低滲透油藏滲吸采油主控因素

李俠清，張 星，盧占國，宋 菲，宋志東，馮 震，張 磊

（中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營 257000）

低滲透油藏通常需要通過壓裂改造的方式來實現(xiàn)高效開發(fā)，壓裂改造后儲層中形成了裂縫-基質(zhì)共存的雙重介質(zhì)滲流系統(tǒng)，由于裂縫與基質(zhì)巖石之間滲透率相差較大，在注水開發(fā)過程中注入水易沿著高滲透率裂縫流動，造成水竄，影響水驅(qū)效率。

近年來，利用滲吸作用提高低滲透油藏采收率已成為中外的研究熱點之一［1-7］。其主要原理是在高含水率條件下，基于低滲透油藏的孔喉小、裂縫發(fā)育良好的特點，利用以毛管壓力為主要驅(qū)替動力的滲吸作用，增強裂縫與巖石基質(zhì)間的油水交換能力，從而提高基質(zhì)中原油動用程度［8-10］。影響滲吸采油效率的因素較為復雜，巖石物性特征（長度、滲透率和潤濕性等）、流體性質(zhì)（密度、黏度和油水界面張力）及邊界條件（裂縫條數(shù)、端面開啟位置）等因素，會影響滲吸速率和滲吸孔隙體積，使得滲吸規(guī)律存在差異［11-15］。針對滲吸采油規(guī)律及主控因素認識不清的問題，通過系統(tǒng)評價儲層特性、流體性質(zhì)和邊界條件等因素對滲吸速率和滲吸采收率的影響，明確巖石自發(fā)滲吸排油的基本規(guī)律；使用灰色關聯(lián)分析法對各影響因素進行權重分析，以確定滲吸采油的主控因素。

1 實驗器材及方法

1.1 實驗器材

實驗儀器主要包括：高溫高壓滲吸儀（配套長管滲吸瓶及恒溫裝置）、TX-500 界面張力測試儀、ABP-186覆壓孔滲儀。

實驗用油為勝利油田某區(qū)塊脫水原油，20 ℃時密度為0.865 g/cm3，黏度為9.736 mPa·s。實驗用水為該區(qū)塊過濾地層水，其總礦化度為10 132 mg/L，氯離子質(zhì)量濃度為4 060 mg/L，水型為NaHCO3型。實驗巖心為該區(qū)塊天然砂巖巖心。實驗用試劑主要包括OP-10表面活性劑和RS系列潤濕轉(zhuǎn)換劑。

1.2 實驗方法

通過觀察和記錄滲吸瓶內(nèi)不同時刻通過滲吸作用排出原油的體積，計算不同時刻的滲吸采收率［16-17］。實驗步驟主要包括：①將巖心編號并測量各個巖心的幾何尺寸。②用覆壓孔滲儀測得各巖心的孔隙度和滲透率。③將巖心清洗晾干后，放入80 ℃的烘箱中進行烘干處理，取出冷卻后稱重。④抽真空飽和水并稱重。⑤將巖心飽和原油，稱量驅(qū)替前后巖心質(zhì)量，根據(jù)油水密度差，計算巖心吸油體積。⑥配制好滲吸液，將巖心表面原油拭凈，放入滲吸瓶中迅速裝滿滲吸液，開始計時，每隔1 h 記錄一次滲吸瓶中原油的體積，直到體積讀數(shù)不再發(fā)生變化為止，計算滲吸采收率［18］。其計算式為：

2 滲吸采收率影響因素

2.1 巖心滲透率

選取3 塊長度相近、滲透率不同的巖心進行滲吸實驗，結(jié)果（圖1）表明，滲透率越大，滲吸采收率越小，相同時間內(nèi)的滲吸采收率越低，滲吸速率越小。有的學者認為巖心滲透率越高越有利于滲吸［19］。造成這區(qū)別的原因在于，滲透率越高，依靠毛管壓力自吸排出的原油體積增大，但由于高滲透巖心含油飽和度更高，因此折算后的滲吸采收率卻并不高。3塊巖心孔喉半徑的測量結(jié)果（表1）表明，滲透率主要通過孔喉半徑影響滲吸采收率：隨著滲透率的降低，巖石孔喉半徑減小，毛管壓力增大，滲吸采收率增大。

圖1 不同滲透率的巖心滲吸采收率曲線Fig.1 Curves of imbibition recovery under different permeability

表1 巖心基本物性參數(shù)Table1 Basic physical parameters of cores

2.2 巖心長度

不同巖心長度下低滲透油藏滲吸采收率曲線和滲吸速率（曲線段斜率即為滲吸速率）曲線（圖2）表明，長度為2.54 cm的巖心約需22 h完成滲吸采油過程，長度為8.09 cm的巖心需63 h才能完成滲吸采油過程，后者巖心長度約為前者的3.2 倍，后者滲吸完成時間約為前者的2.9 倍，但滲吸采收率均約為30%。說明巖心長度對滲吸速率影響更為明顯，而對最終滲吸采收率影響較小。其原因為，巖心長度并不影響孔隙大小，也不會影響毛管壓力，即不會影響到滲吸動力，實驗巖心長度較短，毛管壓力能滿足巖心自發(fā)滲吸所需動力，不會存在滲吸無法作用的區(qū)域，因此，最終滲吸采收率相差較小。由于毛管壓力不隨巖心長度的改變而改變，在相同毛管壓力下，巖心長度越長，巖心中原油滲吸速率越慢。

圖2 不同長度巖心的滲吸采收率曲線Fig.2 Curves of imbibition recovery factor with different core lengths

在實際地層中，裂縫發(fā)育情況越好，滲吸距離越短，滲吸速率和滲吸采收率越大。因此，在低滲透油藏的開發(fā)中，加強儲層的縫網(wǎng)改造技術或者加大水平井的利用能夠有效提高滲吸作用在低滲透油藏中的利用，有利于有效動用程度和采收率的提高［20］。

2.3 油藏溫度

由不同溫度下低滲透巖心滲吸采收率曲線（圖3）可以看出：當溫度為30 ℃，滲吸采收率為22%；當溫度升高至80 ℃，滲吸采收率為32.4%，說明隨著溫度升高，低滲透油藏滲吸采收率增大。這是因為，溫度升高，會使?jié)B吸過程中多個參數(shù)發(fā)生變化。一是巖石骨架發(fā)生形變，使得孔隙毛管半徑減小，毛管壓力增大，滲吸動力增強，滲吸作用加強；二是巖石親水性增強，在孔隙中的原油更容易被采出；三是原油黏度下降，其流動能力增強。

圖3 不同溫度下巖心的滲吸采收率曲線Fig.3 Curves of imbibition recovery factor at different temperatures

2.4 端面開啟位置

不同端面開啟位置下巖心滲吸采收率曲線（圖4）表明，當巖心兩端開啟時，滲吸采收率大于巖心周圍開啟滲吸采收率，這是因為巖心開啟面位置影響了滲吸流動方向。兩端開啟時，發(fā)生同向滲吸，在重力輔助作用下，地層水自巖心底部端面向頂部滲吸，驅(qū)替原油從巖心頂面排出。周圍開啟時，發(fā)生逆向滲吸，地層水自側(cè)向吸入，又自側(cè)向排出。相對而言，同向滲吸比逆向滲吸排驅(qū)效率更高。因此，在低滲透油藏開發(fā)中，通過水平井以及多分支水平井，人為加大上下開啟面，增大油水接觸面積，當注入水通過水平段時，水沿裂縫在重力作用下移動，油層滲吸作用增強，從而提高低滲透油藏采收率。

圖4 不同端面開啟位置巖心的滲吸采收率曲線Fig.4 Curves of imbibition recovery factor under different boundary conditions

2.5 油水界面張力

配制含有不同質(zhì)量分數(shù)的OP-10 表面活性劑溶液，分析油水界面張力對低滲透巖心采收率的影響。結(jié)果（表2）表明：隨著油水界面張力減小，滲吸采收率增大。油水界面張力主要是通過兩方面提高滲吸采收率：一是通過增大毛管壓力，提高水相對油相的驅(qū)動作用；二是通過提高原油形變能力，使其易于通過細小孔喉。

表2 油水界面張力對滲吸采收率影響Table2 Influence of oil-water interfacial tension on imbibition recovery

2.6 巖心潤濕性

使用RS系列潤濕轉(zhuǎn)換劑處理巖心，改變巖心潤濕性，測定不同潤濕條件下巖心的滲吸采收率。由實驗結(jié)果（表3）可以看出，巖心越親水，滲吸采收率越高。這是因為，巖心親水性越強，相同界面張力下，毛管壓力越大，水相更易被巖心吸入，巖心中的原油越容易被水置換出來。

表3 潤濕性對滲吸采收率影響Table3 Influence of wettability on imbibition recovery

2.7 裂縫條數(shù)

由圖5可以看出，隨著裂縫條數(shù)的增多，滲吸采收率增大。這是因為，裂縫越多，能夠發(fā)生滲吸作用的區(qū)域越多，滲吸液可以通過裂縫進入到巖石基質(zhì)中，將基質(zhì)中的原油驅(qū)替出來，提高滲吸作用的強度。其次，巖心中的裂縫數(shù)量越多，巖心內(nèi)各小巖塊的體積越小，油滴很容易被驅(qū)替到裂縫中，降低了滲吸阻力，從而提高滲吸效率。

圖5 不同裂縫條數(shù)下巖心的滲吸采收率曲線Fig.5 Curves of imbibition recovery factor with different numbers of fractures

3 基于灰色關聯(lián)的影響因素權重分析

在定性分析各影響因素對滲吸采收率影響的基礎上，利用灰色關聯(lián)分析法對各影響因素進行權重分析，總結(jié)各因素對低滲透油藏滲吸規(guī)律的影響?；疑P聯(lián)分析法適用于實驗數(shù)據(jù)總量少的情況，具有分析過程簡單、分析結(jié)果準確性高等特點。主要通過以下5個步驟來確定各因素權重。

第1 步，確定分析數(shù)列。對低滲透油藏滲吸規(guī)律進行分析，確定滲吸采收率為因變量，影響因素為自變量。按照這個要求將實驗數(shù)據(jù)組成相應的數(shù)列。滲吸采收率構(gòu)成參考數(shù)列，影響因素構(gòu)成比較數(shù)列。參考數(shù)列和比較數(shù)列的表達式分別為：

第2 步，無量綱化數(shù)據(jù)處理。由于系統(tǒng)中各因素的物理意義不同，導致數(shù)據(jù)的量綱也不同，不便于比較。因此在進行灰色關聯(lián)度分析時，需要對參考數(shù)列和比較數(shù)列進行無量綱化的數(shù)據(jù)處理。其計算公式分別為：

第3 步，計算關聯(lián)系數(shù)。計算滲吸采收率的參考數(shù)列與各影響因素構(gòu)成的比較數(shù)列的絕對差值，其表達式為：

第i個影響因素與滲吸采收率在第k個樣品的關聯(lián)系數(shù)為：

第4 步，計算關聯(lián)度。由于各數(shù)列之間關聯(lián)信息分散，不容易進行比較，需要對全部關聯(lián)信息進行進一步處理，將關聯(lián)系數(shù)的平均值作為關聯(lián)度的評價標準。計算公式為：

第5 步，關聯(lián)度排序。對得到的關聯(lián)度進行排序，得到各比較數(shù)列對參考數(shù)列的主次關系。r0i值越接近于1，說明相關性越好。

根據(jù)滲吸實驗結(jié)果，選擇滲吸采收率作為參考數(shù)列，選擇巖心滲透率、巖心長度、油藏溫度、端面開啟位置、油水界面張力、巖石潤濕性和裂縫條數(shù)7個影響參數(shù)作為比較數(shù)列。

關聯(lián)度計算結(jié)果表明，巖心滲透率、巖心長度、油藏溫度、端面開啟位置、油水界面張力、巖石潤濕性和裂縫條數(shù)的關聯(lián)度分別為0.816 4，0.755 1，0.846 5，0.825 3，0.960 3，0.987 8 和0.953 8。各影響因素權重由大到小分別為：巖石潤濕性、油水界面張力、裂縫條數(shù)、油藏溫度、端面開啟位置、巖心滲透率和巖心長度。其中，油水界面張力、巖石潤濕性和裂縫條數(shù)與滲吸采收率的關聯(lián)度均在0.95 以上，為滲吸采油主控因素。

4 結(jié)論

儲層物性對滲吸采收率有重要影響。滲透率對低滲透巖心自發(fā)滲吸采收率影響的總體表現(xiàn)為：滲透率越大，滲吸采收率越小；巖心長度對最終滲吸采收率影響較小，但巖心越長，滲吸速率越慢；隨著溫度升高，滲吸作用增強，滲吸采收率增大。

不同的端面開啟位置導致滲吸采收率不同，按照滲吸采收率大小排列：巖心上下端面開啟優(yōu)于周圍開啟；裂縫越多，滲吸采收率越高。

表面活性劑溶液能夠有效降低油水界面張力、改善巖石潤濕性，提高滲吸采收率。

通過灰色關聯(lián)分析法，得出影響因素權重由大到小依次為：巖石潤濕性、油水界面張力、裂縫條數(shù)、油藏溫度、端面開啟位置、巖心滲透率、巖心長度。其中，油水界面張力、巖石潤濕性和裂縫條數(shù)與滲吸采收率的關聯(lián)度均在0.95 以上，為滲吸采油主控因素。

符號解釋

i——比較數(shù)列序號；

k——數(shù)列中樣品的序號，k=1，2，3，…，n；

m——自變量因素的數(shù)量；

n——數(shù)列中樣品的總數(shù)；

r0i——第i個比較數(shù)列與參考數(shù)列的關聯(lián)度，越接近于1，說明相關性越好；

V瓶——滲吸瓶中滲吸出的原油體積，mL；

V總——巖心吸油體積，mL；

X0——參考數(shù)列，表示滲吸采收率，%；

X0(k)——參考數(shù)列中的第k個值，%；

X0(n)——參考數(shù)列中的第n個值，%；

Xi——比較數(shù)列，表示影響滲吸采收率的因素，%；

Xi(k)——比較數(shù)列中第i個因素的第k個值，%；

Xi(n)——比較數(shù)列中第i個因素的第n個值，%；

Y0(k)——無量綱化的參考數(shù)列；

Yi(k)——無量綱化的比較數(shù)列；

Δ0i(k)——無量綱化的參考數(shù)列與無量綱化的比較數(shù)列的絕對差值；

Δi(min)——無量綱化的參考數(shù)列與無量綱化的比較數(shù)列的絕對差值的最小值；

Δi(max)——無量綱化的參考數(shù)列與無量綱化的比較數(shù)列的絕對差值的最大值；

η滲吸——滲吸采收率，%；

ρ——分辨系數(shù)，數(shù)值為0～1，通常取0.5；

ξi(k)——第i個影響因素與滲吸采收率在第k個樣品的關聯(lián)系數(shù)。