中包含有强水湿或混合湿状态的原油。教授认为，稳态方法允许高效率计算的拟合，即使对象是复杂的反应动力学。技术人员使用PHREEQC软件中的综合地球化学描述，通过拟合稳态浓度变化，并且作为（停留）时间函数，以确定方解石和菱镁矿矿物反应的动力学状态。

科研人员利用模拟器预测表明，当镁发生损失时，开始产生钙，而且数量几乎相同。而操作人员运用地球化学软件预测的方解石在MgCl2中的溶解度，远高于在100-130摄氏度下观察到的Stevns-Klint（丹麦）和堪萨斯（美国）。

此方法通常支持“反应流”建模。需要说明的是，对于含油白垩储层，该储层在润湿性和岩石强度方面，对实验过程中的注入的海水具有化学敏感性。