润湿性对低渗致密储层自发渗吸的影响

2018-12-12王睿

石油化工应用 2018年11期

王睿

（西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065）

由于低渗致密储层孔喉细小，比表面积大，渗透率小，弹性能量小的特点[1]，利用天然能量方式开采这类储层时，压力和产量下降比较快，而自发渗吸作为一种驱替机理，可以应用于这类储层中。由于该类储层原油的渗吸效率主要取决于基质的润湿性能[2]，因此可以通过改变低渗致密储层岩心的润湿性来提高自发渗吸效率，实现稳产和提高采收率。

目前，国内外人员系统总结了改变岩心润湿性以提高渗吸效率的方法[3]，也详细论述了表面活性剂的种类和作用机理[4-6]，研究了同系表面活性剂复配后对岩心润湿性的影响[7]，并进行了室内岩心实验和岩心自发渗吸实验，认为可以针对油藏条件，利用表面活性剂在油层中的润湿性反转作用，使岩心表面润湿性由亲水或亲油转向中性润湿[8-11]，人为地调节油藏岩石的润湿性，可有利于增加油的流动能力，较大幅度地提高原油采收率。也有研究者通过数值模拟的方法，进行参数研究，结果表明，原油回收率随着润湿性改变而显著变化，且与断裂密度和原油黏度相关。

本文使用润湿角法研究了低渗致密储层润湿性的变化，验证了润湿角法评价低渗致密储层岩心润湿性的可行性，评价了亲水基带电类型不同的表面活性剂的润湿性能和渗吸能力，并通过分析岩心润湿角和自发渗吸效率之间的关系，揭示了润湿性对低渗致密储层自发渗吸的影响规律。

1 实验方法

1.1 实验岩心

实验选用鄂尔多斯盆地Z区4块低渗致密岩心，J区7块低渗致密岩心进行渗吸实验。Z区主要为浅灰色细-中粒长石砂岩，其次为少量的中砂岩、粉细砂岩及粉砂岩，孔隙度主要分布在7%～11%，平均8.32%，渗透率主要分布在 0.10×10-3mD～0.55×10-3mD，平均渗透率为0.62×10-3mD；J区主要为细-中粒岩屑长石砂岩，其次为极细-细粒岩屑长石砂岩，极少含泥极细-细粒长石，孔隙度主要分布在2%～16%，平均为8.32%，渗透率主要分布在0.001 02 mD～1.84 mD，平均渗透率为0.237 mD，总体而言岩心物性很差。

1.2 实验流体

实验流体为根据区块现场水分析配制的模拟地层水，实验煤油以及所用的三种表面活性剂配方的性质（见表 1）。

1.3 实验步骤

（1）测定岩心洗油烘干后的岩心蒸馏水润湿角；

（2）依据《SY/T5345-2007岩心中两相流体相对渗透率测定方法》油驱岩心至束缚水状态；

（3）依据《SY/T5153-2007油藏岩石润湿性测定方法》进行束缚水状态下含油岩心渗吸实验，测定岩心对相应实验流体的渗吸效率，自吸驱油效率（渗吸效率）/%=（自吸排油体积/第一次油驱水驱出水体积）×100%；

（4）取出岩心烘干24 h后，再次测量岩心蒸馏水润湿角。

1.4 润湿性评判指标

根据石油行业标准SY/T5153-1995，绘制润湿性评判列表（见表 2）。润湿角［0°，75°］为水湿，岩石亲水性好；［75°，105°］为中性润湿，油水润湿岩石能力相当，岩石既不亲水也不亲油；［105°，180°］为油湿，岩石亲油性好。

2 实验结果及分析

表1 实验流体性质

表2 润湿性评判列表

对鄂尔多斯盆地ZJ区块11块束缚水状态下的含油岩心进行相应实验流体渗吸实验，得到结果（见表3）。

表3 岩心渗吸列表

2.1 储层岩心润湿性

来自同一区块的岩心物性相近，根据研究区岩心自吸相应实验流体前的润湿接触角可知，研究区岩心总体亲水，其中 Z2-30、40-J、6-J、26-J岩心亲水性较好，接近强亲水，Z3-55、58-J、60-J、17-J岩心亲水性较差，接近弱亲水。

室内实验中，常用自吸法评价低渗致密储层岩心润湿性，Z、J区块岩心利用自吸法对岩心润湿性进行评价，结果（见表4）。

结果显示，利用自吸法评价研究区岩心润湿性时，区块岩心总体亲水，与润湿角法测量结果相近，认为利用润湿角法评价低渗致密储层岩心的润湿性是可行的。

2.2 渗吸后润湿性的改变及对比

研究区岩心渗吸相应配方后，岩心润湿性会发生改变，根据研究区11块低渗致密储层岩心渗吸后的润湿角绘制柱状图（见图1、图2）。

结果显示，岩心渗吸实验前亲水性良好，渗吸表面活性剂后，润湿角均不同程度增大，增大幅度在0.05°～3.55°，这是因为表面活性剂能够吸附在岩心表面，改变岩心润湿性，使亲水表面向亲油表面转化，润湿角增大。

表4 岩心润湿性评价

对比同一区块的岩心渗吸不同表面活性剂时的润湿角的改变，渗吸阴-非离子型表面活性剂的岩心的润湿角改变幅度最小，认为加入阴-非离子表面活性剂后，低渗致密储层岩石的水润湿性增强，润湿反转程度削弱，润湿角的变化变小，且三种表面活性剂的水润湿程度：阴-非离子型表面活性剂＞非离子型表面活性剂＞两性-阴离子型表面活性剂。这是因为阴离子表面活性剂能够减小液体的内聚力，使水更易于在岩石表面铺展，也能够在岩石表面形成一定的吸附层，而且加入非离子表面活性剂后，能够显著提高阴离子表面活性剂的润湿性，增加了与水的亲和性。

图1 岩心渗吸后润湿角

图2 岩心渗吸后润湿角的改变幅度

图3 相应配方岩心渗吸效率对比

2.3 不同润湿性岩心的渗吸效率及影响因素

对研究区11块低渗致密储层岩心用相应实验流体进行了渗吸驱油实验，根据研究区岩心渗吸列表绘制柱状图（见图3）。

结果显示，不同区块的岩心渗吸相同实验流体时，J区岩心的渗吸效率高于Z区岩心，并且岩心58-J、47-J、26-J、17-J的渗吸效率明显高于同组其他岩心，而岩心 40-J、60-J、6-J、Z3-56 的渗吸效率低于同组其他岩心；同一区块的岩心渗吸不同实验流体时，表面活性剂2#的渗吸效率明显高于其他实验流体，而水的渗吸效率最低。

图4 渗吸后润湿角与渗吸效率的关系

各组岩心对相应配方的渗吸效率结果显示，阴-非离子型表面活性剂＞非离子型表面活性剂＞两性-阴离子型表面活性剂＞水，认为阴-非离子表面活性剂的渗吸效率最好，这是因为在阴离子表面活性剂中加入非离子表面活性剂之后，产生协同效应，使溶解于溶液中的非离子表面活性剂能够迁移到油水界面，降低了油水界面张力，提高了渗吸效率。

根据研究区岩心渗吸后的润湿角，绘制渗吸效率-润湿角关系图（见图4）。

结果显示，Z区岩心和J区岩心的润湿角在50°～70°时渗吸效率最高。认为低渗致密储层岩心润湿角过小或过大都会降低渗吸效率，润湿角在50°～70°，即接近弱水湿偏中性润湿时，渗吸效率更高。这是因为在低渗致密储层中，强水湿状态下，水趋向于通过较小孔隙，从而使大孔道中的油被绕走；在强油湿状态下，水趋向于通过较大孔隙，从而使小孔道中的油被绕走，而在近弱水湿偏中性润湿的情况下，可以减少油被绕走的情况。