界面张力对低渗油藏CO2驱油气相对渗透率曲线的影响

舒晓辉（中国石化集团公司办公厅，北京 100728）

CO2驱过程一般被划分为非混相驱和混相驱。非混相驱过程中，注入气通过与油藏流体的相互作用，使得原油黏度降低，体积膨胀，驱替相与被驱替相的流度比改善，界面张力降低，从而增大毛管数，降低残余油饱和度，提高原油采收率。在混相驱中，注入气与原油间的界面张力为零，毛管数增至无穷大，驱替相与被驱替相间形成混相，驱替效果达到最佳［1］。显然，CO2驱过程中，油藏流体之间的界面相互作用及油藏流体与岩石的界面相互作用控制着CO2驱油过程中地层流体的渗流特性，影响原油的最终采收率。国内外对于CO2与原油间的界面特性进行了广泛研究，目前普遍应用轴对称悬滴分析法进行高温高压下CO2与流体间的界面张力值测定，得到了温度、压力、流体类型等对界面张力特性的影响规律［2～4］。然而，关于气驱过程中界面张力变化特性及其对相对渗透率的影响规律研究较少［5］。笔者针对腰英台油藏条件，开展了目标油藏CO2驱过程中界面特性和相对渗透率曲线（以下简称 “相渗曲线”）测定试验，明确了界面张力变化对相渗曲线的影响规律。

1 CO2驱过程中的油气界面张力试验

通过高温高压界面张力仪，运用轴对称悬滴形状分析ADSA技术对高压视窗中的油滴形状进行分析，然后应用计算机图像处理系统和相应的数学方程计算得到界面张力值。

从图1可知，CO2与原油的界面张力随着体系压力的增大，逐步降低；当体系压力较大时，CO2与原油间的界面张力降低幅度变缓；当体系压力持续增大时，油气界面张力值并没有达到零值。

图1 CO2与原油间界面张力与体系压力的关系

2 低渗油藏CO2驱油气相渗曲线测定

油气相渗曲线由非稳态相渗试验方法进行气驱油试验得到。记录气驱过程中岩样出口端各个时刻的产油量、产气量等数据，运用非稳态JBN（Johnson，Bossier和Naumann）方法计算岩样的油气相对渗透率和对应的饱和度。试验温度为腰英台油藏条件，油藏温度为97.53℃，试验压力8.6、22.6、34.9MPa， 岩 心 渗 透 率 为4.0mD。

对气－油－岩石系统来说，气相为非润湿相，原油为润湿相。由图2中可知，不同回压下的气油相渗曲线形态相近，即随着岩心中含气饱和度（Sg）的增大，油相相对渗透率（Kro）急剧降低，气相相对渗透率（Krg）缓慢增大，且初期的气相相对渗透率远远低于油相相对渗透率。随着体系压力的增大，等渗点饱和度逐步增大，两相渗流区域逐步扩大，气相相对渗透率逐步增大。

图2 不同压力下的油气相对渗透率曲线

3 界面张力对油气相渗曲线的影响

CO2驱过程中，CO2不断抽提原油中的轻质组分。同时，CO2不断扩散溶解进入原油中。这两者的相互作用使得气油间的界面张力不断降低，直至界面张力为零达到混相状态。绘制不同压力下的相渗曲线与界面张力间的关系，结果如图3所示。从图3中可以看到，气油相渗曲线形态受气油界面张力影响较大。随着界面张力的降低，油相相对渗透率下降幅度变缓，气相相对渗透率增大幅度加快，且较低界面张力下的相渗曲线的两相流动区域逐步变宽，残余油状态下的气相相对渗透率更大。界面张力对相渗曲线形态的影响趋势表明，界面张力的减小使得油、气相渗曲线形态逐步靠近。当界面张力接近零时，残余油饱和度朝零的方向下降，此时的油、气相渗曲线接近直线，即油气相渗曲线将会是交叉的对角直线。

究其原因，主要是由于当CO2注入岩心后，首先占据了岩心孔隙中的大孔道。当含气饱和度偏低时，这部分气体以分散形式存在，阻碍了岩石中原油的流动，从而使得油相相对渗透率急剧降低。当气体饱和度逐步增大，气相逐步形成连续相，气相相对渗透率有所提高。随着油藏压力的增大，气油间的界面张力急剧降低，毛管数逐步增大，残余油饱和度降低，使得油气两相渗流区域增大，残余油饱和度状态下的气相相对渗透率增大。当界面张力为零时，此时毛管数为无穷大，残余油饱和度为零，油气相渗曲线为对角直线。

图3 界面张力对油气相对渗透率曲线的影响

4 结 论

1）随着体系压力的增大，CO2与原油间的界面张力急剧降低；当压力较大时，界面张力降低幅度变缓；在很高的压力下，CO2与原油间的界面张力不为零。

2）随着油藏压力的增大，CO2与原油间的相渗曲线的等渗点逐步向右偏移，两相渗流区域逐步拓宽，残余油饱和度逐步降低，端点气相相对渗透率逐步增大。

3）油藏压力的增大，导致CO2与原油间的油气界面张力降低，使得油气相渗曲线向着对角直线型方向偏移，这有利于降低残余油饱和度，提高CO2驱油效率。

［1］Jarrell P M，Fox C，Stein M，et al.Practical aspects of CO2flooding ［J］.SPE Monograph Series，2002，22：1～2.

［2］Yang Daoyong，Gu Yongan.Interfacial interactions between crude oil and CO2under reservoir conditions ［J］.Petroleum Science and Technology，2005，23（9－10）：1099～1112.

［3］Rao Dandina N，Lee Jong I.Determination of gas－oil miscibility conditions by interfacial tension measurements ［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2003，262（2）：474～482.

［4］王海涛，伦增珉，骆铭，等 .高温高压条件下CO2／原油和N2／原油的界面张力 ［J］.石油学报，2011，32（1）：177～180.

［5］Ning Liu，Sachin Ghorpade，Lee Harris，et al.The effect of pressure and temperature on brine－CO2relative permeability and IFT at reservoir conditions ［J］.SPE139029，2010.