馮雪鋼，岳湘安，安維青，鄒積瑞

（1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

儲(chǔ)層潤濕性對(duì)水驅(qū)油效率的影響一直以來是石油開采領(lǐng)域備受關(guān)注的熱點(diǎn)問題，其基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)在長(zhǎng)期研究中逐漸清晰。KYTE 等利用實(shí)際儲(chǔ)層巖心進(jìn)行水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)水濕巖心水驅(qū)油效率高于中等潤濕巖心［1］。部分學(xué)者對(duì)中等潤濕（或弱水濕）巖心與強(qiáng)水濕巖心水驅(qū)油效率差異進(jìn)行對(duì)比，得到與KYTE 一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果［2-7］。據(jù)此傳統(tǒng)主流觀點(diǎn)認(rèn)為在中等潤濕（或弱水濕）至強(qiáng)水濕范圍，儲(chǔ)層親水性越強(qiáng)，水驅(qū)油效率越高。RATHMELL 等得到了不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即中等潤濕巖心水驅(qū)油效率明顯高于強(qiáng)水濕巖心［8-9］。筆者認(rèn)為導(dǎo)致這2 種看似矛盾認(rèn)識(shí)的原因是受當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)條件所限，關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)用巖心的潤濕性無法準(zhǔn)確控制，評(píng)價(jià)巖心潤濕性的指標(biāo)參數(shù)尚未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一量化和精確測(cè)量，所使用親水和強(qiáng)水濕的概念實(shí)際上均為很寬的潤濕性范圍。MORROW 等采用原油浸泡方法制作潤濕指數(shù)（WI）為-0.48～0.88 的巖心進(jìn)行水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，首次提出從油濕到水濕范圍內(nèi)水驅(qū)油效率隨潤濕指數(shù)變化的非單調(diào)相關(guān)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)水驅(qū)油效率峰值對(duì)應(yīng)的臨界潤濕指數(shù)在0 附近（中等潤濕至弱水濕）［10-11］。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了水驅(qū)油效率與潤濕指數(shù)的非單調(diào)相關(guān)規(guī)律［12-16］，并確定水驅(qū)油效率峰值對(duì)應(yīng)的臨界潤濕指數(shù)約為0.2（弱水濕）［17］。

以往有關(guān)潤濕性對(duì)水驅(qū)油效率影響的研究，多數(shù)以中高滲透油藏為對(duì)象，實(shí)驗(yàn)用巖心的滲透率為100～2 000 mD［3-11］。僅有少數(shù)學(xué)者進(jìn)行了低滲透巖心潤濕性對(duì)水驅(qū)油效率影響的實(shí)驗(yàn)［18-19］，所得定性結(jié)果與高滲透巖心一致，中等潤濕或弱水濕低滲透巖心水驅(qū)油效率高于親水性和親油性低滲透巖心［18-20］。而大量開采實(shí)踐表明低（特低）滲透油藏水驅(qū)特征及效果與中高滲透油藏具有明顯差異，其中低（特低）滲透油藏潤濕性對(duì)水驅(qū)特性的影響與中高滲透油藏是否存在差異，迄今尚未見相關(guān)研究。為此，筆者應(yīng)用巖心潤濕性模擬專利技術(shù)［21-22］，制作潤濕指數(shù)為-0.7～0.7 的巖心，開展特低滲透巖心和中高滲透巖心水驅(qū)油的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，探討特低滲透與中高滲透巖心的潤濕性對(duì)水驅(qū)特性影響的主要差異，以期為特低滲透油藏的開采技術(shù)提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)器材與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

設(shè)計(jì)潤濕指數(shù)分別為0.7，0.4，0.1，-0.4 和-0.7的強(qiáng)水濕、弱水濕、中等潤濕、弱油濕和強(qiáng)油濕均質(zhì)巖心（表1），其中1?！?＃巖心滲透率屬中高滲透率，約為200 mD；6＃—10＃巖心滲透率屬特低滲透率，約為2 mD。

表1 巖心基本參數(shù)Table1 Basic core parameters

實(shí)驗(yàn)用油為中國某油田脫氣脫水原油與煤油配制而成，原油黏度為1.8 mPa·s。實(shí)驗(yàn)用水為某油田模擬地層水，總礦化度為12 875 mg/L；Mg2+，Ca2+，Na+和Cl-質(zhì)量濃度分別為201.31，334.26，4 526.75和7 813.34 mg/L。實(shí)驗(yàn)溫度為50 ℃。實(shí)驗(yàn)儀器包括恒溫箱、巖心驅(qū)替裝置和雙缸泵等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

水驅(qū)實(shí)驗(yàn)具體步驟包括：①對(duì)巖心抽真空4～6 h，飽和地層水并測(cè)定孔隙體積和孔隙度。②實(shí)驗(yàn)用油及巖心在50 ℃的恒溫箱中恒溫4 h。③飽和原油，計(jì)算含油飽和度。④以0.5 m/d的注入速度進(jìn)行水驅(qū)（圖1），水驅(qū)至沒有原油產(chǎn)出且累積注入2 PV的水時(shí)結(jié)束，記錄水驅(qū)油過程中壓力和含水率并計(jì)算水驅(qū)油效率。

圖1 水驅(qū)實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Devices for waterflooding experiment

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同巖心潤濕性對(duì)含水特性影響的差異

通過水驅(qū)實(shí)驗(yàn)獲得3種潤濕指數(shù)的特低滲透和中高滲透巖心的含水率，由圖2 可以看出含水率隨著注入量的增加先快速上升后趨于穩(wěn)定。特低滲透與中高滲透巖心的潤濕性對(duì)含水特性影響的差異由與含水率相關(guān)的3 個(gè)特征值來分析：一是表征水驅(qū)油過程中含水率上升快慢的平均含水上升速率；二是表征水驅(qū)前緣突破速度快慢的水驅(qū)前緣突破注入量；三是表征特高含水期開采時(shí)間的特高含水期注入量。

圖2 不同潤濕性巖心含水率隨注入量的變化Fig.2 Variation of water cut of cores with different wettability with injection volume

2.1.1 平均含水上升速率

依據(jù)實(shí)測(cè)含水率可計(jì)算平均含水上升速率，其表達(dá)式為：

其中：

為統(tǒng)一對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，所有巖心水驅(qū)實(shí)驗(yàn)計(jì)算平均含水上升速率的注入量上限值取1.0 PV。由圖3 可以看出，潤濕性對(duì)特低滲透和中高滲透巖心平均含水上升速率影響趨勢(shì)相似，中等潤濕（WI=0.1）巖心的平均含水上升速率低于強(qiáng)水濕（WI=0.7）和強(qiáng)油濕（WI=-0.7）巖心；巖心潤濕性越偏離中等潤濕，即潤濕指數(shù)的絕對(duì)值越大，平均含水上升速率越大。潤濕性對(duì)特低滲透巖心平均含水上升速率的影響幅度與中高滲透巖心差異較大。特低滲透巖心潤濕性對(duì)平均含水上升速率的影響幅度較小，僅為3.4%。中高滲透巖心潤濕性對(duì)平均含水上升速率的影響幅度較大，高達(dá)21.5%。中等潤濕特低滲透巖心的平均含水上升速率遠(yuǎn)高于中高滲透巖心，這一現(xiàn)象與實(shí)際油藏水驅(qū)開采特性一致。

圖3 潤濕性對(duì)平均含水上升速率的影響Fig.3 Effect of wettability on rising rate of average water cut

2.1.2 水驅(qū)前緣突破注入量

潤濕指數(shù)對(duì)特低滲透和中高滲透巖心的水驅(qū)前緣突破注入量影響趨勢(shì)一致（圖4）：中等潤濕巖心的水驅(qū)前緣突破注入量高于強(qiáng)水濕和強(qiáng)油濕巖心；巖心潤濕性越偏離中等潤濕，即潤濕指數(shù)絕對(duì)值越大，水驅(qū)前緣突破注入量越小，水驅(qū)前緣突破速度越快。由此推斷，特低滲透和中高滲透均質(zhì)油藏，在不考慮其他因素的條件下，親油性和親水性越強(qiáng)，水驅(qū)前緣突破速度越快。潤濕指數(shù)為-0.7～0.7時(shí)，特低滲透巖心的水驅(qū)前緣突破注入量均明顯低于中高滲透巖心，即特低滲透油藏水驅(qū)前緣突破速度明顯高于中高滲透油藏。

圖4 潤濕性對(duì)水驅(qū)前緣突破注入量的影響Fig.4 Influence of wettability on breakthrough injection volume of waterflooding front

2.1.3 特高含水期注入量

按照通常的劃分標(biāo)準(zhǔn)，含水率高于90%的開采階段為特高含水期。在相同注入速度條件下，以巖心水驅(qū)實(shí)驗(yàn)含水率為90%～98%時(shí)的注水量即特高含水期注入量可作為特高含水期開采時(shí)間的表征參數(shù)。由圖5 可見，特低滲透巖心潤濕性對(duì)特高含水期注入量影響的趨勢(shì)與中高滲透巖心差異較大，中高滲透巖心的特高含水期注入量與潤濕指數(shù)呈明顯的凸型非單調(diào)相關(guān)性，而特低滲透巖心特高含水期注入量與潤濕指數(shù)呈單調(diào)遞增關(guān)系。

圖5 潤濕性對(duì)特高含水期注入量的影響Fig.5 Influence of wettability on injection volume in ultra-high water cut period

特低滲透巖心潤濕性對(duì)特高含水期注入量的影響幅度較小，從強(qiáng)油濕至強(qiáng)水濕，特高含水期注入量增加了0.2 PV；中高滲透巖心潤濕性對(duì)特高含水期注入量的影響幅度較大，潤濕指數(shù)為-0.7～0.7時(shí)，影響幅度高達(dá)196.7%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中高滲透中等潤濕巖心水驅(qū)油過程中特高含水期開采時(shí)間較長(zhǎng)，而特低滲透中等潤濕巖心水驅(qū)的特高含水期開采時(shí)間較短。這與特低滲透油藏和中高滲透油藏水驅(qū)開采特性一致。

2.2 不同巖心潤濕性對(duì)水驅(qū)壓力梯度影響的差異

特低滲透和中高滲透巖心水驅(qū)油過程中實(shí)測(cè)壓力梯度隨著注入量的增加先升高到峰值再下降并趨于平緩（圖6），變化曲線有2 個(gè)典型特征值：一是水驅(qū)峰值壓力梯度即整個(gè)水驅(qū)油過程中的最大壓力梯度；二是水驅(qū)平衡壓力梯度即水驅(qū)至殘余油飽和度狀態(tài)的壓力梯度平穩(wěn)值。特低滲透巖心潤濕性對(duì)水驅(qū)壓力梯度的動(dòng)態(tài)特征，特別是對(duì)水驅(qū)平衡壓力梯度的影響規(guī)律和幅度與中高滲透巖心有明顯的差異。

圖6 水驅(qū)壓力梯度隨注入量的變化Fig.6 Variation of waterflooding pressure gradient with injection volume

由表2可以看出特低滲透和中高滲透巖心的水驅(qū)峰值壓力梯度隨著巖心親水性的增強(qiáng)而降低；潤濕性對(duì)特低滲透巖心水驅(qū)峰值壓力梯度影響較小，強(qiáng)油濕巖心的水驅(qū)峰值壓力梯度比強(qiáng)水濕巖心高5%；潤濕性對(duì)中高滲透巖心水驅(qū)峰值壓力梯度影響較大，強(qiáng)油濕巖心的水驅(qū)峰值壓力梯度比強(qiáng)水濕巖心高32%。

表2 不同潤濕性巖心的水驅(qū)峰值壓力梯度和水驅(qū)平衡壓力梯度Table2 Peak waterflooding pressure gradient and equilibrium waterflooding pressure gradient of cores with different wettability

潤濕性對(duì)特低滲透巖心水驅(qū)平衡壓力梯度的影響較大，潤濕性越偏離中等潤濕，水驅(qū)平衡壓力梯度越高；特低滲透強(qiáng)油濕巖心的水驅(qū)平衡壓力梯度比中等潤濕巖心高30%，強(qiáng)水濕巖心的水驅(qū)平衡壓力梯度比中等潤濕巖心高12%。中高滲透巖心在強(qiáng)油濕至中等潤濕區(qū)間，潤濕性對(duì)水驅(qū)平衡壓力梯度的影響較明顯，增幅為25%；而在中等潤濕至強(qiáng)水濕區(qū)間，潤濕性對(duì)中高滲透巖心水驅(qū)平衡壓力梯度的影響不明顯，增幅僅為4%。

2.3 不同巖心潤濕性對(duì)采油特性影響的差異

特低滲透與中高滲透巖心的水驅(qū)油效率隨著注入量的增加先快速上升后趨于平衡，3 種不同潤濕性巖心的水驅(qū)油效率變化曲線在形態(tài)和高度上均存在著差異（圖7）。

圖7 水驅(qū)油效率隨注入量的變化Fig.7 Variation of oil displacement efficiency with injection volume

結(jié)合含水率、注入量以及水驅(qū)油效率可得到3個(gè)特征值來分析特低滲透與中高滲透巖心潤濕性對(duì)采油特性影響的差異：一是無水驅(qū)油效率即含水率為0 的無水開采期內(nèi)，水驅(qū)前緣突破注入量對(duì)應(yīng)的水驅(qū)油效率；二是特高含水期采油量占比即含水率大于90%的特高含水期內(nèi)，采油量在總采油量中所占的比例；三是極限驅(qū)油效率即含水率達(dá)到100%的水驅(qū)油效率。

2.3.1 無水驅(qū)油效率

特低滲透和中高滲透巖心潤濕性對(duì)無水驅(qū)油效率影響（圖8）具有相似趨勢(shì)：中等潤濕巖心的無水驅(qū)油效率高于強(qiáng)水濕和強(qiáng)油濕巖心；巖心潤濕性越偏離中等潤濕，即潤濕指數(shù)的絕對(duì)值越大，無水驅(qū)油效率越小?？梢娞氐蜐B透和中高滲透均質(zhì)油藏，潤濕性越趨近中等潤濕，無水驅(qū)油效率越高。潤濕指數(shù)為-0.7～0.7 時(shí)，特低滲透巖心的無水驅(qū)油效率均明顯低于中高滲透巖心，即強(qiáng)油濕、中等潤濕和強(qiáng)水濕特低滲透油藏的無水驅(qū)油效率明顯低于中高滲透油藏。

圖8 潤濕性對(duì)無水驅(qū)油效率的影響Fig.8 Influence of wettability on water-free oil displacement efficiency

2.3.2 特高含水期采油量占比

特低滲透和中高滲透且潤濕指數(shù)接近于0的巖心特高含水期采油量占比均低于強(qiáng)油濕和強(qiáng)水濕巖心（圖9）。特低滲透和中高滲透均質(zhì)油藏，在不考慮其他因素的條件下，潤濕性越偏離中等潤濕，特高含水期采油量占比越高。

圖9 潤濕性對(duì)特高含水期采油量占比的影響Fig.9 Influence of wettability on percentage of oil production at ultra-high water cut stage

2.3.3 極限驅(qū)油效率

潤濕性對(duì)特低滲透和中高滲透巖心水驅(qū)極限驅(qū)油效率的影響（圖10）具有相似趨勢(shì)：中等潤濕巖心極限驅(qū)油效率最高；強(qiáng)水濕和強(qiáng)油濕巖心的極限驅(qū)油效率明顯低于中等潤濕巖心。潤濕性對(duì)特低滲透巖心極限驅(qū)油效率影響幅度與中高滲透巖心差異較大。特低滲透巖心潤濕性對(duì)極限驅(qū)油效率的影響幅度較大，中等潤濕與強(qiáng)油濕相比，極限驅(qū)油效率相對(duì)增幅為44.4%。中高滲透巖心潤濕性對(duì)極限驅(qū)油效率的影響幅度較小，中等潤濕與強(qiáng)油濕相比，極限驅(qū)油效率相對(duì)增幅僅為17.4%。由此可見，潤濕性對(duì)特低滲透油藏水驅(qū)油效率的影響比中高滲透油藏更加敏感。在特低滲透油藏實(shí)現(xiàn)潤濕性從油濕向中等潤濕轉(zhuǎn)變，提高水驅(qū)油效率的潛力遠(yuǎn)大于中高滲透油藏。

圖10 潤濕性對(duì)極限驅(qū)油效率的影響Fig.10 Influence of wettability on ultimate oil displacement efficiency

3 結(jié)論

特低滲透和中高滲透巖心的潤濕性越偏離中等潤濕，水驅(qū)前緣突破速度越快，平均含水上升速率越大；潤濕性對(duì)特低滲透巖心影響幅度遠(yuǎn)高于中高滲透巖心。弱水濕特低滲透巖心的特高含水期開采時(shí)間比弱水濕中高滲透巖心短；潤濕性對(duì)中高滲透巖心特高含水期開采時(shí)間的影響幅度遠(yuǎn)大于特低滲透巖心；潤濕性對(duì)特低滲透巖心水驅(qū)平衡壓力梯度的影響較大，潤濕性越偏離中等潤濕水驅(qū)平衡壓力梯度越高；潤濕性對(duì)中高滲透巖心水驅(qū)平衡壓力梯度的影響不明顯。

特低滲透和中高滲透均質(zhì)油藏潤濕性越偏離中等潤濕，無水驅(qū)油效率和極限驅(qū)油效率越低，特高含水期采油量占比越高。潤濕性對(duì)特低滲透油藏水驅(qū)油效率的影響比中高滲透油藏更加敏感；特低滲透油藏潤濕性從油濕向中等潤濕轉(zhuǎn)變，提高水驅(qū)油效率的潛力遠(yuǎn)大于中高滲透油藏。

符號(hào)解釋

fw——含水率，%；

I——注入量，PV；

I0——某一個(gè)特定的注入量，PV；

Vw——平均含水上升速率，%；

WI——潤濕指數(shù)，無量綱。