毛细管压力曲线构造中半渗透隔板法研究

董大鹏，王瑞晗，金禹含 （中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆163712）

在很多油藏工程工作中，如通过原生水饱和度来计算石油地质储量、确定过渡带的高度和模拟自吸水驱油或水驱油的过程，都需要了解毛细管压力与含水饱和度之间的关系。因此，毛细管压力是进行油藏评价的一项重要参数［1］。目前，实验室构造毛细管压力曲线的方法主要有3种［2］：压汞法、离心机法和半渗透隔板法，上述方法的基本原理相同，但试验中使用的流体、加压方式以及所需时间不同，且各具特点：压汞法的构造速度快，但试验条件与储层条件相差很大，并且水银有毒，危害操作人员的健康；离心机法的测试速度比较快，并且可以使用油／水、油／气或气／水作为试验流体，但计算繁琐，试验设备也比较复杂；半渗透隔板法的试验条件最接近真实储层条件，但试验周期太长，往往需要几个月的时间，难以满足实际生产的需要，从而限制了该方法的广泛应用。针对上述情况，Jennings等［3］首先提出用一种微孔薄膜来代替传统的陶瓷隔板，对半渗透隔板法进行了相应改进。下面，笔者对毛细管压力曲线构造中改进的半渗透隔板法进行了研究。

1 传统半渗透隔板法

1.1 试验方法

传统的半渗透隔板法试验涉及如下内容：驱替压力时使用氮气或抽真空；半渗透隔板材料为陶瓷、玻璃、粉末金属烧结板等；计量时可通过刻度管直接读出产出液的体积；饱和度计算时通过岩心中驱替出的水 （油）体积可计算出岩心中的含水饱和度；将油（水）驱替出一定喉道的驱替压力即为相应的毛细管压力。试验装置图如图1所示。

图1 低压油驱水半渗透隔板仪

1.2 试验过程 （以油驱水为例）

传统的半渗透隔板法的试验过程主要包括如下几方面：①岩心洗油、烘干及称重，并构造其几何尺寸、孔隙度和空气渗透率。②对隔板进行试漏，测出隔板的突破压力。③用地层盐水饱和岩心。④逐渐升高驱替压力，每达到一个压力点，待系统稳定后 （压力稳定，产液不再增加），读取压力及排出水的体积。然后将压力升到下一压力点，进行下一次读数，直到预定的最高压力 （不少于7个压力点）。⑤用压力和饱和度数据作图，得到毛细管压力曲线。

2 改进的半渗透隔板法

2.1 微孔薄膜材料

传统的半渗透隔板法使用陶瓷隔板，其厚度大（一般为0.5cm），孔隙半径小，渗透率通常很低。因此，这种隔板对于驱替相往往需要很高的启动压力，这导致构造一条10个压力点的毛细管压力曲线至少需要几个月的时间。与传统的陶瓷隔板相比，微孔薄膜的厚度要小的多。这样薄膜对流经的流体阻力很小，构造毛细管压力曲线的时间基本上只取决于流体流过岩心的阻力，也就是薄膜不会造成额外的试验时间。与传统的陶瓷隔板相比，微孔薄膜的厚度很小［4］。以Polycarbonate油湿薄膜 （见图2）为例，其厚度为0.0006cm，这样薄膜对流经的流体阻力很小，因而构造毛细管压力曲线的时间基本上只取决于流体流过岩心的阻力，用较短的时间即可构造一条10个压力点的毛细管压力曲线。

图2 Polycarbonate薄膜微观结构图

2.2 含水饱和度

1）通过岩心出口端产液量计算含水饱和度 关于驱替过程中岩心含水饱和度的计算，通常采用的方法是根据所计量的岩心出口端产液量，利用物质守恒定律求得在驱替过程中岩心含水饱和度在驱替过程中的变化。关于岩心出口端产液量的计量，最常用的方法是用量筒直接读取。这种方法最大的优点是简便易行，其缺点是人工构造容易出现误差，为了减少误差，目前已研究出自动化读取的方法，其构造精度为±0.05ml［5］。

2）直接监测含水饱和度 1996年，Honarpour提出用微波技术直接监测驱替过程中岩心含水饱和度的变化［6］。这种技术的优点包括：①可以构造沿岩心长度上各点的含水饱和度；②通常使用的基于物质守恒定律求取含水饱和度的办法会受到岩心末端效应的影响，而微波装置不受此影响。

2.3 试验过程

传统半渗透隔板法包括驱替和自吸2个过程，而Longeron利用微孔薄膜法将试验过程拓展到整个毛细管压力曲线循环中，具体内容如下［1］：①用模拟油将饱和水的岩心驱至束缚水状态，得出毛细管压力周期的起始点。②水逐渐自吸吸入，直到毛细管力降为零。③继续水驱至残余油状态。④自吸油驱水。⑤二次油驱。通过上述过程可得到4条 （自吸水、水驱、自吸油和油驱）毛细管压力曲线（见图3和图4），这样可以更好地量化岩心的润湿性，从而实现毛细管压力与润湿性的联测，最终提高半渗透隔板法的操作效率。

图3 自吸水和水驱的毛细管压力曲线图

图4 自吸油和油驱的毛细管压力曲线图

3 结论与建议

（1）在构造毛细管压力曲线的各种方法中，半渗透隔板法的构造结果最为精确，但耗时太长，难以满足试验要求。用微孔薄膜代替传统的陶瓷隔板，可以大大缩短试验时间。

（2）在岩心含水饱和度的监测中，应尽量采用自动化读取岩心出口端产液量的方法，以避免人工操作可能产生的误差。

（3）利用微孔薄膜法构造毛细管压力曲线时，可以将试验过程拓展到整个毛细管压力循环，可同时评价岩心的润湿性，这样将使得半渗透隔板技术更有效率和意义。

［1］Longeron D，Wibeke L，Hammervold，et al.Water－Oil Capillary Pressure and Wettability Measurements Using Micropore Membrane Technique ［J］.SPE43553，1995.

［2］何更生 .油层物理 ［M］.北京：石油工业出版社，1994.

［3］Jennings J W，Morse R A.Simultaneous Determination of Capillary Pressure and Relative Permeability by Automatic History Matching ［J］.SPE24873，1985.

［4］Fleury M，Longeron D.Combined Resistivity and Capillary Pressure Measurements Using Micropore Membrane Technique ［J］ .SPE34873，1998.

［5］Fleury M，Doele M，Longeron D.Full Imbibition Capillary Pressure Measurements Using the Micropore Membrane Technique ［J］ .SPE35873，1997.

［6］Honarpour M M.Simultaneous Measurements of Relative Permeability，Capillary Pressure，and Electrical Resistivity with Microwave System for Saturation Monitoring ［J］.SPE28329，1996.