温度对油砂沥青相渗规律影响研究

李兆敏，王壮壮，李松岩，李 威，刘尚奇

(1.中国石油大学，山东 青岛 266580;2.中油勘探开发研究院，北京 100083)

引 言

油砂沥青热采过程中涉及到蒸汽、热水和原油的复杂多相渗流过程，并且温度的变化会对流体黏度、油水分布、润湿性及孔隙结构产生影响，导致油水渗流规律发生变化。因此，分析温度对相渗曲线的影响对研究热力采油的渗流和驱替过程至关重要[1－3]。最初认为相对渗透率基本不随温度变化，但随着越来越多稠油油藏的开发、实验手段和计算方法的改进，发现温度对相渗规律有 一 定 影 响。 Maini[4]、 Nakornthap[5]、 Schembre[6]、蒲春生[7]等人通过非稳态法和稳态法实验，利用JBN或历史拟合的数据处理方法，认为油水相对渗透率随温度的升高而增大。Torabzadeh[8]、Watson[9]、姜维东[10]等人认为随温度升高，油相相对渗透率增大，水相相对渗透率减小或不变。但有人认为温度对相对渗透率的影响是由实验误差造成的。Miller[11]等人指出黏性不稳定、毛管末端效应和物质平衡产生的计算误差可能是造成前人实验结果不正确的主要原因。而Polikar[12]等人则根据实验岩心的不同，提出观察到的温度对相渗规律无影响现象与实验中岩心类型有关。总结分析认为，前人实验中原油以稀油为主，黏度不大，胶质沥青质含量较低，温度变化范围较小，不能充分反映油砂沥青等超稠油油藏热采过程中渗流规律的变化。因此，笔者以加拿大油砂沥青为实验用油，进行80～240℃条件下的非稳态热水驱，利用JBN方法计算相对渗透率，研究温度对油砂沥青相渗规律的影响。

1 油水相渗实验

1.1 实验岩心与流体

实验岩心由石英砂填制而成;实验用油为脱水处理后的加拿大油砂沥青，50℃下脱水原油黏度为40000 mPa·s，油砂沥青四组分含量:饱和分为23.63%、芳香分为43.72%、胶质为22.04%、沥青质为10.61%，实验温度下原油黏度由高温高压落球黏度计测得;实验用水为蒸馏水，实验温度下蒸馏水的黏度作为已知参数可查表获得。实验岩心和流体物性参数见表1。

表1 岩心及流体物性参数

1.2 实验流程与方法

实验流程参照标准SY/T 6384－1999《稠油油藏高温相对渗透率测定》。图1是主要的实验装置和实验流程[13－14]。

图1 实验流程

实验步骤在文献 [13]、[14]中有详细的记述和规定。考虑到实验中人为因素和仪器测量误差对实验结果造成的影响，使用JBN方法时适当对实验数据进行了光滑处理[15]。

2 结果与分析

实验得到不同温度下的油水相对渗透率曲线和端点特征值，实验结果见图2、表2。

图2 不同温度下油水相渗曲线

表2 不同温度下端点特征值对比结果

2.1 油砂沥青相渗规律特点

由图2、表2可知，油砂沥青具有2个显著特点:温度对相渗规律有较大影响;油相相对渗透率较大，水相相对渗透率特别小，油水相对渗流能力差别很大。

油水相对渗透率数值上的巨大差别体现了油相对水相的阻碍作用，这与油砂沥青超高的原油黏度有关。对于稀油油藏而言，油水黏度差异小，两相间相互阻碍较弱，相对渗流能力差别不大;而对于油砂沥青等超稠油油藏，由于油相黏度太大，油相的存在对水相渗流起到阻挡作用，使得两相共渗时流动阻力很大，油水两相间相对渗流能力极不平衡。

2.2 温度对油砂沥青相渗规律的影响

由图2、表2可知，随温度升高，束缚水饱和度增大，残余油饱和度减小，两相共渗区间扩大，并且在相同含水饱和度下，两相相对渗透率随温度升高都增大，说明温度升高增强了两相渗流能力。

油砂沥青相渗规律受温度影响，这与油砂沥青黏度和组分性质有关。由于油相黏度较大，胶质沥青质含量高，油砂沥青低温时易在孔道表面形成固化的胶体层[16]，导致渗流断面相对减小，油水相对渗透率较小;随着温度的升高，油相黏度大幅降低，极性物质解吸，使胶体层变薄，增大了多孔介质的渗流能力，油水相对渗透率增大。

随温度升高，油相黏度减小，胶质沥青质等极性物质解吸，油—水—岩石系统水湿性增强，水驱效率提高，因而束缚水饱和度增大，残余油饱和度减小。在残余油饱和度下，残余油以小油滴的形式残存于孔喉处产生贾敏效应，对水相渗流起到阻碍作用，随着温度升高，残余油减少，残余油饱和度条件下的水相相对渗透率相应增大。

3 结论

(1)油砂沥青相渗规律具有2个不同于稀油的显著特点:一是温度对相渗规律有较大影响;二是油相相对渗透率远大于水相相对渗透率，两相渗流能力极不平衡。

(2)随温度升高，束缚水饱和度增大，残余油饱和度减小，两相共渗区扩大，并且相同含水饱和度下，两相相对渗透率都随温度升高而增大。

(3)油砂沥青具有黏度大、胶质沥青质含量高的特点，两相共渗时高黏油相对水相有较强的阻碍作用。温度升高，油相黏度大幅降低，胶质沥青质等极性物质解吸，使油水相渗规律随温度变化。

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