特低滲裂縫性油藏滲吸采油主控因素影響規(guī)律實驗研究

張華麗，金智榮，包敏新，黃 越

（中國石化江蘇油田分公司工程技術(shù)研究院，江蘇 揚州 225009）

隨著石油行業(yè)的不斷發(fā)展以及化石能源開發(fā)政策的調(diào)整［1］，低滲透、特低滲等非常規(guī)油氣藏的開發(fā)顯得越發(fā)重要。該類儲層普遍存在低孔、低滲、低壓力系數(shù)、強非均質(zhì)性等特點，彈性開發(fā)采收率低，注水開發(fā)有效驅(qū)替難以形成，開發(fā)效果差［2］。而滲吸置換是濕相依靠毛管力自發(fā)進(jìn)入毛細(xì)管將非濕相替換出來的過程，是在低滲透油藏開發(fā)中普遍存在的一種自發(fā)現(xiàn)象［3-4］。該方法可重復(fù)利用儲層的非均質(zhì)性，將注入流體引入儲層內(nèi)部，形成高壓帶，在燜井過程與周圍高飽和度基質(zhì)發(fā)生滲吸置換，已成為該類儲層的主要開發(fā)手段［5］。

滲吸置換開采的關(guān)鍵在于儲層適應(yīng)性評價、注入流體性質(zhì)設(shè)計、注入與燜井工藝設(shè)計等，而明確影響滲吸置換采油效率的主控因素及其影響規(guī)律又是這些評價與設(shè)計的核心?；诖?，針對江蘇油田特低滲油藏的地層條件，通過多組該地層模擬巖樣的靜態(tài)滲吸實驗，研究了巖心滲透率、地層水礦化度、原油黏度、含油飽和度、表面活性劑及溫度對滲吸過程及采油效率的影響規(guī)律［6］，剖析了各因素對滲析置換采油的影響機制。

1 實驗條件

1.1 實驗材料及儀器

（1）實驗材料：實驗用巖心為模擬江蘇油田低滲裂縫性油藏地層條件的人造巖心，其孔隙度18.9%～22.4%，滲透率（13.5～170）×10-3μm2，為細(xì)砂巖。巖心飽和原油為目標(biāo)儲層地面脫氣輕質(zhì)原油，平均密度為0.843 4 g/cm3，平均黏度為52.35 mPa·s。束縛水為模擬地層水，NaHCO3型水，平均礦化度為40 000 mg/L。滲吸置換水為去離子水配置的離子配比相同但礦化度不同的模擬水，其礦化度分別為10 000 mg/L、40 000 mg/L、70 000 mg/L。表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%。

（2）實驗儀器：實驗儀器設(shè)備主要包括平流泵、手搖泵、巖心夾持器、壓力表、量筒、燒杯、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、析油儀等。

1.2 實驗步驟

（1）測量并記錄人造巖心干重、長度、滲透率。

（2）利用巖心夾持器夾持巖心，用平流泵進(jìn)行地層水飽和，測量濕重，飽和油，再水驅(qū)油。測量飽和油體積、水驅(qū)油體積，并計算含油飽和度。

（3）進(jìn)行滲吸實驗：考察不同因素的影響，根據(jù)實驗要求將巖心放入析油儀中，每隔一段時間記錄析出油的體積，直至體積穩(wěn)定。

實驗方案見表1。

表1 實驗方案

2 結(jié)果分析

2.1 不同巖心滲透率條件下滲吸采油規(guī)律

巖心飽和油后置于析油儀中進(jìn)行滲吸實驗，滲吸過程在前期速率相對較快，在150 h 左右速率逐漸下降，滲吸采出程度趨于穩(wěn)定。滲透率為27×10-3μm2的巖心相對于其他兩個滲透率更高的巖心，在實驗前期滲吸速率較小，但最終采出程度最大，而滲透率為154×10-3μm2的巖心的最終采出程度反而最小（圖1）。

圖1 不同滲透率對采出程度的影響

一方面，滲透率高意味著巖塊內(nèi)孔隙連通性好，因此水在滲吸過程中的流動更順暢，能更快將油替換出來；另一方面，滲透率高意味著孔喉直徑也更大，其毛管力即滲吸過程的主要動力來源便相應(yīng)更小，使得最終采出程度不如滲透率低者［7］；另外，滲透率低則其原本飽和油體積就小，在同樣的采出總量下，其采出程度自然更高。

2.2 不同地層水礦化度條件下滲吸采油規(guī)律

原始巖心飽和地層水礦化度為40 000 mg/L，飽和油后置于不同礦化度的地層水中進(jìn)行滲吸實驗。與不同滲透率巖心滲吸實驗不同，置換液即地層水礦化度對滲吸效果的影響更直接，礦化度逐漸增加使得最終的滲吸采出程度越來越低（圖2）。

圖2 不同礦化度對采出程度的影響

由于巖心內(nèi)外水離子濃度差的影響，低濃度水傾向于往高濃度方向流動［7］，從而當(dāng)巖心外水離子濃度低時，置換液更容易進(jìn)入巖心將油替換出來；在低礦化度水滲吸過程中，附著在石英表面的黏土顆粒發(fā)生脫落運移［8］，同時吸附在巖石上的鈣離子被水中的離子取代，使得擴散雙電層膨脹，巖石表面的帶電性被改變，最終導(dǎo)致巖石表面從油濕轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂瘢?］，從而提高滲吸過程的驅(qū)油效率；另外，溶液內(nèi)高礦化度會抑制黏土礦物的水化作用［10］，從而降低巖心的滲吸能力。

2.3 不同含油飽和度條件下滲吸采油規(guī)律

采用四種不同含油飽和度巖心進(jìn)行滲吸實驗（圖3），除23%的含油飽和度外，其余含油飽和度下的滲吸過程都是前期速率較快，在達(dá)到100 h 時速率趨于平緩，其中飽和度為57%的滲吸速率在實驗后期再次增加；最終采出程度在含油飽和度的增加上呈總體增大的趨勢。

圖3 不同含油飽和度對采出程度的影響

實驗所得滲吸采油量與含油飽和度關(guān)系如圖4所示，可見隨著含油飽和度的增加，滲吸采油量呈增長趨勢。

圖4 不同含油飽和度與滲吸采油量的關(guān)系

滲吸過程的有效進(jìn)行需要巖心中含油飽和度值達(dá)到一個界限，一方面，高初始含油飽和度意味著巖心內(nèi)被水占據(jù)的毛管更少，產(chǎn)生的毛管力更大［11］，使采出程度增大，但這也意味著起初巖心內(nèi)參與滲吸過程的水更少，導(dǎo)致初始滲吸速率在一定程度上降低；另一方面，隨著滲吸過程的逐步進(jìn)行，巖心內(nèi)的油逐漸成為分散相狀態(tài)而失去實際流動能力。

2.4 表面活性劑對滲吸采油規(guī)律的影響

通過加入不同濃度表面活性劑以及不加表面活性劑，進(jìn)行滲吸實驗，結(jié)果如圖5所示。

圖5 表面活性劑對采出程度的影響

隨著表面活性劑濃度的增加，滲吸前期的滲吸速率有所增加，最終的采出程度也有顯著提升，但是整個滲吸過程的趨勢以及速率改變的時間點即曲線拐點均保持一致。

表面活性劑可使油水界面張力降低，使油滴在通過孔喉時更易變形［12］，阻力減小，形成的水膜更大；同時，表面活性劑可以改善巖石表面潤濕性，改變潤濕角，使黏附在巖石表面的油滴更易流動［11-14］；表面活性劑還會增加原油在水中的分散作用，使油滴不易重新粘回巖石表面［12］。

2.5 不同溫度條件下滲吸采油規(guī)律

在不同溫度下進(jìn)行滲吸實驗，結(jié)果如圖6所示。除30℃下的實驗在前期滲吸速率較慢外，三組不同溫度下的滲吸最終采出程度差距不大，可見溫度升高只會提高一定程度的滲透速率，而對采出程度的影響并不明顯。

圖6 不同溫度對采出程度的影響

溫度升高會使原油黏度降低，提高原油流動能力；同時會使得巖心內(nèi)砂礫骨架熱脹冷縮，縮小孔隙半徑，增加了毛管力［15-16］；同時溫度還有可能加快分子運動，促進(jìn)滲吸過程的進(jìn)行。但溫度并不是影響滲吸的主控因素，只是通過改變了黏度等其他因素從而產(chǎn)生了間接的影響。

3 結(jié)論

（1）滲吸過程的主控因素包括地層滲透率、地層水礦化度、含油飽和度以及表面活性劑。其中對于特定原油和注入水組合，中等滲透率能達(dá)到最大的采出程度；注入流體礦化度低于巖心內(nèi)流體時，會促進(jìn)滲吸過程的進(jìn)行，反之則抑制；含油飽和度越大滲吸效果越好，存在滲吸置換失效的最低含油飽和度界限；表面活性劑的加入可以顯著提高滲吸效果。溫度不是影響滲吸的主控因素，只是通過改變了黏度等其他因素從而產(chǎn)生了間接的影響。

（2）滲透率及含油飽和度因素都是通過改變滲吸過程的毛管力大小來影響滲吸效果；礦化度的影響與低礦化度水驅(qū)的原理相似，不僅會對巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)及巖石表面造成影響，使得表面黏土顆粒發(fā)生運移，還會產(chǎn)生多機型官能團離子交換、陽離子交換、陽離子橋接和雙電層擴散等作用，導(dǎo)致巖石表面潤濕性發(fā)生改變，進(jìn)而影響滲吸效果；表面活性劑主要是通過改變界面性質(zhì)，包括油水界面張力以及巖石表面潤濕性來影響滲吸效果；溫度會產(chǎn)生多方面的影響，包括流體黏度、巖石孔隙體積、分子熱運動等。

（3）在實際滲吸生產(chǎn)中，應(yīng)依據(jù)最佳滲透率范圍優(yōu)選目標(biāo)儲層，并保持置換液礦化度低于油藏地層內(nèi)原始束縛水礦化度，使地層內(nèi)的含油飽和度盡可能高，同時適量加入合適的表面活性劑。