潤濕性對低滲致密儲層自發(fā)滲吸的影響

王 睿

（西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065）

由于低滲致密儲層孔喉細(xì)小，比表面積大，滲透率小，彈性能量小的特點(diǎn)[1]，利用天然能量方式開采這類儲層時，壓力和產(chǎn)量下降比較快，而自發(fā)滲吸作為一種驅(qū)替機(jī)理，可以應(yīng)用于這類儲層中。由于該類儲層原油的滲吸效率主要取決于基質(zhì)的潤濕性能[2]，因此可以通過改變低滲致密儲層巖心的潤濕性來提高自發(fā)滲吸效率，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和提高采收率。

目前，國內(nèi)外人員系統(tǒng)總結(jié)了改變巖心潤濕性以提高滲吸效率的方法[3]，也詳細(xì)論述了表面活性劑的種類和作用機(jī)理[4-6]，研究了同系表面活性劑復(fù)配后對巖心潤濕性的影響[7]，并進(jìn)行了室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)和巖心自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為可以針對油藏條件，利用表面活性劑在油層中的潤濕性反轉(zhuǎn)作用，使巖心表面潤濕性由親水或親油轉(zhuǎn)向中性潤濕[8-11]，人為地調(diào)節(jié)油藏巖石的潤濕性，可有利于增加油的流動能力，較大幅度地提高原油采收率。也有研究者通過數(shù)值模擬的方法，進(jìn)行參數(shù)研究，結(jié)果表明，原油回收率隨著潤濕性改變而顯著變化，且與斷裂密度和原油黏度相關(guān)。

本文使用潤濕角法研究了低滲致密儲層潤濕性的變化，驗(yàn)證了潤濕角法評價低滲致密儲層巖心潤濕性的可行性，評價了親水基帶電類型不同的表面活性劑的潤濕性能和滲吸能力，并通過分析巖心潤濕角和自發(fā)滲吸效率之間的關(guān)系，揭示了潤濕性對低滲致密儲層自發(fā)滲吸的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)巖心

實(shí)驗(yàn)選用鄂爾多斯盆地Z區(qū)4塊低滲致密巖心，J區(qū)7塊低滲致密巖心進(jìn)行滲吸實(shí)驗(yàn)。Z區(qū)主要為淺灰色細(xì)-中粒長石砂巖，其次為少量的中砂巖、粉細(xì)砂巖及粉砂巖，孔隙度主要分布在7%～11%，平均8.32%，滲透率主要分布在 0.10×10-3mD～0.55×10-3mD，平均滲透率為0.62×10-3mD；J區(qū)主要為細(xì)-中粒巖屑長石砂巖，其次為極細(xì)-細(xì)粒巖屑長石砂巖，極少含泥極細(xì)-細(xì)粒長石，孔隙度主要分布在2%～16%，平均為8.32%，滲透率主要分布在0.001 02 mD～1.84 mD，平均滲透率為0.237 mD，總體而言巖心物性很差。

1.2 實(shí)驗(yàn)流體

實(shí)驗(yàn)流體為根據(jù)區(qū)塊現(xiàn)場水分析配制的模擬地層水，實(shí)驗(yàn)煤油以及所用的三種表面活性劑配方的性質(zhì)（見表 1）。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）測定巖心洗油烘干后的巖心蒸餾水潤濕角；

（2）依據(jù)《SY/T5345-2007巖心中兩相流體相對滲透率測定方法》油驅(qū)巖心至束縛水狀態(tài)；

（3）依據(jù)《SY/T5153-2007油藏巖石潤濕性測定方法》進(jìn)行束縛水狀態(tài)下含油巖心滲吸實(shí)驗(yàn)，測定巖心對相應(yīng)實(shí)驗(yàn)流體的滲吸效率，自吸驅(qū)油效率（滲吸效率）/%=（自吸排油體積/第一次油驅(qū)水驅(qū)出水體積）×100%；

（4）取出巖心烘干24 h后，再次測量巖心蒸餾水潤濕角。

1.4 潤濕性評判指標(biāo)

根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5153-1995，繪制潤濕性評判列表（見表 2）。潤濕角［0°，75°］為水濕，巖石親水性好；［75°，105°］為中性潤濕，油水潤濕巖石能力相當(dāng)，巖石既不親水也不親油；［105°，180°］為油濕，巖石親油性好。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

表1 實(shí)驗(yàn)流體性質(zhì)

表2 潤濕性評判列表

對鄂爾多斯盆地ZJ區(qū)塊11塊束縛水狀態(tài)下的含油巖心進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)流體滲吸實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果（見表3）。

表3 巖心滲吸列表

2.1 儲層巖心潤濕性

來自同一區(qū)塊的巖心物性相近，根據(jù)研究區(qū)巖心自吸相應(yīng)實(shí)驗(yàn)流體前的潤濕接觸角可知，研究區(qū)巖心總體親水，其中 Z2-30、40-J、6-J、26-J巖心親水性較好，接近強(qiáng)親水，Z3-55、58-J、60-J、17-J巖心親水性較差，接近弱親水。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，常用自吸法評價低滲致密儲層巖心潤濕性，Z、J區(qū)塊巖心利用自吸法對巖心潤濕性進(jìn)行評價，結(jié)果（見表4）。

結(jié)果顯示，利用自吸法評價研究區(qū)巖心潤濕性時，區(qū)塊巖心總體親水，與潤濕角法測量結(jié)果相近，認(rèn)為利用潤濕角法評價低滲致密儲層巖心的潤濕性是可行的。

2.2 滲吸后潤濕性的改變及對比

研究區(qū)巖心滲吸相應(yīng)配方后，巖心潤濕性會發(fā)生改變，根據(jù)研究區(qū)11塊低滲致密儲層巖心滲吸后的潤濕角繪制柱狀圖（見圖1、圖2）。

結(jié)果顯示，巖心滲吸實(shí)驗(yàn)前親水性良好，滲吸表面活性劑后，潤濕角均不同程度增大，增大幅度在0.05°～3.55°，這是因?yàn)楸砻婊钚詣┠軌蛭皆趲r心表面，改變巖心潤濕性，使親水表面向親油表面轉(zhuǎn)化，潤濕角增大。

表4 巖心潤濕性評價

對比同一區(qū)塊的巖心滲吸不同表面活性劑時的潤濕角的改變，滲吸陰-非離子型表面活性劑的巖心的潤濕角改變幅度最小，認(rèn)為加入陰-非離子表面活性劑后，低滲致密儲層巖石的水潤濕性增強(qiáng)，潤濕反轉(zhuǎn)程度削弱，潤濕角的變化變小，且三種表面活性劑的水潤濕程度：陰-非離子型表面活性劑＞非離子型表面活性劑＞兩性-陰離子型表面活性劑。這是因?yàn)殛庪x子表面活性劑能夠減小液體的內(nèi)聚力，使水更易于在巖石表面鋪展，也能夠在巖石表面形成一定的吸附層，而且加入非離子表面活性劑后，能夠顯著提高陰離子表面活性劑的潤濕性，增加了與水的親和性。

圖1 巖心滲吸后潤濕角

圖2 巖心滲吸后潤濕角的改變幅度

圖3 相應(yīng)配方巖心滲吸效率對比

2.3 不同潤濕性巖心的滲吸效率及影響因素

對研究區(qū)11塊低滲致密儲層巖心用相應(yīng)實(shí)驗(yàn)流體進(jìn)行了滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，根據(jù)研究區(qū)巖心滲吸列表繪制柱狀圖（見圖3）。

結(jié)果顯示，不同區(qū)塊的巖心滲吸相同實(shí)驗(yàn)流體時，J區(qū)巖心的滲吸效率高于Z區(qū)巖心，并且?guī)r心58-J、47-J、26-J、17-J的滲吸效率明顯高于同組其他巖心，而巖心 40-J、60-J、6-J、Z3-56 的滲吸效率低于同組其他巖心；同一區(qū)塊的巖心滲吸不同實(shí)驗(yàn)流體時，表面活性劑2#的滲吸效率明顯高于其他實(shí)驗(yàn)流體，而水的滲吸效率最低。

圖4 滲吸后潤濕角與滲吸效率的關(guān)系

各組巖心對相應(yīng)配方的滲吸效率結(jié)果顯示，陰-非離子型表面活性劑＞非離子型表面活性劑＞兩性-陰離子型表面活性劑＞水，認(rèn)為陰-非離子表面活性劑的滲吸效率最好，這是因?yàn)樵陉庪x子表面活性劑中加入非離子表面活性劑之后，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使溶解于溶液中的非離子表面活性劑能夠遷移到油水界面，降低了油水界面張力，提高了滲吸效率。

根據(jù)研究區(qū)巖心滲吸后的潤濕角，繪制滲吸效率-潤濕角關(guān)系圖（見圖4）。

結(jié)果顯示，Z區(qū)巖心和J區(qū)巖心的潤濕角在50°～70°時滲吸效率最高。認(rèn)為低滲致密儲層巖心潤濕角過小或過大都會降低滲吸效率，潤濕角在50°～70°，即接近弱水濕偏中性潤濕時，滲吸效率更高。這是因?yàn)樵诘蜐B致密儲層中，強(qiáng)水濕狀態(tài)下，水趨向于通過較小孔隙，從而使大孔道中的油被繞走；在強(qiáng)油濕狀態(tài)下，水趨向于通過較大孔隙，從而使小孔道中的油被繞走，而在近弱水濕偏中性潤濕的情況下，可以減少油被繞走的情況。

3 結(jié)論

（1）在低滲致密儲層中，利用潤濕角法評價低滲致密儲層巖心的潤濕性是可行的。

（2）低滲致密儲層親水性巖心在滲吸表面活性劑后潤濕角會增大，潤濕角在50°～70°，即接近弱水濕偏中性潤濕時，能夠表現(xiàn)出更高的滲吸效率。

（3）陰-非離子表面活性劑滲吸效率最好，水潤濕性能最強(qiáng)。

（4）針對低滲致密儲層巖心，建議使用陰-非離子表面活性劑將巖心潤濕性調(diào)整到近弱水濕偏中性潤濕時，能夠明顯改變潤濕性，取得更高的滲吸效率。