碳酸鹽巖油藏巖石潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究

曹立迎，孫建芳，徐 婷，曹麗麗，藺高敏

（1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；2.中國(guó)石化勝利油田分公司勝利采油廠，山東東營(yíng)257051）

潤(rùn)濕性是在油藏條件下油和水與儲(chǔ)層巖石間的相互作用，決定著油藏流體在巖石孔道內(nèi)的微觀分布和原始分布狀態(tài)，在油田開(kāi)發(fā)中對(duì)原油的采出程度起著決定性作用［1］。因此在提高采收率技術(shù)中將儲(chǔ)層潤(rùn)濕性作為一個(gè)重要物性參數(shù)予以考慮。巖石礦物組成、孔隙結(jié)構(gòu)、流體對(duì)巖石的潤(rùn)濕順序、原油組分、溫度、鹽水化學(xué)性質(zhì)等都可能影響儲(chǔ)層潤(rùn)濕性。越來(lái)越多的研究表明，既有親油油藏也有親水油藏；很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，儲(chǔ)層巖石的潤(rùn)濕性可在很大范圍內(nèi)變化［2］。Holbrook等測(cè)定了油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中潤(rùn)濕性指數(shù)的變化，認(rèn)為該指數(shù)隨開(kāi)采過(guò)程中飽和度的變化而變化［3-4］。吳素英研究了潤(rùn)濕性隨油藏含水率的變化及對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響，指出隨著含水率增大，儲(chǔ)層潤(rùn)濕性由弱親水向親水轉(zhuǎn)變［5］。Civan等研究了溫度對(duì)巖石潤(rùn)濕性的影響，發(fā)現(xiàn)提高溫度對(duì)石英和方解石潤(rùn)濕性的影響并不相同［6-8］。陽(yáng)曉燕等研究了蒸汽驅(qū)對(duì)儲(chǔ)層潤(rùn)濕性的影響，認(rèn)為高溫注蒸汽使得儲(chǔ)層潤(rùn)濕性向親水方向發(fā)展［9］。

目前測(cè)定儲(chǔ)層潤(rùn)濕性的方法很多，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求的不同，可以分為定量和定性2種方法。定性方法主要包括殘余油飽和度法、電阻率法、相對(duì)滲透率法等；定量方法主要是自吸驅(qū)替（Amott）方法，通常是針對(duì)天然巖心進(jìn)行測(cè)定。筆者從定性和定量2方面入手，通過(guò)Amott方法測(cè)定天然巖心的潤(rùn)濕指數(shù)，進(jìn)而定量確定碳酸鹽巖巖心的潤(rùn)濕指數(shù)；通過(guò)油水相滲實(shí)驗(yàn)對(duì)巖石潤(rùn)濕性進(jìn)行定性分析；2種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以相互驗(yàn)證。

1 潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)和滲吸實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)巖心及流體

敘利亞O油田為典型的低滲透孔隙型碳酸鹽巖稠油油藏。實(shí)驗(yàn)所用流體包括精煉油和O油田Sh油藏O-1井、O-4井的油樣（地面原油粘度分別為550和2 000 mPa·s），精煉油不含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等極性物質(zhì)。地層水為質(zhì)量濃度為6 000 mg/L的氯化鉀溶液。實(shí)驗(yàn)選用5塊碳酸鹽巖巖心，為方便實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，選取3塊勝利油區(qū)某油田砂巖巖心同步進(jìn)行潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)，具體巖心參數(shù)見(jiàn)表1，其中S-1，S-2，S-3的氣測(cè)滲透率分別與O-4，O-1-1，O-1-2的相近，選擇滲透率相近的巖心便于不同類型巖心滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器主要包括：巖樣油（水）驅(qū)替系統(tǒng)、巖樣抽空裝置、恒溫箱（最高溫度不低于100℃，精度為±1℃）、離心機(jī)（離心產(chǎn)生的油水驅(qū)替壓力大于等于1 MPa）、吸水儀（分度值為0.05 mL）、水浴鍋等。

表1 實(shí)驗(yàn)用巖心基本參數(shù)

1.3 實(shí)驗(yàn)原理及步驟

在毛管壓力作用下，潤(rùn)濕流體具有自發(fā)吸入巖石孔隙中并排驅(qū)其中非潤(rùn)濕流體的特性。通過(guò)測(cè)量并比較油藏巖石在束縛水狀態(tài)下巖心自吸排油量和巖心驅(qū)替排水量，可以判別儲(chǔ)層巖石對(duì)油（水）的潤(rùn)濕性。實(shí)驗(yàn)步驟及潤(rùn)濕指數(shù)的計(jì)算參考SY/T 5153—2007［10］。在得到各巖心潤(rùn)濕指數(shù)后，根據(jù)潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2）判斷各巖心的潤(rùn)濕性。

2 潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)及滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 潤(rùn)濕性定量評(píng)價(jià)

在油藏溫度（50℃）下，利用Amott方法測(cè)量了8塊不同滲透率巖心的自吸排油量、驅(qū)替排油量、自吸排水量、驅(qū)替排水量，并計(jì)算得出潤(rùn)濕指數(shù)，實(shí)驗(yàn)所用流體為地層原油。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表3）表明：碳酸鹽巖巖心相對(duì)潤(rùn)濕指數(shù)小于-0.3，呈明顯的親油特征；砂巖巖心相對(duì)潤(rùn)濕指數(shù)大于0.4，呈典型的親水特征。

表3 巖心潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)結(jié)果

除相對(duì)潤(rùn)濕指數(shù)外，從巖石表面流體的分布特征同樣可以看出不同類型巖石潤(rùn)濕性的差別。對(duì)比勝利油區(qū)某油田砂巖巖心和O油田碳酸鹽巖巖心（圖1）可以看出，原油在砂巖巖心表面呈球狀分布，水相潤(rùn)濕角小于90°，呈水濕特征；原油在碳酸鹽巖巖心表面呈鋪散狀態(tài)，油相潤(rùn)濕角小于90°，呈油濕特征。這與潤(rùn)濕指數(shù)計(jì)算結(jié)果相符。

圖1 不同類型巖心表面流體分布特征

2.2 滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了對(duì)比不同潤(rùn)濕性對(duì)巖石滲吸采出程度的影響，在8塊巖心中選取滲透率相近的巖心（親油、親水巖心各3塊）對(duì)其滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。從O油田碳酸鹽巖巖心與勝利油區(qū)某油田砂巖巖心滲吸采出程度對(duì)比（圖2）可以看出，在滲透率相近的情況下，砂巖巖心的滲吸采出程度普遍高于碳酸鹽巖巖心；砂巖巖心滲吸采出程度最高達(dá)到17%，而碳酸鹽巖巖心的最高僅達(dá)到6.5%。前者的滲吸速度也快，后者滲吸速度慢。巖心的潤(rùn)濕程度決定著滲吸最終采出程度和滲吸速度。

圖2 O油田碳酸鹽巖巖心與勝利油區(qū)某油田砂巖巖心滲吸采出程度對(duì)比

在親水油藏中，束縛水主要是以水膜的形式吸附在巖心孔壁上，原油則主要存在于較大的孔隙中以及孔隙的中間部位。在滲吸驅(qū)油過(guò)程中，水沿著巖石的表面推進(jìn)，水膜變厚，把孔隙中的原油剝離，被注入水?dāng)D出的原油從大孔道排出，當(dāng)大孔道中原油的排出速度與剝蝕速度相當(dāng)時(shí)，采出程度達(dá)到最大。在親油油藏中，束縛水主要以水珠的形式存在。水沿著大孔道中軸部位前進(jìn)，原油隨著水的排出而被攜帶出去，孔壁上的油膜可以沿巖石顆粒表面流動(dòng)，原油殘留在小孔道中。若多孔介質(zhì)非均質(zhì)性嚴(yán)重時(shí)，孔隙中的原油被優(yōu)勢(shì)通道中的水包圍，這部分原油將形成成片的殘余油。因此親油巖心的采出程度要比親水巖心的采出程度低。

3 潤(rùn)濕性影響因素

3.1 巖石礦物組成

為對(duì)比不同類型巖石的礦物組成對(duì)其潤(rùn)濕性的影響，通過(guò)X衍射實(shí)驗(yàn)分析了O-1-1，O-4及S-3等3塊巖心的礦物組成。結(jié)果表明，O油田碳酸鹽巖巖心的主要礦物成分是方解石，含量大于70%，其為偏親油礦物，而親水礦物石英、長(zhǎng)石等的含量不到10%；勝利油區(qū)某油田砂巖巖心的主要礦物組成是石英和長(zhǎng)石，兩者含量大于70%。砂巖巖石中親水礦物含量較高，地層中的水容易吸附在巖石表面，使巖石具備親水特征；碳酸鹽巖巖石偏親油礦物含量較高，容易造成原油中極性物質(zhì)的吸附。

3.2 原油組分

為測(cè)定原油組分對(duì)巖心潤(rùn)濕性的影響，將O-2巖心分別飽和在精煉油和地層原油中進(jìn)行老化，老化不同時(shí)間后測(cè)定潤(rùn)濕指數(shù)。在精煉油中老化2和12 d的相對(duì)潤(rùn)濕指數(shù)分別為-0.16和-0.17，均表現(xiàn)為弱親油；在地層原油中老化2和12 d的相對(duì)潤(rùn)濕指數(shù)分別為-0.27和-0.73，分別表示弱親油和強(qiáng)親油。由此可見(jiàn)，精煉油老化對(duì)巖石潤(rùn)濕性無(wú)顯著影響，而用地層原油老化后，儲(chǔ)層巖石親油性增強(qiáng)，且油潤(rùn)濕程度隨老化時(shí)間的增加而增加。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：地層原油中瀝青質(zhì)含量偏高，瀝青質(zhì)是原油中不溶于非極性小分子正構(gòu)烷烴而溶于苯的物質(zhì)，其基本結(jié)構(gòu)是以稠環(huán)芳烴為核心并連接有環(huán)烷和烷基側(cè)鏈的大分子，且含有一定量的雜原子。瀝青質(zhì)是原油中相對(duì)分子質(zhì)量最大、極性最強(qiáng)的非烴類組分。當(dāng)瀝青質(zhì)與油藏巖石接觸時(shí)，其極性端容易與巖石表面相互作用，使巖石表面的潤(rùn)濕性向親油方向轉(zhuǎn)變［11］。而精煉油中由于不含有極性組分，因此無(wú)論老化多長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)巖石的潤(rùn)濕性都沒(méi)有影響。因此，原油組分中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等原油極性組分的性質(zhì)和含量是影響儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性的重要參數(shù)［12-17］。

3.3 溫度

測(cè)定高溫條件下碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性的變化，可為優(yōu)化油藏驅(qū)油方式提供理論依據(jù)。對(duì)比不同滲透率碳酸鹽巖巖心蒸汽驅(qū)前后巖心潤(rùn)濕性（表4）可以看出，經(jīng)過(guò)高溫蒸汽驅(qū)后，巖心的相對(duì)潤(rùn)濕指數(shù)增大，潤(rùn)濕性由強(qiáng)親油—親油向弱親油方向發(fā)展；滲透率較大的巖心相對(duì)潤(rùn)濕指數(shù)變化較大，即潤(rùn)濕性改變較大。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是：經(jīng)過(guò)蒸汽驅(qū)及高溫蒸汽浸泡后，吸附在巖心表面的活性物質(zhì)受熱及驅(qū)替作用脫離，導(dǎo)致巖心親油性減弱，潤(rùn)濕性變?yōu)槿跤H油。

表4 高溫蒸汽驅(qū)前后碳酸鹽巖巖心潤(rùn)濕性對(duì)比

4 潤(rùn)濕性對(duì)油藏開(kāi)發(fā)效果的影響

熱采開(kāi)發(fā)效果室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)采用非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定了低滲透稠油油藏巖心在油藏條件下和150℃下的油、水相對(duì)滲透率，對(duì)比分析冷采與熱采條件下相滲特征的差異性?；趯?duì)相滲曲線（圖3）的分析可知：油藏溫度（50℃）下等滲點(diǎn)含水飽和度小于50%，可以判斷巖心潤(rùn)濕性為油濕；熱采條件（150℃）下等滲點(diǎn)右移，巖心潤(rùn)濕性得以改善，這與高溫蒸汽驅(qū)后巖石潤(rùn)濕性改善的觀點(diǎn)相吻合；共滲區(qū)含油飽和度由20.5%提高到37.0%，較之冷采提高了1.8倍，熱采條件下可動(dòng)用范圍明顯擴(kuò)大；熱采通過(guò)降粘、潤(rùn)濕改善等作用機(jī)理，驅(qū)油效率由29.7%提高至59.0%，提高近1倍。

圖3 O-3巖心油藏溫度和高溫下油水相滲曲線對(duì)比

由蒸汽驅(qū)前后自吸采出程度的變化（圖4）可以看出，在高溫潤(rùn)濕性改變的同時(shí)，由于毛管阻力減小，滲吸采出程度顯著提高，達(dá)到最大采出程度的時(shí)間明顯變短。潤(rùn)濕性的改變有利于提高油藏的采出程度。

圖4 O-2巖心蒸汽驅(qū)前后自吸采出程度對(duì)比

5 結(jié)論

敘利亞O油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖心呈明顯的親油潤(rùn)濕特征。原油在巖心表面呈現(xiàn)鋪散狀態(tài)，油相潤(rùn)濕角小于90°，這有別于實(shí)驗(yàn)中普通砂巖儲(chǔ)層巖心的親水潤(rùn)濕性。巖心的潤(rùn)濕性決定著滲吸最終采出程度和滲吸速度，巖心的油潤(rùn)濕程度越高，滲吸程度越低，最終滲吸采出程度也越低。在儲(chǔ)層條件、流體性質(zhì)相近的情況下，碳酸鹽巖油藏天然能量下采出程度比砂巖油藏要低。

巖石的礦物組成和原油中極性物質(zhì)的存在是影響儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性的主要因素：親水礦物（石英和長(zhǎng)石等）含量越大，儲(chǔ)層巖石親水特性越明顯；原油中極性物質(zhì)（膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等）的吸附使巖石潤(rùn)濕性向親油方向發(fā)展。

熱采條件下，碳酸鹽巖油藏巖心相對(duì)潤(rùn)濕指數(shù)明顯降低，而高溫油水相滲中等滲點(diǎn)也明顯右移，這說(shuō)明高溫可改變巖石的潤(rùn)濕性，改善油相滲流能力，提高油藏的驅(qū)油效率。

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