于馥瑋， 姜漢橋， 蘇 航

(中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249)

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十二烷基硫酸鈉對(duì)致密砂巖滲吸的影響

于馥瑋， 姜漢橋， 蘇 航

(中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249)

通過核磁共振測(cè)試的方法開展了致密砂巖的自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)，對(duì)此研究了致密水濕巖心和中性巖心的自發(fā)滲吸特征，分析了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的十二烷基硫酸鈉對(duì)致密中性巖心滲吸的影響。滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，致密水濕砂巖的采收率在60%以上，致密中性砂巖采收率在35%以上，滲吸采油的方法可以作為致密油開發(fā)的一種有效方式。研究也發(fā)現(xiàn)，無論是中性潤(rùn)濕的致密砂巖，還是致密水濕砂巖，十二烷基硫酸鈉都可以使巖心內(nèi)油滴分散變小，改善油珠的流動(dòng)情況，從而提高致密砂巖的滲吸速度。十二烷基硫酸鈉也能夠顯著提高中小孔隙，尤其是中性巖心中的小孔隙內(nèi)油相的動(dòng)用程度，從而提高滲吸采收率。在實(shí)驗(yàn)條件下，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的十二烷基硫酸鈉在提高致密中性巖心滲吸采收率方面效果最佳。

致密砂巖； 自發(fā)滲吸； 十二烷基硫酸鈉； 核磁共振

致密油作為我國石油的一種重要接替能源，具有很好的開發(fā)前景[1]。20世紀(jì)70年代以來，我國陸續(xù)對(duì)致密油藏進(jìn)行了探索性的勘探與開發(fā)。從現(xiàn)場(chǎng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)來看，致密油藏普遍存在啟動(dòng)壓力梯度高、注入困難等特點(diǎn)，常規(guī)的水驅(qū)不能作為有效的開發(fā)方法[2]。根據(jù)低滲透油藏的相關(guān)研究理論[3-4]，針對(duì)致密油藏低孔、低滲的特征，運(yùn)用滲吸的方法，發(fā)揮其毛管力的作用，可以作為致密油藏開發(fā)的有效方式。表面活性劑作為提高采收率常用的化學(xué)劑，其主要有降低界面張力、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)、乳化分散等作用。低滲油藏化學(xué)驅(qū)的認(rèn)識(shí)表明[5-7]，具有乳化作用的表面活性劑在低滲油藏化學(xué)驅(qū)過程中，發(fā)揮的效果更顯著。因此，本文選取了一種乳化效果顯著的表面活性劑十二烷基硫酸鈉，開展了針對(duì)中性潤(rùn)濕和水濕的致密巖心的滲吸實(shí)驗(yàn)，研究了其滲吸特點(diǎn)及表面活性劑對(duì)其影響，為致密油藏的開發(fā)提供了一定的借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

巖心為吉林油田致密砂巖，巖心參數(shù)見表1。實(shí)驗(yàn)用油為航空煤油，為便于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察，用蘇丹IV染液染色。實(shí)驗(yàn)用水為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的氯化鉀及8%的氯化錳混合溶液，加入氯化錳的目的是為了在核磁共振測(cè)試時(shí)屏蔽氫信號(hào)。實(shí)驗(yàn)所用表面活性劑為陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉，使用8%的氯化鉀與8%的氯化錳溶液配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的表面活性劑溶液。

表1 致密砂巖巖心參數(shù)

核磁測(cè)試使用SPEC-023核磁共振滲流實(shí)驗(yàn)分析儀。分析儀主要測(cè)試參數(shù)：磁場(chǎng)主頻9.38 MHz，回波時(shí)間300 μs，等待時(shí)間3 000 ms，回波個(gè)數(shù)1 024個(gè)，掃描次數(shù)64次。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法及步驟

目前，國內(nèi)外滲吸實(shí)驗(yàn)中，對(duì)原油采出程度的測(cè)試主要存在兩種方法，即體積法與質(zhì)量法[8]。體積法在測(cè)量過程中，滲吸出的原油附著在表面難以脫下或附著在滲吸瓶其他位置不能到達(dá)測(cè)定區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確性。同時(shí)在本實(shí)驗(yàn)中，由于表面活性劑具有乳化、分散等作用，可能導(dǎo)致滲吸后油滴以乳狀液形式存在，因此體積法的計(jì)量方法會(huì)帶來極大的誤差。

質(zhì)量法的測(cè)量又是在忽略油和水壓縮性及未考慮油藏條件下原油和水密度變化，也具有一定的誤差。而在滲吸過程中，若將滲吸瓶中的巖心取出，也會(huì)對(duì)滲吸過程產(chǎn)生極大的干擾，并且用質(zhì)量法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于電子天平需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，而一般天平在長(zhǎng)時(shí)間后也會(huì)產(chǎn)生很大的誤差?；谏鲜鲈颍紤]到致密巖心滲吸時(shí)間極長(zhǎng)的特點(diǎn)，本次實(shí)驗(yàn)中用體積法開展實(shí)驗(yàn)，不對(duì)巖心滲吸過程進(jìn)行定量表征，只利用核磁共振測(cè)試進(jìn)行最終滲吸結(jié)果的分析。

研究表明，巖心中的束縛水會(huì)對(duì)其滲吸過程產(chǎn)生極大的影響[9-10]?？紤]到常規(guī)驅(qū)替方法建立束縛水飽和度的做法，難以保證各個(gè)巖心內(nèi)束縛水飽和度及其分布一致，并且不符合致密油藏成藏特點(diǎn)。因此，本文在巖心抽真空后直接飽和油，排除束縛水對(duì)滲吸過程的干擾，單純研究巖心內(nèi)油相在不同孔喉中的流動(dòng)。

主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1) 致密巖心經(jīng)過鉆取、沖洗、烘干、冷卻、測(cè)量氣測(cè)滲透率等步驟后，進(jìn)行抽真空飽和油。稱量巖心飽和油后的濕重，計(jì)算其孔隙度，并進(jìn)行核磁共振測(cè)試。

(2) 將巖心分別放入配好的表面活性劑溶液及鹽水中，觀察不同時(shí)間巖心滲吸情況。

(3) 滲吸時(shí)長(zhǎng)為25 d。滲吸結(jié)束后，將巖心驅(qū)出，進(jìn)行核磁共振測(cè)試。

1.3 核磁共振測(cè)試數(shù)據(jù)處理方法

核磁共振技術(shù)作為有效認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層和測(cè)試儲(chǔ)層流體參數(shù)的一種重要手段，其主要原理是：核磁共振橫向弛豫時(shí)間T2與孔隙大小成正比，信號(hào)幅度與對(duì)應(yīng)孔隙中的流體量成正比，所以通過確定橫向弛豫時(shí)間T2的變化，就可以確定不同大小孔隙中的流體分布[11-12]。核磁共振機(jī)理表明，弛豫時(shí)間與孔隙半徑成正比[13]。因此，可以將T2弛豫時(shí)間轉(zhuǎn)換為孔隙半徑，即:

(1)

式中：r為孔隙半徑，μm；T2為核磁共振弛豫時(shí)間，ms；C為轉(zhuǎn)換系數(shù)，其值取1.71 ms/μm。

當(dāng)T2<10 ms時(shí)對(duì)應(yīng)小孔隙，r<4.3 μm；當(dāng)10 ms≤T2≤100 ms時(shí)對(duì)應(yīng)中孔隙，4.3 μm≤r≤43 μm；當(dāng)T2>100 ms時(shí)對(duì)應(yīng)大孔隙，r>43 μm。各孔隙內(nèi)T2譜幅度和與整個(gè)巖心T2譜幅度和的比即為各區(qū)間對(duì)應(yīng)的含油飽和度，進(jìn)而可以計(jì)算出含油飽和度及采出程度[14]。

2 致密砂巖自發(fā)滲吸特點(diǎn)及表面活性劑對(duì)其作用

分別對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的十二烷基硫酸鈉溶液作用下的致密水濕巖心(CX-1)、致密中性巖心(CX-5)和鹽水作用下的致密水濕巖心(CX-2)、致密中性巖心(CX-4)對(duì)滲吸前后的巖心進(jìn)行核磁共振測(cè)試可得圖1結(jié)果，將核磁共振所測(cè)得的T2弛豫時(shí)間轉(zhuǎn)化為孔隙半徑，進(jìn)而得到滲吸前不同孔隙內(nèi)原油的分布(如表2所示)，通過滲吸前后不同孔隙內(nèi)原油飽和度可以計(jì)算出滲吸前后不同孔隙原油絕對(duì)采出程度(如表3所示)。

由圖1可以看出，在不考慮束縛水飽和度的情況下，本次實(shí)驗(yàn)的致密水濕巖心滲吸采出程度在60%以上，而中性潤(rùn)濕的巖心采出程度在35%以上。十二烷基硫酸鈉作用于中性巖心效果相對(duì)水濕巖心較好。從不同孔隙油相動(dòng)用程度來看，致密巖心小孔隙的動(dòng)用程度比大孔隙要好，中孔隙的動(dòng)用程度最低，大部分剩余油存留在大孔隙和中孔隙中，這與致密巖心小孔道吸水大孔道排油的認(rèn)識(shí)相吻合。對(duì)比中性巖心與水濕巖心的滲吸結(jié)果(如表3所示)可以看出，中性巖心小孔喉的動(dòng)用程度遠(yuǎn)低于水濕巖心。因此，在孔隙程度相近的情況下，潤(rùn)濕性對(duì)于滲吸采收率起著極大的作用。

圖1 水濕致密砂巖與中性潤(rùn)濕致密砂巖自然滲吸核磁共振測(cè)試結(jié)果

Fig.1 The results of imbibition of water-wet tight cores and intermediate-wet tight cores by NMR

表2 滲吸前不同巖心油相在不同孔隙中的分布

表3 水濕砂巖與中性潤(rùn)濕砂巖自發(fā)滲吸后不同孔隙的絕對(duì)采出程度

如圖2所示，在實(shí)驗(yàn)中，水濕砂巖滲吸速度極快，沒有啟動(dòng)時(shí)間，巖心放入溶液后滲吸即開始發(fā)生，而中性潤(rùn)濕的巖心表面油滴出現(xiàn)緩慢，滲吸要比水濕砂巖慢1 d左右。十二烷基硫酸鈉的加入顯著提高了巖心的滲吸速度，在它的作用下，巖心不像鹽水滲吸條件下表面以大油滴的形式聚集，而是以極細(xì)小的油珠出現(xiàn)。根據(jù)前人的研究經(jīng)驗(yàn)[15]，滲吸驅(qū)油過程中，滲吸驅(qū)油動(dòng)力能否有效起作用取決于兩個(gè)條件：第一，需要克服裂縫系統(tǒng)與基質(zhì)系統(tǒng)之間的毛管力末端效應(yīng)；第二，毛管半徑應(yīng)大于液膜在固體表面的吸附厚度。因此，在十二烷基硫酸鈉的作用下，較大的油珠被分散成較小的油珠，一定程度上避免了賈敏效應(yīng)的發(fā)生，促進(jìn)了油珠的流動(dòng)，提高了滲吸速度和采收率。

圖2 水濕砂巖自然滲吸與表面活性劑內(nèi)滲吸對(duì)比圖

Fig.2 Comparison of imbibition in surfactant solutions and brine

3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表面活性劑對(duì)致密中性砂巖滲吸的影響

表面活性劑擴(kuò)散產(chǎn)生非零毛管力和Marangoni效應(yīng)，使油相克服流動(dòng)阻力和黏附力而自發(fā)滲移，促進(jìn)了滲吸[17]。為了進(jìn)一步研究十二烷基硫酸鈉對(duì)中性砂巖滲吸的影響，考察不同濃度的十二烷基硫酸鈉對(duì)致密中性砂巖滲吸影響的實(shí)驗(yàn)。

與第二部分中處理方法相同，通過核磁共振測(cè)試得到如圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖3 表面活性劑作用下中性潤(rùn)濕砂巖滲吸實(shí)驗(yàn)核磁共振測(cè)試結(jié)果

Fig.3 The results of imbibition of intermediate-wet tight cores in surfactant solutions by NMR

整理滲吸前后對(duì)巖心進(jìn)行核磁共振測(cè)試所得數(shù)據(jù)，可計(jì)算出滲吸后巖心內(nèi)油相的絕對(duì)采出程度如表4所示，同一巖心中不同孔隙內(nèi)相對(duì)采出程度結(jié)果如圖4所示。

表4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)十二烷基硫酸鈉作用下致密中性潤(rùn)濕砂巖的絕對(duì)采出程度

圖4 不同巖心不同孔隙的相對(duì)采出程度

Fig.4 The relative recovery of the holes in different cores

整體上來看，十二烷基硫酸鈉能夠改善致密中性砂巖巖心中油相的流動(dòng)情況，提高滲吸采出程度，不同濃度的十二烷基硫酸鈉對(duì)滲吸采收率的提高幅度不同。從表3和表4中可以看出，實(shí)驗(yàn)中所用的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的十二烷基硫酸鈉作用下的滲吸采收率最高。

同時(shí)，通過核磁共振測(cè)試對(duì)不同孔隙內(nèi)原油的動(dòng)用程度進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)十二烷基硫酸鈉主要通過提高中小孔隙內(nèi)原油的動(dòng)用程度來提高最終油相采出程度。在實(shí)驗(yàn)過程中，觀察到在鹽水中滲吸的巖心，其表面滲吸出的油以大油滴的形式附著在巖心表面難以脫下，而在表面活性劑作用下，沒有大油滴附著在巖心表面，大部分油珠直接進(jìn)入滲吸溶液中。綜合上述因素，可以看出，在表面活性劑的作用下，能夠改變巖石表面潤(rùn)濕性，促進(jìn)滲吸發(fā)生，促使更多的孔喉參與了滲吸，滲吸范圍擴(kuò)大，從而提高了滲吸采收率。同時(shí)，致密巖心內(nèi)原油主要分布于小孔隙內(nèi)，表面活性劑的這種作用在致密巖心滲吸中產(chǎn)生的效果非常明顯。

4 結(jié)論與建議

(1) 致密油儲(chǔ)層內(nèi)多納米級(jí)孔喉系統(tǒng)，原油主要分布于中小孔隙中，利用油水界面的毛管效應(yīng)，發(fā)揮滲吸的作用，可以對(duì)致密油藏進(jìn)行有效的開發(fā)。在實(shí)驗(yàn)條件下，致密水濕砂巖的采收率在60%以上，致密中性砂巖采收率在35%以上。

(2) 無論是中性潤(rùn)濕的致密砂巖，還是致密水濕砂巖，十二烷基硫酸鈉都發(fā)揮其乳化作用，使巖心內(nèi)油滴分散變小，改善油珠的流動(dòng)情況，從而提高致密砂巖的滲吸速度。同時(shí)，十二烷基硫酸鈉，可以改善潤(rùn)濕性的作用，能夠顯著提高中小孔隙，尤其是中性巖心中的小孔隙內(nèi)油相的動(dòng)用程度，并使油滴從巖心表面脫下，從而提高滲吸采收率。在實(shí)驗(yàn)條件下，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%的十二烷基硫酸鈉在提高致密中性巖心滲吸采收率方面效果最佳。

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(編輯 宋官龍)

Influence of SDS on Imbibition of Tight Sandstone

Yu Fuwei, Jiang Hanqiao, Su Hang

(DepartmentofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

Spontaneous imbibition experiments of tight sandstone were carried out through NMR technology, imbibition characteristics of water-wet tight core with neutral core were compared, and the influences caused by sodium dodecyl sulfate with different concentrations towards neutral-wet tight sandstone imbibition were analyzed. The results show that recovery efficiency of water-wet tight core is above 60%, neutral-wet core is above 35%, and the imbibition is an effective way for the development of tight oil reservoir. It is also found that SDS can disperse oil in core, promote the oil flow fast in core, increase the speed of tight sandstone imbibition, which is effective for both neutral-wet tight sandstone and water-wet tight sandstone. Sodium dodecyl sulfate can also increase oil phase recovery in middle and small pores, especially in small pores of neutral-wet core, and improve the spontaneous imbibition experiments recovery. Under the experimental conditions, 0.05% sodium dodecyl sulfate is the most effective for water-wet core.

Tight sandstone; Spontaneous imbibition; Sodium dodecyl sulfate; Nuclear magnetic resonance

1006-396X(2015)03-0045-06

2015-03-20

2015-04-26

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目“陸相致密油高效開發(fā)基礎(chǔ)研究”(2015CB250900)。

于馥瑋(1993-)，男，在讀本科生，石油工程專業(yè)，從事油氣田開發(fā)方向研究；E-mail:yufuweicup@163.com。

姜漢橋(1957-)，男，碩士，教授，博士生導(dǎo)師，從事油氣田理論與系統(tǒng)工程研究；E-mail:jianghq@cup.cn。

TE311

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.03.010