高頻振動(dòng)對(duì)滲吸采油效果的影響

周 堯，張壘壘，2，楊心怡，顏魯銘，楊文韜，韓 騰，楊文強(qiáng)，韋 新，安會(huì)明

（1.蘭州城市學(xué)院培黎石油工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318）

我國(guó)是石油消費(fèi)大國(guó)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量常年維持在2×108t左右，進(jìn)口依賴(lài)程度高，曾一度超過(guò)70%[1]。促進(jìn)石油勘探開(kāi)發(fā)一直是我國(guó)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的油氣藏多為低滲、特低滲透類(lèi)型，油氣儲(chǔ)集條件差，開(kāi)采難度大[2-3]。諸如驅(qū)油劑抗溫抗鹽特性、乳化調(diào)驅(qū)[4-5]等配套低滲、特低滲透油氣藏開(kāi)發(fā)的研究從未停止。滲吸采油因其獨(dú)特的采油機(jī)理得到廣大油田科技工作者的重視，近年來(lái)關(guān)于滲吸采油的研究有增加趨勢(shì)[6-7]。

滲吸采油是指依靠毛管力作用，濕相自發(fā)驅(qū)替非濕相的行為[8]。毛細(xì)管半徑越小，濕相產(chǎn)生的毛管力越大，越有利于自發(fā)滲吸。特低滲透儲(chǔ)層內(nèi)部孔喉大小多集中在納米、微米級(jí)別，是利于自發(fā)滲吸的天然場(chǎng)所[9]。目前對(duì)滲吸采油的研究多集中在靜態(tài)滲吸方面，動(dòng)態(tài)滲吸方面的研究多傾向于對(duì)脈沖加壓環(huán)境的測(cè)試，而外界高頻振動(dòng)對(duì)滲吸采油的影響研究較少[10-11]。

本文參考波動(dòng)輔助滲吸規(guī)律[12]，在靜態(tài)滲吸的基礎(chǔ)上，研究了外界振動(dòng)對(duì)滲吸效果的影響。通過(guò)外加高頻振動(dòng)裝置，調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率、振動(dòng)加速度、振動(dòng)時(shí)間，研究單因素振動(dòng)方式對(duì)滲吸采出程度的影響。發(fā)現(xiàn)外界振動(dòng)對(duì)滲吸作用有積極影響，可以在極限靜態(tài)滲吸采出程度的基礎(chǔ)上提高滲吸采收率5%～6%。提高滲吸采收率的最佳振動(dòng)頻率為35 Hz，最佳振動(dòng)加速度為0.8 m/s2，最佳振動(dòng)時(shí)間為11 h。

1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

礦化度為452 mg/L 的清水（滲吸液）、礦物油（白油）、特低滲透率巖心、切割機(jī)、電磁高頻振動(dòng)臺(tái)、高精度電子天平、大燒杯、含有加持裝置的封口玻璃瓶。模擬水的離子組成見(jiàn)表1，特低滲透率巖心物性參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 清水離子組成

2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將直徑2.5 cm 的大巖心柱（圖1）橫向平均切成1 cm 長(zhǎng)的小巖心柱重新編號(hào)，烘干備用。同組小巖心柱從同一塊大巖心柱上分割下來(lái)，他們的巖石物性相對(duì)均一。

圖1 實(shí)驗(yàn)用大巖心柱

（2）將同一塊大巖心柱上分割下來(lái)的小巖心柱編號(hào)為同一系列，進(jìn)行同一組實(shí)驗(yàn)，便于橫向?qū)Ρ龋?jiàn)表2。

表2 巖心參數(shù)

（3）對(duì)干燥后的小巖心柱進(jìn)行稱(chēng)重并記為m1。

（4）滲透率為特低滲透率級(jí)別，直接抽真空飽和礦物油以便提高飽和油量，飽和完后擦干表面油漬，稱(chēng)重m2，由礦物油密度ρo計(jì)算飽和油量V。

（5）將飽和完礦物油的小巖心柱放入含有滲吸液的大燒杯，進(jìn)行靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)，滲吸液密度為ρw，定時(shí)間取出小巖心柱，擦干表面滲吸液稱(chēng)重并記為m3，計(jì)算滲吸采出程度η。直到滲吸采出程度長(zhǎng)時(shí)間不再增加為止，此時(shí)滲吸采出程度η 為極限靜態(tài)滲吸采收率。靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)見(jiàn)圖2A。滲吸采出程度η 計(jì)算方法按照方程（1）計(jì)算。

（6）繪制滲吸時(shí)間t 與滲吸采出程度η 之間的關(guān)系曲線(xiàn)。

（7）將極限靜態(tài)滲吸后的小巖心柱固定在含有滲吸液的封口玻璃瓶?jī)?nèi)，將封口玻璃瓶固定在電磁高頻振動(dòng)臺(tái)上，動(dòng)態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)見(jiàn)圖2B，設(shè)置振動(dòng)模式，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表3。計(jì)算極限動(dòng)態(tài)滲吸采收率ηo。

圖2 滲吸實(shí)驗(yàn)示意圖

表3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3 結(jié)果與分析

3.1 靜態(tài)滲吸采油規(guī)律

滲吸采油量主要集中在初期50 h 內(nèi)，見(jiàn)圖3，滲吸速度較高。50 h 后滲吸速度明顯降低，100 h 左右達(dá)到極限靜態(tài)滲吸采收率18.63%。在毛管力作用下，滲吸液首先進(jìn)入巖心柱表層的小孔隙，表層礦物油被滲吸液驅(qū)替流動(dòng)，短距離內(nèi)便由表層大孔隙流出并附著在巖心柱表面。表層孔喉中礦物油數(shù)量少，產(chǎn)生的黏滯力小，易在滲吸液毛管力的作用下驅(qū)動(dòng)流出。當(dāng)表層礦物油產(chǎn)出到一定程度后，滲吸液在毛管力的作用下進(jìn)一步深入巖心，此時(shí)巖心深層礦物油需要繞流、變形，產(chǎn)生的附加阻力增大，流度減小，不易滲流。當(dāng)滲吸液毛管力與孔喉中流體的流動(dòng)阻力相當(dāng)時(shí)，巖心柱中流體基本不再流動(dòng)，靜態(tài)滲吸達(dá)到極限值。

圖3 靜態(tài)滲吸采出程度隨時(shí)間的變化

3.2 振動(dòng)頻率對(duì)滲吸采出程度的影響

隨著振動(dòng)頻率的增加滲吸采出程度有所增大，見(jiàn)圖4，當(dāng)振動(dòng)頻率達(dá)到一定值時(shí)，滲吸采出程度略有降低。滲吸過(guò)程中巖心柱的振動(dòng)利于孔喉內(nèi)壁礦物油的脫附，進(jìn)而降低流動(dòng)阻力。振動(dòng)有利于巖心中流體能量的集聚和增加，一定程度上會(huì)驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)。部分卡在喉道處的固相顆粒在振動(dòng)作用下脫離喉道，讓出流動(dòng)通道。當(dāng)振動(dòng)頻率較高時(shí)，一方面上述有利流動(dòng)條件接近上限，另一方面孔喉中會(huì)有新的固相顆粒從巖石礦物表面脫離，形成新的封堵，不利于流動(dòng)。振動(dòng)頻率控制在35 Hz 左右能夠獲得較高的動(dòng)態(tài)滲吸采收率，達(dá)到24.15%，相比極限靜態(tài)滲吸采收率提高5.52%。

圖4 振動(dòng)頻率對(duì)滲吸采出程度的影響

3.3 振動(dòng)加速度對(duì)滲吸采出程度的影響

隨著振動(dòng)加速度的增加滲吸采出程度有所增大，見(jiàn)圖5，當(dāng)振動(dòng)加速度達(dá)到一定值時(shí)，滲吸采出程度變化不大。加速度的增加考驗(yàn)了礦物油與孔喉內(nèi)壁的黏滯力，當(dāng)加速度達(dá)到一定值時(shí)，慣性力不同的油、水及固相顆粒發(fā)生相對(duì)位移，一方面利于礦物油脫離孔喉內(nèi)壁，參與流動(dòng)，另一方面降低了流體的黏滯力，提高了流度。振動(dòng)加速度越大越利于油、水及固相顆粒相對(duì)位移的增大。當(dāng)振動(dòng)加速度過(guò)大時(shí)，孔喉中流體流通空間的限制使油、水及固相顆粒相對(duì)位移接近極限，降黏效應(yīng)不再明顯。振動(dòng)加速度控制在0.8 m/s2左右能夠獲得較高的動(dòng)態(tài)滲吸采收率，達(dá)到23.88%，相比極限靜態(tài)滲吸采收率提高5.25%。

圖5 振動(dòng)加速度對(duì)滲吸采出程度的影響

3.4 振動(dòng)時(shí)間對(duì)滲吸采出程度的影響

隨著振動(dòng)時(shí)間的增加滲吸采出程度明顯增大，見(jiàn)圖6，當(dāng)振動(dòng)時(shí)間達(dá)到一定值時(shí)，滲吸采出程度緩慢增加。油、水及固相顆粒的相對(duì)位移隨振動(dòng)時(shí)間的增加逐漸趨于一種穩(wěn)態(tài)。振動(dòng)時(shí)間太短，一方面使巖心內(nèi)部系統(tǒng)不易達(dá)到穩(wěn)態(tài)，部分礦物油未充分脫附孔喉內(nèi)壁，另一方面油、水及固相顆粒的相對(duì)位移不大，流體間的黏滯力仍然較高，滲流阻力大。振動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，巖心內(nèi)部系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，從孔喉內(nèi)壁脫附下來(lái)的礦物油接近上限。在穩(wěn)態(tài)條件下流體滲流阻力小，礦物油在滲吸液毛管力作用下較容易排出。振動(dòng)時(shí)間控制在11 h 左右能夠獲得較高的動(dòng)態(tài)滲吸采收率，達(dá)到23.87%，相比極限靜態(tài)滲吸采收率提高5.24%。

圖6 振動(dòng)時(shí)間對(duì)滲吸采出程度的影響

4 結(jié)論

（1）靜態(tài)滲吸采油速度先快后慢，采油量主要集中在前50 h。

（2）振動(dòng)有利于滲吸采出程度的提高，合理的振動(dòng)模式設(shè)置能夠提高滲吸采收率5%～6%。

（3）提高滲吸采收率的最佳振動(dòng)頻率為35 Hz，最佳振動(dòng)加速度為0.8 m/s2，最佳振動(dòng)時(shí)間為11 h。