溫度對(duì)油砂瀝青相滲規(guī)律影響研究

李兆敏，王壯壯，李松巖，李 威，劉尚奇

(1.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580;2.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

引 言

油砂瀝青熱采過(guò)程中涉及到蒸汽、熱水和原油的復(fù)雜多相滲流過(guò)程，并且溫度的變化會(huì)對(duì)流體黏度、油水分布、潤(rùn)濕性及孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致油水滲流規(guī)律發(fā)生變化。因此，分析溫度對(duì)相滲曲線的影響對(duì)研究熱力采油的滲流和驅(qū)替過(guò)程至關(guān)重要[1－3]。最初認(rèn)為相對(duì)滲透率基本不隨溫度變化，但隨著越來(lái)越多稠油油藏的開(kāi)發(fā)、實(shí)驗(yàn)手段和計(jì)算方法的改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)相滲規(guī)律有 一 定 影 響。 Maini[4]、 Nakornthap[5]、 Schembre[6]、蒲春生[7]等人通過(guò)非穩(wěn)態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法實(shí)驗(yàn)，利用JBN或歷史擬合的數(shù)據(jù)處理方法，認(rèn)為油水相對(duì)滲透率隨溫度的升高而增大。Torabzadeh[8]、Watson[9]、姜維東[10]等人認(rèn)為隨溫度升高，油相相對(duì)滲透率增大，水相相對(duì)滲透率減小或不變。但有人認(rèn)為溫度對(duì)相對(duì)滲透率的影響是由實(shí)驗(yàn)誤差造成的。Miller[11]等人指出黏性不穩(wěn)定、毛管末端效應(yīng)和物質(zhì)平衡產(chǎn)生的計(jì)算誤差可能是造成前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確的主要原因。而Polikar[12]等人則根據(jù)實(shí)驗(yàn)巖心的不同，提出觀察到的溫度對(duì)相滲規(guī)律無(wú)影響現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)中巖心類型有關(guān)?？偨Y(jié)分析認(rèn)為，前人實(shí)驗(yàn)中原油以稀油為主，黏度不大，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較低，溫度變化范圍較小，不能充分反映油砂瀝青等超稠油油藏?zé)岵蛇^(guò)程中滲流規(guī)律的變化。因此，筆者以加拿大油砂瀝青為實(shí)驗(yàn)用油，進(jìn)行80～240℃條件下的非穩(wěn)態(tài)熱水驅(qū)，利用JBN方法計(jì)算相對(duì)滲透率，研究溫度對(duì)油砂瀝青相滲規(guī)律的影響。

1 油水相滲實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)巖心與流體

實(shí)驗(yàn)巖心由石英砂填制而成;實(shí)驗(yàn)用油為脫水處理后的加拿大油砂瀝青，50℃下脫水原油黏度為40000 mPa·s，油砂瀝青四組分含量:飽和分為23.63%、芳香分為43.72%、膠質(zhì)為22.04%、瀝青質(zhì)為10.61%，實(shí)驗(yàn)溫度下原油黏度由高溫高壓落球黏度計(jì)測(cè)得;實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水，實(shí)驗(yàn)溫度下蒸餾水的黏度作為已知參數(shù)可查表獲得。實(shí)驗(yàn)巖心和流體物性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖心及流體物性參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)流程與方法

實(shí)驗(yàn)流程參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6384－1999《稠油油藏高溫相對(duì)滲透率測(cè)定》。圖1是主要的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)流程[13－14]。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)步驟在文獻(xiàn) [13]、[14]中有詳細(xì)的記述和規(guī)定?？紤]到實(shí)驗(yàn)中人為因素和儀器測(cè)量誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響，使用JBN方法時(shí)適當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了光滑處理[15]。

2 結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)得到不同溫度下的油水相對(duì)滲透率曲線和端點(diǎn)特征值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2、表2。

圖2 不同溫度下油水相滲曲線

表2 不同溫度下端點(diǎn)特征值對(duì)比結(jié)果

2.1 油砂瀝青相滲規(guī)律特點(diǎn)

由圖2、表2可知，油砂瀝青具有2個(gè)顯著特點(diǎn):溫度對(duì)相滲規(guī)律有較大影響;油相相對(duì)滲透率較大，水相相對(duì)滲透率特別小，油水相對(duì)滲流能力差別很大。

油水相對(duì)滲透率數(shù)值上的巨大差別體現(xiàn)了油相對(duì)水相的阻礙作用，這與油砂瀝青超高的原油黏度有關(guān)。對(duì)于稀油油藏而言，油水黏度差異小，兩相間相互阻礙較弱，相對(duì)滲流能力差別不大;而對(duì)于油砂瀝青等超稠油油藏，由于油相黏度太大，油相的存在對(duì)水相滲流起到阻擋作用，使得兩相共滲時(shí)流動(dòng)阻力很大，油水兩相間相對(duì)滲流能力極不平衡。

2.2 溫度對(duì)油砂瀝青相滲規(guī)律的影響

由圖2、表2可知，隨溫度升高，束縛水飽和度增大，殘余油飽和度減小，兩相共滲區(qū)間擴(kuò)大，并且在相同含水飽和度下，兩相相對(duì)滲透率隨溫度升高都增大，說(shuō)明溫度升高增強(qiáng)了兩相滲流能力。

油砂瀝青相滲規(guī)律受溫度影響，這與油砂瀝青黏度和組分性質(zhì)有關(guān)。由于油相黏度較大，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高，油砂瀝青低溫時(shí)易在孔道表面形成固化的膠體層[16]，導(dǎo)致滲流斷面相對(duì)減小，油水相對(duì)滲透率較小;隨著溫度的升高，油相黏度大幅降低，極性物質(zhì)解吸，使膠體層變薄，增大了多孔介質(zhì)的滲流能力，油水相對(duì)滲透率增大。

隨溫度升高，油相黏度減小，膠質(zhì)瀝青質(zhì)等極性物質(zhì)解吸，油—水—巖石系統(tǒng)水濕性增強(qiáng)，水驅(qū)效率提高，因而束縛水飽和度增大，殘余油飽和度減小。在殘余油飽和度下，殘余油以小油滴的形式殘存于孔喉處產(chǎn)生賈敏效應(yīng)，對(duì)水相滲流起到阻礙作用，隨著溫度升高，殘余油減少，殘余油飽和度條件下的水相相對(duì)滲透率相應(yīng)增大。

3 結(jié)論

(1)油砂瀝青相滲規(guī)律具有2個(gè)不同于稀油的顯著特點(diǎn):一是溫度對(duì)相滲規(guī)律有較大影響;二是油相相對(duì)滲透率遠(yuǎn)大于水相相對(duì)滲透率，兩相滲流能力極不平衡。

(2)隨溫度升高，束縛水飽和度增大，殘余油飽和度減小，兩相共滲區(qū)擴(kuò)大，并且相同含水飽和度下，兩相相對(duì)滲透率都隨溫度升高而增大。

(3)油砂瀝青具有黏度大、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高的特點(diǎn)，兩相共滲時(shí)高黏油相對(duì)水相有較強(qiáng)的阻礙作用。溫度升高，油相黏度大幅降低，膠質(zhì)瀝青質(zhì)等極性物質(zhì)解吸，使油水相滲規(guī)律隨溫度變化。

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