崔鵬興，劉雙雙，黨海龍 .

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075)

低滲透油藏滲吸作用及其影響因素研究

崔鵬興，劉雙雙，黨海龍 .

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075)

本文對低滲透油藏滲吸作用動力、滲吸判別參數(shù)、滲吸機理進行了分析，同時對國內外滲吸作用的研究方法進行了闡述。在此基礎上，通過中溫靜壓和脈沖中壓兩組滲吸實驗，對低滲透巖心滲吸驅油規(guī)律進行了分析。實驗結果表明，在54℃時，滲透率為0.2 mD、10 mD、20 mD、100 mD級別巖心的滲吸驅油效率基本都可達20%以上，且隨著滲透率的增加，滲吸驅油效率先增加后降低。低滲透巖心滲吸驅油主要發(fā)生在實驗開始階段，滲吸速度在5 h以內達到最高，而后大幅降低；滲吸驅油效率先大幅增加，隨時間推移，增加幅度減緩。脈沖壓力的幅值和次數(shù)的增加都可以對滲吸效果有較好的促進作用，滲吸驅油效率明顯高于常壓條件，在0.2 mD和4 mD級別的巖心中，2 MPa、4 MPa、6 MPa的脈沖壓力下4 h時巖心的滲吸驅油效率是常壓下的1.7～2.9倍。

低滲透油藏；滲吸；毛細管力；影響因素

低滲透油藏注水開發(fā)時，裂縫中的原油較容易被水驅替，而基質中的原油被水驅替較難。研究發(fā)現(xiàn)，裂縫—基質之間存在滲吸作用，使基質中的原油被注入水置換到裂縫中，進而被水驅替出去，所以滲吸作用是低滲透油藏開發(fā)的一種有效手段。認識滲吸作用及其影響因素對合理開發(fā)低滲透油藏、提高采收率和增加經(jīng)濟效益具有重要意義[1-4]。

1 滲吸的有利條件及判別參數(shù)

1.1 滲吸動力分析

油田中有親水、弱親水等性質的油藏，不管其是孔隙型還是裂縫—孔隙型，在有注入水時均可發(fā)生滲吸作用。滲吸不僅受毛細管力作用，還受重力和浮力的影響(圖1)。

圖1a中，在單純水平等半徑的毛孔中，左右毛細管力大小一致，方向相反，所以毛細管力無效；圖1b中左孔徑大于右孔徑，即右邊的毛細管力大于左邊的，毛細管力可將孔隙中的原油向左驅替；圖1c和圖1d中，原油受毛細管力、重力和浮力的共同影響。

圖1 滲吸動力分析圖Fig.1 Imbibition driving force analysis

1.2 低滲透巖心滲吸的有利條件

1.2.1 巖心的潤濕性

巖心的原始潤濕性影響水相的吸入量與吸入速度，制約著滲吸驅油過程；水潤濕巖心容易發(fā)生滲吸驅油，油潤濕巖心很難發(fā)生滲吸驅油。因此，潤濕性是低滲透油藏滲吸驅油的關鍵性因素，水潤濕是滲吸驅油的有利條件。

1.2.2 滲吸水相的界面張力

毛細管力隨著界面張力的降低而減小，特別低的界面張力不利于滲吸，但界面張力的增大又會使黏附功增大，因此改善裂縫性低滲透油藏的滲吸驅油效果應該選擇適宜的界面張力。

1.3 滲吸機理的判別參數(shù)

(1)

式中σ——油水界面張力，mN/m；φ——多孔介質孔隙度，%；g——重力加速度，cm/s2；H——多孔介質的高度，cm；k——多孔介質的滲透率，mD；Δρ——油水密度差，g/cm3；C——與多孔介質的幾何尺寸有關，對于圓形毛細管模型，C=0.4。

李繼山[6]考慮了潤濕性對滲吸的影響，認為潤濕性影響毛細管力的方向和大小，決定了水能否自發(fā)進入巖心，其在Schechter的基礎上引入潤濕性參數(shù)：

(2)

式中θ——接觸角，°。

(2)E——黏附功降低因子。

黏附功是衡量將原油剝離巖石表面所需要的功，黏附功與接觸角有關，關系式為：

W黏=σ油水(1-cosθ)

(3)

式中W黏——油在巖石表面的黏附功，J；

σ油水——油水界面張力，mN/m。

表面活性劑能降低油水界面張力，也能改變潤濕角，考慮到這兩點，引入黏附功降低因子E：

(4)

式中σ1——表面活性劑溶液與原油的界面張力，mN/m；

σ0——初始條件下油水的界面張力，mN/m；

θ1——表面活性劑在巖石表面的接觸角，°；

θ0——初始條件下水在巖石表面的接觸角，°。

黏附功降低因子用來衡量表面活性劑對滲吸采油的作用大小，黏附功降低使油滴、油膜與巖石表面分離變得較為容易，從而提高滲吸效率。

2 滲吸方式與研究方法

2.1 滲吸方式

裂縫—孔隙型雙重介質的巖石中可存在順向滲吸和逆向滲吸。順向滲吸指水或水溶液吸入的方向與油被排出的方向相同，逆向滲吸指水或水溶液吸入方向與油被排出的方向相反(圖2)。

圖2 滲吸方式圖Fig.2 Imbibition method

2.2 滲吸研究的實驗方法

諸多學者通過室內實驗模擬研究滲吸現(xiàn)象，目前主要的實驗方法有體積法[8]和稱重法。

(1)體積法：通過測量原油或滲吸體系溶液的體積來計算溶液與巖心之間的液體置換量。該方法適用于巖心孔隙體積較大的滲吸，可以很好地觀察滲吸結果。但該方法易受溫度影響，因為溫度的變化會使?jié)B吸體系溶液蒸發(fā)，給實驗帶來誤差。

(2)稱重法：通過測量巖心或滲吸體系溶液的重量變化情況來計算滲吸結果。其中電子自動稱重精度較高，可隨時記錄重量的變化。

兩種方法都在常溫常壓下進行，都能取得較好的結果，且能觀察到滲吸的動態(tài)。

3 低滲透巖心滲吸驅油規(guī)律

3.1 實驗試劑及儀器

(1)實驗試劑：地層水(原始地層抽取的經(jīng)過濾處理后的水，見表1)、注入水(根據(jù)地層配伍性配置的滲吸體系溶液，見表2)、長6原油(溫度為54℃，地面原油密度為0.8535 g/cm3，黏度為6.82 mPa·s)。

(2)實驗儀器：滲析瓶(圖3上部的細長玻璃管用來觀察滲析現(xiàn)象)、恒溫箱、中間容器。

(3)巖心：人造親水巖心。

圖3 滲吸瓶Fig.3 Imbibition bottle

樣品數(shù)層位陽離子/(mg/L)陰離子/(mg/L)Na++K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-pH值總礦化度/(g/L)水型2長61206847977．090948130．0544184．06．0078．43CaCl25長622068610229．065551421．0464181．45．9083．65CaCl2平均206859585．678250480．7504486．85．9582．20CaCl2

表2 注入水水質分析表

3.2 常壓下的滲吸實驗

3.2.1 實驗條件及現(xiàn)象描述

本實驗所用人造親水巖心尺寸為2.5 cm×8 cm，滲透率分別為0.2 mD、4 mD、10 mD、20 mD、100 mD級別，實驗溫度為54℃。在實驗條件下，5組巖心都發(fā)生了原油的滲吸，0.5 h后巖心表面上出現(xiàn)油珠，隨著時間的延長，油珠會變大并上浮至細管液面。

3.2.2 實驗結果分析

由表3可見，5組實驗中都有較大量的原油被置換出來，驅油效率基本上都超過了20%，1-3號巖心滲吸驅油效率最高，達到28.75%。說明滲吸在低滲透油藏驅油中具有重要作用，在開發(fā)中應給予足夠重視。

表3 親水巖心基本參數(shù)及滲吸結果表

圖4、圖5的曲線表明，滲吸驅油主要發(fā)生在滲吸開始的5小時內，該時間段內滲吸速度最快。隨時間延長，滲吸速度變慢，滲吸驅油效率增加幅度變小，在約100小時后滲吸驅油效率不再增加。

圖4 滲吸驅油效率與時間關系圖Fig.4 Imbibition effect of imbibition solution on water-wet core

圖5 巖心滲吸速度與時間關系圖Fig.5 Infiltration rate in water-wet

3.3 脈沖壓力下的滲吸實驗

3.3.1 實驗條件及過程

實驗采用6根2.5 cm×8 cm的短巖心，滲透率分別為0.2 mD和4 mD級別，實驗溫度為54℃，滲吸體系為注入水。巖心參數(shù)見表4。

兩組巖心滲吸開始1 h、2 h、3 h、4 h分別施加2 MPa、4 MPa、6MPa的脈沖壓力。記錄原油滲吸體積，計算滲吸驅油效率。

圖6展示了滲吸驅油效率與滲透率的關系，圖中可以看出滲吸驅油效率隨著滲透率的增加呈先增大后減小的趨勢。

圖6 滲吸驅油效率與滲透率關系圖Fig.6 Relationship of imbibition oil displacementefficiency and permeability

3.3.2 實驗結果分析

脈沖滲吸采收率與脈沖次數(shù)、脈沖壓力密切相關。脈沖壓力相同時，隨脈沖次數(shù)的增加，巖心滲吸驅油效率有不同程度的提高，但提高的幅度隨脈沖次數(shù)的增加越來越低。隨著脈沖壓力的增大，滲吸驅油效率也得到不同程度的提高。

由表4和表3對比可見，在滲透率為0.2 mD和4 mD級別的巖心中，脈沖4次的滲吸驅油效果明顯優(yōu)于常壓滲吸驅油效果。

在滲透率為0.2 mD級別的巖心中，4 h時，施加2 MPa、4 MPa、6 MPa脈沖壓力的滲吸驅油效率分別為常壓下滲吸驅油效率的2.3倍、2.7倍、2.9倍(圖7a)。

表4 低滲親水巖心滲吸實驗基本參數(shù)及結果表

a.0.2 mD級別巖心 b.4 mD級別巖心圖7 脈沖壓力對滲吸驅油效率的影響圖Fig.7 Imbibition effect of imbibition solution on water-wet low permeability core

滲透率為4mD級別的巖心中，4h時，施加2MPa、4MPa、6MPa脈沖壓力的滲吸驅油效率分別為常壓下滲吸驅油效率的1.7倍、2倍、2.3倍(圖7b)。

4 滲吸對低滲透油藏開發(fā)的影響

國內外學者在低滲透油藏開發(fā)滲流機理方面都做了大量的研究工作，國內重點研究包括非達西滲流[9]、啟動壓力、可動流體[10-11]等方面的內容；國外側重研究裂縫與基質之間的交滲能力[12]、基質的潤濕性、束縛水飽和度[13]等因素對滲吸效率的影響，低滲透滲吸結果的歸一化處理[14-15]及提高裂縫性油藏滲吸效率[16]等內容。

4.1 影響滲吸采油的主要因素

影響滲吸采油的因素主要包括基質毛細管力、裂縫與基質滲透率比值、裂縫密度、油水黏度比、滲吸采油的開始時間，以及巖石的潤濕性、溫度等。

(2)裂縫與基質滲透率比值：裂縫與基質滲透率比值越大，滲吸采油效果越好。有研究表明，在其他條件固定時，當從10升到100時，滲吸采收率可從0.4%提高到2%，提高了5倍。

(3)裂縫密度：較大的裂縫密度能促進滲吸采油，這是因為裂縫不僅增加滲吸體系與基質的接觸面積，而且增加了竄流系數(shù)。

(4)油水黏度比：研究表明，油藏滲吸采收率隨油水黏度比增加而降低，說明滲吸采油適合油水黏度比較低的油藏。

(5)壓力波動：實驗表明，存在壓力波動時，滲吸驅油效率明顯增大，且壓力波動越大效果越好。

(6)滲吸采油開始時間：根據(jù)滲吸采油原理，只有裂縫系統(tǒng)被水飽和后，才會引起基質與裂縫間的油水交換。因此，滲吸采油開始的最早時間是生產(chǎn)井見水的時刻。對于裂縫與基質滲透率比值較高的油藏，常規(guī)注水時大量的水流進裂縫系統(tǒng)做無效消耗，滲吸采油開始的時間越早，無效注水越少，效果越好。

4.2 低滲透油田合理滲吸開發(fā)方式

(1)周期注水：周期注水利用提高和降低注水量對油層內部產(chǎn)生不穩(wěn)定壓降，在不同滲透率油層之間產(chǎn)生不穩(wěn)定流動，利用滲吸效應提高驅油效率，同時能降低注水量，減少投入。

(2)階梯注水：階梯注水分為正階梯注水和反階梯注水，都可以在儲層中產(chǎn)生壓力波動，促進滲吸驅油。

(3)其他方法包括間歇抽油、油水井同時開關、周期性生產(chǎn)、水井吞吐等。

5 結論

(2)在注入水配伍性好的情況下，低滲透弱親水巖心可以發(fā)生較好的滲吸驅油，驅油效率一般都能達到20%以上，且隨著滲透率的增加，滲吸驅油效率先增加后降低。

(3) 低滲透巖心滲吸驅油主要發(fā)生在實驗開始階段，滲吸速度由低到高再到低，滲吸驅油效率先大幅度增加，而后增加幅度減緩。

(4)存在壓力脈沖時，滲吸驅油效率明顯高于常壓條件。

(5)在裂縫性低滲透油藏開發(fā)中，大量注入水會沿著裂縫流動，在基質波及效率較低的情況下，利用滲吸法采油是一種較好的途徑。

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The Study of Imbibition in Low Permeability Reservoir and Its Influence Factors

Cui Pengxing， Liu shuangshuang， Dang Hailong

(ResearchInstituteofShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.,Ltd.,Xi＇an,Shaanxi710075,China)

In this paper, the low permeability reservoir permeability suction force and seepage ceiling discriminant parameters and imbibition mechanism are analyzed. Meanwhile, it expounds the research method of imbibition effect at home and abroad. On the basis of this, through the design of the experimental device for the low permeability core permeability and oil displacement of the law of the analysis, carried out in the middle temperature static pressure and pulse pressure of the two groups of permeability experiment. Experimental results show that in 54℃ and permeability is 0.2 mD, 10 mD, 20 mD, 100 mD level core imbibition drive oil efficiency can reach more than 20% and the imbibition displacement efficiency of oil increased first and decreased with the increase of permeability. Low permeability core permeability ceiling displacement mainly occurs at the beginning of the experiment stage, the infiltration rate in less than 5 hours to maximum and then decreases to a great extent; imbibition drive oil efficiency substantially increased, with the passage of time, the rate of increase slowed. Pulse pressure amplitude and frequency of imbibition effect have a good role in promoting, imbibition displacement efficiency of oil is significantly higher than that in normal conditions and in the hearts of the rock 0.2 mD and 4 mD level. 2 MPa, 4 MPa, 6 MPa pulse pressure 4 hours of core permeability ceiling oil displacement efficiency is under atmospheric pressure of 1.7～2.9times.

low permeability reservoir; imbibition; capillary pressure; influence factors

TE348

A

*第一作者簡介：崔鵬興(1986—)，男，碩士，主要從事油氣田開發(fā)工作。郵箱：172209810@qq.com.