低滲透碳酸鹽巖稠油油藏巖石滲吸試驗研究

孫仁遠(yuǎn)，馬自超，范坤坤，張建山（中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島 266580）

徐婷，曹立迎，楊森（中石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

低滲透油藏孔喉細(xì)小，毛細(xì)管力作用顯著，因此滲吸規(guī)律的研究對低滲透油藏的開發(fā)十分重要。曲志浩等［1］通過研究低滲透油層微觀水驅(qū)油特征，指出低滲透油田水驅(qū)油效果較差，自吸水驅(qū)油現(xiàn)象較強(qiáng)。吳應(yīng)川等［2］對不同滲透率的巖心在不同溫度下進(jìn)行滲吸模擬試驗，揭示了不同滲透率巖心的滲吸速度、滲吸采收率隨溫度的變化規(guī)律。周林波等［3］開展了特低滲透巖心滲吸試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滲透率和油水界面張力對滲吸速度和滲吸采收率均有明顯影響。Austad等［4］進(jìn)行了不同潤濕性巖心的滲吸試驗，評價和分析了滲吸速度、滲吸深度和滲吸采出程度等參數(shù)。Zhou等［5，6］利用X射線層析成像技術(shù)檢測了砂巖中的逆向滲吸效應(yīng)，認(rèn)為巖石的非均質(zhì)性對滲吸的影響很大，會形成更多的剩余油。

低滲透碳酸鹽巖稠油油藏除了稠油特性之外又屬于低滲油藏類型［7］。稠油、低滲這兩大特性使該類油藏的研究成為世界性攻關(guān)課題，也給該類油田的開發(fā)帶來巨大的挑戰(zhàn)，國內(nèi)外針對性的研究很少。對低滲透稠油油藏巖心滲吸的研究，能夠更好地認(rèn)識低滲透稠油油藏，為低滲稠油油藏的開發(fā)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持，提高油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。

采用Amott法測定巖心潤濕性及滲吸采出程度［8］，對低滲透碳酸鹽巖巖心進(jìn)行了不同條件下滲吸采出程度研究，并結(jié)合SL油田砂巖巖心的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析了各因素對巖石滲吸的影響。

1 試驗儀器及材料

1.1 試驗儀器

GD－1型氣體滲透率儀、高溫高壓驅(qū)替裝置（見圖1）、飽和水裝置、密度計、恒溫水浴、吸水儀、吸油儀等。

1.2 試驗材料

天然巖心，基本參數(shù)見表1；脫水原油，黏溫曲線見圖2；蒸餾水；氯化鉀溶液（6000mg／L）。

圖1 高溫高壓驅(qū)替試驗流程圖

表1 巖心基本參數(shù)表

2 試驗方法

選取試驗巖心，用原油加壓飽和，建立束縛水；經(jīng)老化后用Amott方法自吸排油，測巖石潤濕性指數(shù)，通過記錄排出油的體積隨時間的變化，計算滲吸采出程度。改變滲吸的條件，研究各因素對滲吸的影響規(guī)律。

2.1 試驗步驟

1）將飽和水的巖心水測滲透率。

2）將巖心飽和油，然后老化一定時間。

3）將巖心自吸排油，記錄自吸水排油量隨時間的變化。

4）將巖心水驅(qū)油至殘余油狀態(tài)，記錄水驅(qū)排油量隨時間的變化。

5）進(jìn)行自吸油排水，記錄巖樣自吸油排水量隨時間的變化。

6）二次油驅(qū)水至束縛水狀態(tài)，記錄巖樣油驅(qū)排水量隨時間的變化。

2.2 計算公式

圖2 試驗油樣的黏溫曲線

式中：Iw為水濕指數(shù)，1；Vo1、Vo2分別為巖心自吸排油量和水驅(qū)排油量，mL；Io為油濕指數(shù)，1；Vw1、Vw2分別為巖心自吸排水量和油驅(qū)排水量，mL；Ir為相對濕潤指數(shù)，1；R為滲吸采出程度，1；Vo為巖心飽和油量，mL。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 巖心滲透率對滲吸的影響

圖3給出了取心井XL－Ⅰ兩塊巖心的滲吸采出程度隨時間的變化曲線。由圖3可見，對于同一口取心井，巖心的滲吸采出程度主要受滲透率的影響，隨滲透率的降低，巖心的滲吸采出程度明顯降低。這是因為巖心的滲透率越低，孔隙性質(zhì)越差，滲吸排油阻力越大，原油被阻斷在孔喉處的幾率越大，導(dǎo)致滲吸采出程度降低。

圖3 XL－1、XL－2巖心滲吸采出程度與時間的關(guān)系曲線

由表2可知，該油田3口取心井巖心的滲吸采出程度均偏低，最高為6.45%，最低僅為1.90%。其主要原因是巖心的潤濕性均為油濕。對于親油巖心來說，孔隙介質(zhì)對油的吸附性很大，在滲吸過程中，毛細(xì)管力主要表現(xiàn)為阻力，地層水只能帶走滯留于巖石表層的一小部分油，因此滲吸采出程度很低。

3.2 原油黏度對滲吸的影響

選取2組巖心，滲透率分別為0.2、8.5mD，研究不同原油黏度對巖心滲吸的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可見，在滲透率相近時，隨原油黏度的增加，巖心滲吸采出程度降低；在滲透率較低時，原油黏度對巖心滲吸采出程度的影響程度較小。

表2 巖心滲透率及最終采出程度表

圖4 不同原油黏度下采出程度隨時間的變化關(guān)系

原油黏度對滲吸的影響主要表現(xiàn)在滲流條件上，隨著原油黏度的降低，滲吸排油的阻力降低，有利于滲吸過程的發(fā)生，因此可通過提高油藏溫度、降低原油黏度的方法提高滲吸采收率［9］；巖心的滲透率在一定程度上反映了巖心的孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙的連通情況，在滲透率過低時，滲吸阻力過大，原油黏度對滲吸的影響削弱，滲吸采出程度隨原油黏度的變化不明顯。

3.3 巖心潤濕性對滲吸的影響

從SL油田選取3塊巖心，然后與滲透率相近、潤濕性不同的X油田XL巖心進(jìn)行滲吸采出程度對比，結(jié)果見圖5和表3。

由圖5可見，在滲透率相近的情況下，SL巖心的滲吸采出程度普遍高于XL試驗巖心。這主要是由于二者的潤濕性不同。SL巖心均為親水巖心，而XL巖心為親油巖心。在巖石自發(fā)滲吸驅(qū)油過程中，滲流動力為毛細(xì)管力和重力。Schechter等［10］曾用參數(shù)N－1B表達(dá)毛細(xì)管力和重力對滲吸作用的貢獻(xiàn)：

表3 巖心滲透率及潤濕性

對于試驗所用稠油，其密度為0.995g／cm3，重力的影響較小，大于1，滲吸過程中毛細(xì)管力起支配作用。對于親水巖心，毛細(xì)管力是動力，因此滲吸采出程度高；對于親油巖心，油藏形成初期表現(xiàn)為親水性，隨著漫長的地質(zhì)年代作用、油氣運(yùn)移及極性化合物的吸附和原油中有機(jī)物質(zhì)的沉積而使巖心部分表面潤濕性變?yōu)橛蜐瘢?1］，因此，滲吸過程中毛細(xì)管力的作用既有動力也有阻力，因此滲吸采出程度偏低。

巖心的潤濕性對滲吸過程的發(fā)生有著非常重要的影響。親水巖心滲吸采出程度最高達(dá)到17%，親油巖心的最高為6.5%。親水巖心的滲吸速度快，親油巖心慢。巖心的潤濕程度決定著滲吸最終采出程度和滲吸速度，巖心的水濕程度越高，滲吸采出程度越高。

圖5 不同潤濕性巖心采出程度對比

4 結(jié)論

1）低滲透稠油油田碳酸鹽巖巖心的潤濕性為油濕，滲吸采出程度一般低于10%。

2）巖心的滲吸采出程度受滲透率的影響較大，滲透率越大，滲吸采出程度越高。

3）原油黏度越大，巖心滲吸采出程度越低，但隨著巖心滲透率的降低，原油黏度對滲吸的影響程度降低。

4）在相同的滲透率條件下，親水巖心的滲吸采出程度明顯高于親油巖心。

［1］曲志浩，孔令榮 .低滲透油層微觀水驅(qū)油特征 ［J］.西北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2002，32（4）：329～334.

［2］吳應(yīng)川，張惠芳，代華，等 .利用滲吸法提高低滲油藏采收率技術(shù) ［J］.斷塊油氣田，2009，16（2）：80～82.

［3］周林波，程林松，曾保全 .裂縫性特低滲透儲層滲吸表征模型 ［J］.石油鉆探技術(shù)，2010，38（3）：83～86.

［4］Austad T，Standnes C.Spontaneous imbibition of water into oil－wet carbonates ［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2003，39（3）：363～376.

［5］Zhou D，Kamath J，Kovscek A R.Scaling of counter－current imbibition processes in low－permeability porous media ［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2002，33（1）：61～74.

［6］Akin S，Kovscek A R.Imbibition studies of low－permeability porous media ［J］.SPE54590，1999.

［7］丁一萍，李江龍，劉傳喜，等 .低滲透稠油油藏水平井優(yōu)化設(shè)計研究 ［J］.天然氣地球科學(xué)，2011，22（3）：561～565.

［8］SY／T 5153—2007，油藏巖石潤濕性測定方法 ［S］.

［9］李愛芬，凡田友，趙琳 .裂縫性油藏低滲透巖心自發(fā)滲吸實(shí)驗研究 ［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（5）：67～69.

［10］Schechter D S，Zhou D.Capillary imbibition and gravity segregation in low IFT systems ［J］.SPE22594，1991.

［11］姚鳳英，姚同玉，李繼山 .油層潤濕性反轉(zhuǎn)的特點(diǎn)與影響因素 ［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2007，14（4）：76～78.