致密砂巖油藏動態(tài)滲吸驅油效果影響因素及應用

劉秀嬋 ，陳西泮，劉 偉，王 霞

（1.延安大學石油工程與環(huán)境工程學院，陜西 延安 716000；2.陜西延長石油有限責任公司，陜西 延安 716000；3.延長油田股份有限公司定邊采油廠，陜西榆林718600）

0 引言

我國致密油儲量比較豐富，而受地質構造及成藏作用的影響，致密油儲層多發(fā)育微裂縫，加之壓裂施工過程中形成的人造裂縫，為儲層原油提供了良好的滲流通道。由于致密油藏通常無自然產能或自然產能較低，通常需要采用注水方式開發(fā)。經過長時間注水后，致密油儲層中的裂縫會吸收大量的注入水，容易導致水淹現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而影響注水開發(fā)的效果［1-8］。

滲吸驅油開發(fā)是致密砂巖油藏比較重要的一種開發(fā)方式，近年來受到越來越多的關注，也取得了比較顯著的成效［9-14］。前人研究結果表明，滲吸作用的主要動力為毛管壓力，而毛管壓力的大小通常受許多因素的影響，這些因素也將影響到滲吸驅油開發(fā)的效果［15-18］。劉向君等［19］針對低滲透砂巖常溫常壓以及脈沖壓力條件下的滲吸規(guī)律及影響因素進行了研究，結果顯示，在常壓或脈沖壓力條件下，最終滲吸采收率均隨著巖心滲透率和孔隙度的增大而增加，脈沖滲吸驅油效果優(yōu)于常壓滲吸驅油效果；韋青等［20］針對裂縫性致密砂巖儲層滲吸機理及影響因素進行了研究，結果表明，儲層品質越好、最大連通孔喉半徑越大、比表面積越小、相對潤濕指數(shù)越大以及界面張力越小，則越有利于滲吸驅油的進行；黨海龍等［21］針對裂縫性低滲透油藏滲吸驅油影響因素進行了研究，結果顯示，潤濕性、黏度、界面張力和滲透率均是影響滲吸驅油的主要因素，巖石越親水，原油黏度越低，則滲吸驅油效果越好。

在致密油藏水驅開發(fā)之后，采用動態(tài)滲吸驅油開發(fā)，注入滲吸液能夠提高致密油藏的采收率［22-23］。目前，關于靜態(tài)滲吸驅油的研究及報道較多，而在致密油藏實際開發(fā)過程中，需要考慮動態(tài)驅替過程（驅替流速、滲吸液類型、濃度以及注入量等因素）對滲吸驅油效果的影響，因此，有必要對致密砂巖油藏動態(tài)滲吸驅油效果的影響因素進行深入研究。以鄂爾多斯盆地某區(qū)塊致密砂巖儲層為研究對象，通過室內實驗評價滲吸液類型、滲吸液濃度、滲吸液注入量、驅替流速、反應時間以及巖心滲透率對致密油儲層動態(tài)滲吸驅油效果的影響，優(yōu)選出適合目標儲層的最優(yōu)動態(tài)滲吸驅油參數(shù)，并進行礦場試驗，以期為提高致密砂巖油藏的采收率提供理論依據(jù)和參考。

1 實驗方法

1.1 實驗材料和儀器

實驗用巖心為鄂爾多斯盆地某區(qū)塊致密砂巖儲層巖心（巖心孔隙度為5.2%～9.8%，滲透率為0.2～3.5 mD），實驗用水為目標區(qū)塊儲層模擬地層水（礦化度約為16 000 mg/L），實驗用油為模擬油（儲層原油與中性煤油按照1∶2混合，50℃下的黏度為2.15 mPa·s），實驗用表面活性劑為 LAS（陰離子表面活性劑）、DTAB（陽離子表面活性劑）、HYS-3（非離子表面活性劑）和HXS-2（雙子表面活性劑）。

實驗儀器：TX-500 C型全量程旋轉滴界面張力儀、HARKE-SPCA視頻接觸角測量儀、BH-2型巖心（油、水）抽空加壓飽和實驗裝置、巖心動態(tài)滲吸驅替實驗裝置（主要包括平流泵、巖心夾持器、環(huán)壓泵、中間容器、壓力表、傳感器等）。

1.2 實驗步驟及流程

（1）界面張力測定實驗

采用模擬地層水配制不同類型的表面活性劑溶液（0.3%LAS，0.3%DTAB，0.3%HYS-3和0.3%HXS-2）作為滲吸液，調試好TX-500 C型全量程旋轉滴界面張力儀，設定實驗溫度為25℃，注入滲吸液和模擬油，測定不同類型滲吸液與模擬油之間的界面張力值。

（2）接觸角測定實驗

將儲層天然巖心切成相同厚度的薄片，洗油處理后烘干，然后將巖心切片在界面張力測定實驗中配制的不同表面活性劑溶液中浸泡24 h，實驗溫度為25℃，取出巖心切片并烘干，然后使用HARKESPCA視頻接觸角測量儀測定蒸餾水在巖心切片表面的接觸角大小。

（3）動態(tài)滲吸驅油實驗

動態(tài)滲吸驅油實驗流程如圖1所示。具體實驗步驟為：①將儲層天然巖心洗油、烘干、稱重，然后抽真空飽和模擬地層水；②將巖心裝入夾持器中，加環(huán)壓，升高溫度至儲層溫度（85℃），使用模擬油驅替巖心，直至出口端不出水為止，關閉進出口閥門老化24 h；③使用模擬地層水驅油，記錄巖心出口端采出油量，直至出口端不出油為止，計算水驅油效率；④注入滲吸液，關閉巖心進出口端閥門，反應一段時間；⑤繼續(xù)使用模擬地層水驅油，直至巖心出口端含水率達到98%為止，記錄巖心出口端采出油量，計算最終的驅油效率。

圖1 動態(tài)滲吸驅油實驗流程Fig.1 Flow chart of dynamic imbibition displacement experiment

2 動態(tài)滲吸驅油效果影響因素分析與討論

2.1 滲吸液類型

2.1.1 對界面張力和接觸角的影響

參照界面張力和接觸角的測定實驗方法，分別評價了模擬地層水和質量濃度為0.3%的不同滲吸液對界面張力和接觸角的影響，實驗結果如表1所列。

從表1可看出，在模擬地層水中加入不同類型的表面活性劑后，溶液的界面張力大幅降低，巖心切片表面的接觸角也呈現(xiàn)出減小的趨勢，其中非離子表面活性劑HYS-3降低界面張力和接觸角的效果最好。

表1 滲吸液類型對界面張力和潤濕性的影響Table 1 Influences of imbibition fluid types on interfacial tension and wettability

2.1.2 對動態(tài)滲吸驅油效果的影響

選取驅替流速為0.1 mL/min，滲吸液注入量為0.5 PV，反應時間為24 h，進行不同類型滲吸液動態(tài)滲吸驅油實驗，分別評價了不同類型滲吸液對目標區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅油效果的影響（表2、圖2）。

表2 不同類型滲吸液動態(tài)滲吸驅油實驗參數(shù)與結果Table 2 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects of different types of imbibition fluid

圖2 不同類型滲吸液對動態(tài)滲吸驅油效率的影響Fig.2 Influences of different types of imbibition fluid on dynamic imbibition displacement efficiency

從實驗結果可以看出，目標區(qū)塊儲層致密砂巖巖心的水驅油效率為14%左右，當使用不同表面活性劑溶液作為滲吸液時，均能提高巖心的動態(tài)滲吸驅油效果。其中0.3%HYS-3溶液的效果最佳，滲吸驅油效率能夠達到10%以上。這是由于非離子表面活性劑HYS-3能夠顯著降低油水界面張力，同時改變天然巖心表面的潤濕性，從而降低原油與巖心孔隙表面的黏附功，使原油易于從孔隙表面剝離，提高驅油效率。

2.2 滲吸液濃度

選取驅替流速為0.1 mL/min，滲吸液注入量為0.5 PV，反應時間為24 h，使用非離子表面活性劑HYS-3配制不同濃度的滲吸液進行動態(tài)滲吸驅油實驗，評價滲吸液濃度對目標區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅油效果的影響（表3、圖3）。

表3 不同滲吸液濃度下動態(tài)滲吸驅油實驗參數(shù)與結果Table 3 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different imbibition fluid concentration

圖3 滲吸液濃度對動態(tài)滲吸驅油效率的影響Fig.3 Influences of imbibition fluid concentration on dynamic imbibition displacement efficiency

從實驗結果可以看出，隨著滲吸液濃度的升高，巖心動態(tài)滲吸驅油效率逐漸增大，當滲吸液體積濃度為0.5%時，滲吸驅油效率能夠達到13.8%，繼續(xù)增大滲吸液濃度，驅油效率增幅變化不大。因此，宜選擇0.5%HYS-3作為滲吸液。

2.3 滲吸液注入量

選取驅替流速為0.1 mL/min，滲吸液為0.5%HYS-3，反應時間為24 h，進行不同注入量滲吸液動態(tài)滲吸驅油實驗，分別評價了滲吸液在不同注入量時對目標區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅油效果的影響（表 4、圖 4）。

表4 不同注入量滲吸液動態(tài)滲吸驅油實驗參數(shù)與結果Table 4 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different injection volume of imbibition fluid

圖4 滲吸液注入量對動態(tài)滲吸驅油效率的影響Fig.4 Influences of injection volume of imbibition fluid on dynamic imbibition displacement efficiency

從實驗結果可以看出，隨著滲吸液注入量的增大，巖心動態(tài)滲吸驅油效率逐漸增大，當滲吸液注入量為1.0 PV時，滲吸驅油效率能夠達到16.2%，繼續(xù)增大滲吸液注入量，驅油效率增幅變化不大。因此，在現(xiàn)場進行滲吸采油施工設計時，應選擇合適的滲吸液濃度和注入量，在確保滲吸驅油效率的基礎上，最大程度地降低施工成本。

2.4 驅替流速

選取滲吸液為0.5%HYS-3，滲吸液注入量為1.0 PV，反應時間為24 h，進行不同驅替流速時的滲吸液動態(tài)滲吸驅油實驗，分別評價了不同驅替流速對目標區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅油效果的影響（表 5、圖 5）。

從實驗結果可以看出，隨著驅替流速的增大，巖心動態(tài)滲吸驅油效率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，當驅替流速為0.2 mL/min時，滲吸驅油效率最大，能夠達到18.4%，繼續(xù)增大驅替流速，滲吸驅油效率下降。

這是由于致密砂巖油藏滲吸效率同時受黏性力和毛管壓力的影響，當驅替流速較低時，毛管壓力滲吸作用較強，隨著驅替流速的增大，黏性力驅替作用增大，因此，會存在一個最優(yōu)驅替流速，使?jié)B吸效率達到最大。致密砂巖逆向滲吸作用表現(xiàn)為小孔隙吸水，大孔隙排油，在較高的驅替流速下，致密砂巖中的大孔隙滲吸出油端被注入水封閉，使后續(xù)滲吸作用的進行受到阻礙；另外，當驅替流速較大時，孔隙中油水交換的時間縮短，使孔隙中的水被過早地驅替出來，致使?jié)B吸效率下降。因此，在進行礦場施工設計時，應選擇合適的注液速度，使?jié)B吸驅油效果達到最佳。

表5 不同驅替流速動態(tài)滲吸驅油實驗參數(shù)與結果Table 5 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different displacement velocity

圖5 驅替流速對動態(tài)滲吸驅油效率的影響Fig.5 Influences of displacement velocity on dynamic imbibition displacement efficiency

2.5 反應時間

選取驅替流速為0.2 mL/min，滲吸液為0.5%HYS-3，滲吸液注入量為1.0 PV，進行不同反應時間下的動態(tài)滲吸驅油實驗，分別評價了不同反應時間對目標區(qū)塊儲層巖心動態(tài)滲吸驅油效果的影響（表 6、圖 6）。

表6 不同反應時間動態(tài)滲吸驅油實驗參數(shù)與結果Table 6 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different reaction time

圖6 反應時間對動態(tài)滲吸驅油效率的影響Fig.6 Influences of reaction time on dynamic imbibition displacement efficiency

從實驗結果可以看出，隨著滲吸反應時間的增加，巖心動態(tài)滲吸驅油效率逐漸增大，但滲吸驅油效率增幅逐漸下降，當反應時間為48 h時，滲吸驅油效率能夠達到20%以上，繼續(xù)增大反應時間，滲吸驅油效率基本不變。因此，為提高油田生產效率，在礦場進行滲吸采油施工時，應選擇合適的滲吸反應時間。

2.6 滲透率

選取驅替流速為0.2 mL/min，滲吸液為0.5%HYS-3，滲吸液注入量為1.0 PV，反應時間為48 h，使用不同滲透率的巖心進行動態(tài)滲吸驅油實驗，分別評價了不同巖心滲透率對動態(tài)滲吸驅油效果的影響（表 7、圖 7）。

表7 不同滲透率動態(tài)滲吸驅油實驗參數(shù)與結果Table 7 Dynamic imbibition displacement experiment parameter and effects under different permeability

圖7 滲透率對動態(tài)滲吸驅油效率的影響Fig.7 Influences of permeability on dynamic imbibition displacement efficiency

從實驗結果可以看出，巖心滲透率與動態(tài)滲吸驅油效率呈正相關，即隨著巖心滲透率的增大，動態(tài)滲吸驅油效率逐漸增大。這是由于巖心滲透率越大，巖心中的大孔隙越多，孔喉連通性越好，且連通面孔率越大，從而能夠降低原油動態(tài)滲吸的阻力，使油滴順利通過孔隙排出，并且擴大了動態(tài)滲吸的范圍，提高了動態(tài)滲吸驅油效率。

由以上動態(tài)滲吸驅油效果影響因素實驗結果表明，驅替流速和滲吸液的濃度均是影響動態(tài)滲吸驅油效率的主要因素，滲吸液注入量和反應時間的影響較弱。推薦動態(tài)滲吸驅油實驗的最優(yōu)參數(shù)：驅替流速為0.2 mL/min，滲吸液為0.5%HYS-3，滲吸液注入量為1.0 PV，反應時間＞48 h。

3 礦場試驗

鄂爾多斯盆地某區(qū)塊S油田屬于典型的致密砂巖油藏，儲層整體物性較差，孔隙度平均為8.7%，滲透率平均為0.49 mD，儲層埋深約為2 482 m，儲層溫度約為85℃。從2016年開始，S油田注水開發(fā)效果變差，油井產油量下降明顯，因此，決定轉變開采方式，在該油田實施注水吞吐動態(tài)滲吸驅油試驗，前期共計實施5口井，有效率達到了100%。共計注入0.5%HYS-3的滲吸液540 m3，關井進入滲吸驅油階段，開井后5口井的產油量均出現(xiàn)不同程度的增大現(xiàn)象。動態(tài)滲吸驅油措施前后產油量和含水率的對比結果如表8所列。

表8 動態(tài)滲吸驅油措施前后產油量與含水率對比Table 8 Comparison of oil production and water cut before and after dynamic imbibition displacement measures

從表8可以看出，采取動態(tài)滲吸驅油措施前，5口井的平均產油量為3.8 m3/d，平均含水率為89.5%。采取措施后5口井的平均產油量升高至7.8 m3/d，是采取措施前的2倍多，而平均含水率下降至61.9%，目前已累計增油約650 t左右，增油效果顯著。

4 結論

（1）非離子表面活性劑HYS-3能夠顯著降低油水界面張力，并通過降低接觸角來改變巖石表面的潤濕性，從而降低原油與巖心孔隙表面的黏附功，大大提高致密砂巖巖心的動態(tài)滲吸驅油效率。

（2）動態(tài)滲吸驅油效果影響因素評價結果表明，隨著滲吸液中表面活性劑濃度的升高、滲吸液注入量的增大、反應時間的延長以及滲透率的增大，動態(tài)滲吸驅油效率逐漸增大，而隨著驅替流速的增大，巖心動態(tài)滲吸驅油效率呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢，當驅替流速為0.2 mL/min時，滲吸驅油效率增幅最大。

（3）礦場應用試驗結果表明，S油田采取注水吞吐動態(tài)滲吸驅油方案措施后，5口井平均日產油量是采取措施前的2倍多，含水率下降明顯，取得了較為明顯的增油效果。