非常规致密储层难动用油渗吸机理研究

＊王琰琛 肖聪

（1.胜利石油工程公司难动用项目管理中心 山东 257000 2.中国石油大学（北京）石油工程学院 北京 102249）

渗吸采油为油藏补充地层能量高效开发的重要方式，然而，多孔介质渗吸过程影响因素复杂，存在渗吸机理认识不够明确等问题，因此，对渗吸影响因素展开深入研究并准确把握其规律，有助于提高致密储层油气采收率[1-2]。国内外相关专家学者对渗吸效果影响规律开展了大量研究，并取得了相关认识，但是认识规律及结论标准不一[3-4]。

包括实验或理论方法在内的广泛研究已被应用于研究油气渗吸行为。Babadagli 等[5]通过进行驱替试验，探讨了润湿性、初始含水饱和度、老化时间和采油率等各种因素与自发自吸的相互关系。通过进行实验测试，C.U.Hatiboglu[6]通过表面活性剂溶液的自发吸收测量了不同岩石类型的石油采收率。研究发现，在天然裂缝油藏中，岩石和石油类型通过向盐水中添加表面活性剂而降低的界面张力有助于油气渗吸。为理解渗吸背后的基本机制，李继山[7]使用粗粒分子动力学模拟了不同粗糙度的纳米孔中流体的自发自吸，渗吸引起的流体流动是孔隙粗糙度和润湿性的函数。彭昱强等人[8]研究表明，自渗吸与岩心样品的物理性质相关，如岩心样品中孔隙的结构和应力敏感性。Kathel 等[9]从孔隙尺度研究了自发自吸对石油采收率的影响。他们观察到，由于自发的自吸作用，大孔隙中的石油更容易被开采，这占了石油开采的大部分。谢坤等[10]研究了自发自吸作用下油-水-岩系统中的流体流动。岩心样品的孔隙结构显著影响岩石孔隙中的流体流动，结果表明，不同孔隙的自吸对原油采收率的影响不同。

因此，在国内外渗吸效果因素研究的基础上，以胜利难动用油藏地质特征和流体条件，研究了储层基质渗透率、地层水矿化度、油水黏度比、油水界面张力和润湿性对渗吸效果的影响，明确胜利难动用油藏渗吸可行性，为渗吸增效剂的研制提供依据。

1.实验方法

实验岩心：与目标储层物性相似岩心（渗透率范围0.5～2.0 mD）；实验用水为模拟不同矿化度地层水：3000 mg·L-1、2500 mg·L-1、2000 mg·L-1和1500 mg·L-1；模拟油（2.0～3.0 mPa·s，65 ℃下）。氯化钠、氯化钾、氯化钙、六水氯化镁或无水氯化镁、碳酸氢钠均为分析纯，用于配制不同矿化度地层水。

实验装备如图1 所示，主要包括Sartorius 赛多利斯高精度天平（0.1 mg）、数据自动采集系统、控温系统、烧杯和升降台等组成、TX500c 油水界面张力仪、Kruss 油水固三相接触角测量仪和Brookfield DVII 黏度计。

图1 渗吸实验装备图

实验方法：采用静态渗吸实验方法，选取渗透率范围为0.5～2.0 mD 的人造岩心，研究不同因素对渗吸规律的影响。实验过程包括岩心制备、岩心孔渗数据测定、岩心自发吸水排油渗吸实验及根据不同渗吸时刻的吸水排油量，可以计算得到不同时刻的渗吸采收率。

2.影响因素分析

(1)渗透率影响

根据渗吸实验方法，在模拟温度65 ℃和常压条件下，地层水矿化度为3000 mg·L-1条件下，选取不同渗透率范围（0.5～2.0 mD）的岩心，开展渗透率对渗吸效果影响规律研究。

由表1 和图2、图3 可知，渗吸采收率与渗透率的相关性较差。根据渗吸特点判别方法，计算出的不同渗透率岩心渗吸条件下的反邦德数均远大于5，渗吸类型为逆向渗吸，说明对于特低渗油藏渗吸采油，常压下不考虑外部压力情况时，不加入表面活性剂时，地层水渗吸条件下，渗吸动力主要由毛管力占主导。

表1 不同渗透率岩心的渗吸采收率和平均渗吸速率

图2 不同渗透率岩心的渗吸采收率和平均渗吸速率

图3 不同矿化度条件下岩心的渗吸采收率和平均渗吸速率

(2)矿化度影响

根据渗吸实验方法，在模拟温度65 ℃和常压条件下，不同模拟地层水矿化度条件下，选取相同渗透率范围物性相近的岩心，通过改变模拟渗吸地层水矿化度，研究矿化度对渗吸效果影响规律。

由表2 中可知，对于不同矿化度地层水条件，岩心渗吸过程中，随着渗吸时间延长，渗吸采收率先迅速增加，后变缓直至稳定。随着渗吸时间延长，瞬时渗吸速率先增加后逐渐降低为0。随着矿化度降低，渗吸速率增加，渗吸平衡时间降低，渗吸采出程度增加。在低矿化度水条件下，岩心与其接触后，由于岩石表面的钙离子降低，使得岩心孔隙中局部流体的pH值增加。岩石表面的带电性、润湿性等随着pH 值的升高而改变，具体而言，岩石变得更加亲水，变为强水湿，导致原本吸附在黏土矿物表面的原油发生解吸附现象。由此得出，毛管自吸速率会随着地层水矿化度的适当降低而提高，最终有助于增加油气吸采收率。

表2 不同矿化度下岩心的渗吸采收率和平均渗吸速率

(3)界面张力影响

根据渗吸实验方法，在模拟温度65 ℃和常压条件下，选取相同渗透率范围物性相近的岩心，通过加入不同浓度的表面活性剂来调整油水界面张力，探究渗吸效果在不同油水界面张力下的变化规律及影响效果。根据不同时刻的不同油水界面张力下岩心渗吸采油量随渗吸时间的变化关系，绘制出渗吸采收率随时间的变化关系，实验结果如表3、图4 所示。

表3 不同界面张力下岩心的渗吸采收率和平均渗吸速率

图4 不同界面张力下的渗吸采收率和平均渗吸速率的变化关系曲线图

当油水界面张力不断增加时，渗吸平衡时间也随之增加，从而导致平均渗吸速率不断降低，渗吸采收率增加。当界面张力低于1 mN·m-1时，采收率增加幅度降低，存在合理的界面张力范围为0.01 mN·m-1至0.1 mN·m-1。油水界面张力降低，一方面能够改善油滴流动情况，降低渗吸排油过程油滴通过孔喉的贾敏阻力效应，但另一方面降低渗吸动力毛管力，存在合理的界面张力范围。

(4)润湿性影响

将饱和油的亲水岩心，模拟地层油中油藏温度条件下进行老化，不同时间制备不同润湿性的岩心，进行自发渗吸实验研究，研究不同润湿性下渗吸采收率。

由表4、图5 可知随着老化时间延长，模拟原油中重质组分极性物质的吸附岩心表面，岩心水湿程度减弱；岩心因水湿程度减弱，岩心渗吸平衡时间延长，平均渗吸速率降低，渗吸采收率降低。当润湿性调控为中等水湿至强水湿范围（润湿接触角30°至60°），渗吸采收率和渗吸速率均很高。

表4 不同润湿岩心的渗吸采收率和平均渗吸速率

图5 不同润湿岩心的渗吸采收率和平均渗吸速率

3.结论

（1）对于渗透率范围（0.5～2.0 mD）、地层水渗吸条件下，毛管力为渗吸主导动力。渗透率越低，毛管力越高，渗吸速率越高；但渗透率越低，油滴移动过程中的产生的贾敏效应阻力越高，因此，表现为渗吸采收率与渗透率的相关性较差。0.5～1.0 mD 渗透率的岩心渗吸速率和渗吸采收率要高于1.0～2.0 mD 渗透率的岩心，但在相同渗透率范围岩心渗吸采收率规律性不强。

（2）随着矿化度降低，渗吸平衡时间缩短，渗吸速率增加，渗吸采收率增加。

（3）随着老化时间延长，模拟原油中重质组分极性物质的吸附岩心表面，岩心水湿程度减弱，岩心渗吸平衡时间延长，平均渗吸速率降低，渗吸采收率降低，当岩心润湿性为中等水湿～强水湿（润湿接触角30～60 ℃）时，渗吸效果好。

（4）油水界面张力降低，渗吸平衡时间缩短，平均渗吸速率增加，渗吸采收率增加。当界面张力低于1 mN·m-1时，采收率增加幅度降低，存在合理的界面张力范围为0.01 mN·m-1至0.1 mN·m-1。油水界面张力降低，一方面能够改善油滴流动情况，降低渗吸排油过程油滴通过孔喉的贾敏阻力效应，但另一方面降低渗吸动力毛管力。