牟瑛順 劉莉娜 房 萍 劉雪濤 魯 娜 門曉園

（中國石油華北油田分公司第三采油廠 河北河間 062450）

致密儲層潤濕性研究與應用

牟瑛順 劉莉娜 房 萍 劉雪濤 魯 娜 門曉園

（中國石油華北油田分公司第三采油廠 河北河間 062450）

本文通過評價幾種表活劑在儲層溫度和礦化度下的水穩(wěn)定性并在富含粘土的砂巖上測量接觸角，對儲層巖心進行滲吸試驗。結(jié)果表明：使用一定濃度的表活劑溶液可實現(xiàn)礦物板的潤濕反轉(zhuǎn)；通過在致密油濕或中性潤濕砂巖巖心上進行的自發(fā)吸入試驗獲得較潤濕反轉(zhuǎn)前68%的滲吸增量；通過數(shù)值模擬進行的參數(shù)研究結(jié)果表明，原油回收率隨著潤濕性改變而顯著變化，且與斷裂密度和原油粘度相關(guān)。

滲吸；潤濕性；表面活性劑；水穩(wěn)性；數(shù)值模擬

由于水平井鉆井技術(shù)及大規(guī)模水力壓裂技術(shù)的快速發(fā)展，目前致密油藏已形成一套有效的早期開發(fā)模式。但總體上致密儲層原始滲吸效率仍然低于10%。探索并掌握裂縫性致密油藏提高滲吸效率技術(shù)對目前致密油藏的高效開發(fā)是一個挑戰(zhàn)：油相濕潤且微裂縫發(fā)育的儲層，通過注水回收效率非常低，因為原油很難通過自發(fā)滲吸而采出。該類儲層中的原油的滲吸效率主要取決于基質(zhì)的潤濕性能。本文主要研究基于潤濕性改變裂縫性致密油藏提高滲吸效率技術(shù)。

本文研究目的為在原油藏溫度（設定為60℃）下找到可用于改變致密砂巖潤濕性的表面活性劑。在油藏溫度下，通過調(diào)節(jié)礦化度研究表活劑的水穩(wěn)定性，并使用旋轉(zhuǎn)液滴張力計在不同礦化度下測量原油-水界面張力。在粘土礦物上測量原油-表面活性劑溶液接觸角。通過在兩種不同礦化度下的滲吸實驗定量測量表活劑的效果。

1 實驗方法與準備

1.1 實驗材料

本實驗共測試了八種陰離子表面活性劑（A3、A4、A7、A8為內(nèi)烯烴磺酸鹽，A1、A2、A5、A6為醚硫酸鹽）和三種非離子表面活性劑（N1、N2和N3）。地層鹽水含有132g/L的溶解鹽，詳細組成見表1。接觸角測試在石英礦物板上進行，并在具有0.01-0.1mD范圍內(nèi)的儲層巖心上進行滲吸實驗。

表1 地層鹵水組成

1.2 接觸角測量

測試在油藏溫度（60℃）下具有水穩(wěn)性的表活劑對石英板潤濕性的改變。將老化后的石英板浸入表活劑溶液中，并觀察接觸角的變化至少2天。

圖1 實驗所用礦物板

圖2顯示浸沒在滲吸瓶中的表活劑/鹽水溶液中的方英石板上的油滴圖片，表2給出接觸角值。結(jié)果顯示，非離子表面活性劑N1，N2和N3改變了接觸角，但效果不明顯。同時還觀察到表活劑中乙氧基數(shù)量（最多在N3中，最少在N1中）與潤濕接觸角的減小量正相關(guān)的現(xiàn)象。

圖2 浸沒在表面活性劑/鹽水溶液中的石英板上的原油滴

表2 接觸角結(jié)果

2 自發(fā)吸入實驗

為檢測陰離子表活劑的實際效果，現(xiàn)將使石英板的潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)的表活劑用于致密巖心的滲吸實驗。將老化巖心置于由充滿鹽水與表活劑的滲吸瓶中?？傆嬤M行十次滲吸實驗，所使用的巖心物性、流體性質(zhì)及實驗結(jié)果如表3所示。

表3 巖心自發(fā)滲吸結(jié)果列表

圖3顯示了十次自發(fā)吸入實驗的采收率與時間的關(guān)系曲線。其中無表活劑的實驗得到了最低的采收率，為15%，而隨著水相在巖心孔隙內(nèi)的飽和度上升，滲吸速率逐漸降低，且原油滲吸效率的初始速率在不同組之間變化顯著。

圖3 自發(fā)滲吸的原油回收率

3 數(shù)值模擬實驗

3.1 參數(shù)界定

在前人的研究中，有些學者提出了針對表活劑性質(zhì)進行參數(shù)分析的數(shù)值模擬分析框架，以便在室內(nèi)試驗之后對表活劑參數(shù)進行更加廣泛的分析。通過MATLAB編程，并使用3D有限體積、兩相、四分量隱式數(shù)值方案編制出一套數(shù)值模擬分析程序。

這里假設毛細管壓力是飽和度的函數(shù)，且符合冪律模型。

3.2 單因素分析

為了比較巖心尺度的數(shù)值模擬與室內(nèi)滲吸結(jié)果，驗證程序的可靠性，進行數(shù)值模擬實驗，分別分析了潤濕性改變程度、裂縫間距和原油粘度對原油滲吸采收率及滲吸速率的影響。

圖4 滲吸效率單因素分析數(shù)值模擬

圖4a顯示了數(shù)值模擬和表3實驗2數(shù)據(jù)之間的比較關(guān)系。模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)具有良好的匹配性。

通過將接觸角從150°的初始值變化到90°（中性濕潤）、88°（輕微水濕）、75°（水濕），直至60°（強水濕），研究潤濕性改變對原油回收率的影響。由數(shù)模結(jié)果同樣觀察到隨著巖心水濕程度的增加，滲吸效率增加，如圖4b所示。

圖4c示出了通過改變裂縫間隔獲得的模擬結(jié)果，分別對應1倍、2倍、5倍、及10倍巖心直徑。結(jié)果表明，隨著裂縫間距的增大和流體的運移距離增加，原油回收率降低。圖4d顯示了原油粘度對滲吸采收率的影響。結(jié)果顯示原油采收率隨粘度的增加而降低。

4 結(jié)論

（1）陰離子表活劑較非離子表活劑更能改變巖心潤濕性。且在陰離子表活劑中，內(nèi)烯烴磺酸鹽比醚硫酸鹽顯示出更好的水穩(wěn)定性。

（2）陰離子表面活性劑的界面張力隨著礦化度的增加而降低，這是由于礦化度的增加導致表活劑離子與鹽離子在水中存在配位競爭。

（3）當巖心潤濕性由中性潤濕變?yōu)槿跛疂駮r，由于滲吸過程是在毛管力驅(qū)動下逆流吸收，潤濕接觸角的輕微變化也能顯著提高滲吸采收率。

（4）數(shù)值模擬的實驗結(jié)果表明，原油滲吸采收率與孔隙表面的水濕程度、裂縫密度正相關(guān)，與原油粘度負相關(guān)，且縫密度的改變對滲吸采收率的影響程度要高于原油粘度的改變

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