特低渗裂缝性油藏渗吸采油主控因素影响规律实验研究

张华丽，金智荣，包敏新，黄 越

（中国石化江苏油田分公司工程技术研究院，江苏 扬州 225009）

随着石油行业的不断发展以及化石能源开发政策的调整［1］，低渗透、特低渗等非常规油气藏的开发显得越发重要。该类储层普遍存在低孔、低渗、低压力系数、强非均质性等特点，弹性开发采收率低，注水开发有效驱替难以形成，开发效果差［2］。而渗吸置换是湿相依靠毛管力自发进入毛细管将非湿相替换出来的过程，是在低渗透油藏开发中普遍存在的一种自发现象［3-4］。该方法可重复利用储层的非均质性，将注入流体引入储层内部，形成高压带，在焖井过程与周围高饱和度基质发生渗吸置换，已成为该类储层的主要开发手段［5］。

渗吸置换开采的关键在于储层适应性评价、注入流体性质设计、注入与焖井工艺设计等，而明确影响渗吸置换采油效率的主控因素及其影响规律又是这些评价与设计的核心。基于此，针对江苏油田特低渗油藏的地层条件，通过多组该地层模拟岩样的静态渗吸实验，研究了岩心渗透率、地层水矿化度、原油黏度、含油饱和度、表面活性剂及温度对渗吸过程及采油效率的影响规律［6］，剖析了各因素对渗析置换采油的影响机制。

1 实验条件

1.1 实验材料及仪器

（1）实验材料：实验用岩心为模拟江苏油田低渗裂缝性油藏地层条件的人造岩心，其孔隙度18.9%～22.4%，渗透率（13.5～170）×10-3μm2，为细砂岩。岩心饱和原油为目标储层地面脱气轻质原油，平均密度为0.843 4 g/cm3，平均黏度为52.35 mPa·s。束缚水为模拟地层水，NaHCO3型水，平均矿化度为40 000 mg/L。渗吸置换水为去离子水配置的离子配比相同但矿化度不同的模拟水，其矿化度分别为10 000 mg/L、40 000 mg/L、70 000 mg/L。表面活性剂质量分数为0.5%。

（2）实验仪器：实验仪器设备主要包括平流泵、手摇泵、岩心夹持器、压力表、量筒、烧杯、电热恒温鼓风干燥箱、析油仪等。

1.2 实验步骤

（1）测量并记录人造岩心干重、长度、渗透率。

（2）利用岩心夹持器夹持岩心，用平流泵进行地层水饱和，测量湿重，饱和油，再水驱油。测量饱和油体积、水驱油体积，并计算含油饱和度。

（3）进行渗吸实验：考察不同因素的影响，根据实验要求将岩心放入析油仪中，每隔一段时间记录析出油的体积，直至体积稳定。

实验方案见表1。

表1 实验方案

2 结果分析

2.1 不同岩心渗透率条件下渗吸采油规律

岩心饱和油后置于析油仪中进行渗吸实验，渗吸过程在前期速率相对较快，在150 h 左右速率逐渐下降，渗吸采出程度趋于稳定。渗透率为27×10-3μm2的岩心相对于其他两个渗透率更高的岩心，在实验前期渗吸速率较小，但最终采出程度最大，而渗透率为154×10-3μm2的岩心的最终采出程度反而最小（图1）。

图1 不同渗透率对采出程度的影响

一方面，渗透率高意味着岩块内孔隙连通性好，因此水在渗吸过程中的流动更顺畅，能更快将油替换出来；另一方面，渗透率高意味着孔喉直径也更大，其毛管力即渗吸过程的主要动力来源便相应更小，使得最终采出程度不如渗透率低者［7］；另外，渗透率低则其原本饱和油体积就小，在同样的采出总量下，其采出程度自然更高。

2.2 不同地层水矿化度条件下渗吸采油规律

原始岩心饱和地层水矿化度为40 000 mg/L，饱和油后置于不同矿化度的地层水中进行渗吸实验。与不同渗透率岩心渗吸实验不同，置换液即地层水矿化度对渗吸效果的影响更直接，矿化度逐渐增加使得最终的渗吸采出程度越来越低（图2）。

图2 不同矿化度对采出程度的影响

由于岩心内外水离子浓度差的影响，低浓度水倾向于往高浓度方向流动［7］，从而当岩心外水离子浓度低时，置换液更容易进入岩心将油替换出来；在低矿化度水渗吸过程中，附着在石英表面的黏土颗粒发生脱落运移［8］，同时吸附在岩石上的钙离子被水中的离子取代，使得扩散双电层膨胀，岩石表面的带电性被改变，最终导致岩石表面从油湿转变为水湿［9］，从而提高渗吸过程的驱油效率；另外，溶液内高矿化度会抑制黏土矿物的水化作用［10］，从而降低岩心的渗吸能力。

2.3 不同含油饱和度条件下渗吸采油规律

采用四种不同含油饱和度岩心进行渗吸实验（图3），除23%的含油饱和度外，其余含油饱和度下的渗吸过程都是前期速率较快，在达到100 h 时速率趋于平缓，其中饱和度为57%的渗吸速率在实验后期再次增加；最终采出程度在含油饱和度的增加上呈总体增大的趋势。

图3 不同含油饱和度对采出程度的影响

实验所得渗吸采油量与含油饱和度关系如图4所示，可见随着含油饱和度的增加，渗吸采油量呈增长趋势。

图4 不同含油饱和度与渗吸采油量的关系

渗吸过程的有效进行需要岩心中含油饱和度值达到一个界限，一方面，高初始含油饱和度意味着岩心内被水占据的毛管更少，产生的毛管力更大［11］，使采出程度增大，但这也意味着起初岩心内参与渗吸过程的水更少，导致初始渗吸速率在一定程度上降低；另一方面，随着渗吸过程的逐步进行，岩心内的油逐渐成为分散相状态而失去实际流动能力。

2.4 表面活性剂对渗吸采油规律的影响

通过加入不同浓度表面活性剂以及不加表面活性剂，进行渗吸实验，结果如图5所示。

图5 表面活性剂对采出程度的影响

随着表面活性剂浓度的增加，渗吸前期的渗吸速率有所增加，最终的采出程度也有显著提升，但是整个渗吸过程的趋势以及速率改变的时间点即曲线拐点均保持一致。

表面活性剂可使油水界面张力降低，使油滴在通过孔喉时更易变形［12］，阻力减小，形成的水膜更大；同时，表面活性剂可以改善岩石表面润湿性，改变润湿角，使黏附在岩石表面的油滴更易流动［11-14］；表面活性剂还会增加原油在水中的分散作用，使油滴不易重新粘回岩石表面［12］。

2.5 不同温度条件下渗吸采油规律

在不同温度下进行渗吸实验，结果如图6所示。除30℃下的实验在前期渗吸速率较慢外，三组不同温度下的渗吸最终采出程度差距不大，可见温度升高只会提高一定程度的渗透速率，而对采出程度的影响并不明显。

图6 不同温度对采出程度的影响

温度升高会使原油黏度降低，提高原油流动能力；同时会使得岩心内砂砾骨架热胀冷缩，缩小孔隙半径，增加了毛管力［15-16］；同时温度还有可能加快分子运动，促进渗吸过程的进行。但温度并不是影响渗吸的主控因素，只是通过改变了黏度等其他因素从而产生了间接的影响。

3 结论

（1）渗吸过程的主控因素包括地层渗透率、地层水矿化度、含油饱和度以及表面活性剂。其中对于特定原油和注入水组合，中等渗透率能达到最大的采出程度；注入流体矿化度低于岩心内流体时，会促进渗吸过程的进行，反之则抑制；含油饱和度越大渗吸效果越好，存在渗吸置换失效的最低含油饱和度界限；表面活性剂的加入可以显著提高渗吸效果。温度不是影响渗吸的主控因素，只是通过改变了黏度等其他因素从而产生了间接的影响。

（2）渗透率及含油饱和度因素都是通过改变渗吸过程的毛管力大小来影响渗吸效果；矿化度的影响与低矿化度水驱的原理相似，不仅会对岩石内部结构及岩石表面造成影响，使得表面黏土颗粒发生运移，还会产生多机型官能团离子交换、阳离子交换、阳离子桥接和双电层扩散等作用，导致岩石表面润湿性发生改变，进而影响渗吸效果；表面活性剂主要是通过改变界面性质，包括油水界面张力以及岩石表面润湿性来影响渗吸效果；温度会产生多方面的影响，包括流体黏度、岩石孔隙体积、分子热运动等。

（3）在实际渗吸生产中，应依据最佳渗透率范围优选目标储层，并保持置换液矿化度低于油藏地层内原始束缚水矿化度，使地层内的含油饱和度尽可能高，同时适量加入合适的表面活性剂。