牟瑛順 劉莉娜 房 萍 劉雪濤 魯 娜 門曉園

（中國石油華北油田分公司第三采油廠 河北河間 062450）

致密儲層潤濕性研究與應(yīng)用

牟瑛順 劉莉娜 房 萍 劉雪濤 魯 娜 門曉園

（中國石油華北油田分公司第三采油廠 河北河間 062450）

本文通過評價幾種表活劑在儲層溫度和礦化度下的水穩(wěn)定性并在富含粘土的砂巖上測量接觸角，對儲層巖心進(jìn)行滲吸試驗。結(jié)果表明：使用一定濃度的表活劑溶液可實現(xiàn)礦物板的潤濕反轉(zhuǎn)；通過在致密油濕或中性潤濕砂巖巖心上進(jìn)行的自發(fā)吸入試驗獲得較潤濕反轉(zhuǎn)前68%的滲吸增量；通過數(shù)值模擬進(jìn)行的參數(shù)研究結(jié)果表明，原油回收率隨著潤濕性改變而顯著變化，且與斷裂密度和原油粘度相關(guān)。

滲吸；潤濕性；表面活性劑；水穩(wěn)性；數(shù)值模擬

由于水平井鉆井技術(shù)及大規(guī)模水力壓裂技術(shù)的快速發(fā)展，目前致密油藏已形成一套有效的早期開發(fā)模式。但總體上致密儲層原始滲吸效率仍然低于10%。探索并掌握裂縫性致密油藏提高滲吸效率技術(shù)對目前致密油藏的高效開發(fā)是一個挑戰(zhàn)：油相濕潤且微裂縫發(fā)育的儲層，通過注水回收效率非常低，因為原油很難通過自發(fā)滲吸而采出。該類儲層中的原油的滲吸效率主要取決于基質(zhì)的潤濕性能。本文主要研究基于潤濕性改變裂縫性致密油藏提高滲吸效率技術(shù)。

本文研究目的為在原油藏溫度（設(shè)定為60℃）下找到可用于改變致密砂巖潤濕性的表面活性劑。在油藏溫度下，通過調(diào)節(jié)礦化度研究表活劑的水穩(wěn)定性，并使用旋轉(zhuǎn)液滴張力計在不同礦化度下測量原油-水界面張力。在粘土礦物上測量原油-表面活性劑溶液接觸角。通過在兩種不同礦化度下的滲吸實驗定量測量表活劑的效果。

1 實驗方法與準(zhǔn)備

1.1 實驗材料

本實驗共測試了八種陰離子表面活性劑（A3、A4、A7、A8為內(nèi)烯烴磺酸鹽，A1、A2、A5、A6為醚硫酸鹽）和三種非離子表面活性劑（N1、N2和N3）。地層鹽水含有132g/L的溶解鹽，詳細(xì)組成見表1。接觸角測試在石英礦物板上進(jìn)行，并在具有0.01-0.1mD范圍內(nèi)的儲層巖心上進(jìn)行滲吸實驗。

表1 地層鹵水組成

1.2 接觸角測量

測試在油藏溫度（60℃）下具有水穩(wěn)性的表活劑對石英板潤濕性的改變。將老化后的石英板浸入表活劑溶液中，并觀察接觸角的變化至少2天。

圖1 實驗所用礦物板

圖2顯示浸沒在滲吸瓶中的表活劑/鹽水溶液中的方英石板上的油滴圖片，表2給出接觸角值。結(jié)果顯示，非離子表面活性劑N1，N2和N3改變了接觸角，但效果不明顯。同時還觀察到表活劑中乙氧基數(shù)量（最多在N3中，最少在N1中）與潤濕接觸角的減小量正相關(guān)的現(xiàn)象。

圖2 浸沒在表面活性劑/鹽水溶液中的石英板上的原油滴

表2 接觸角結(jié)果

2 自發(fā)吸入實驗

為檢測陰離子表活劑的實際效果，現(xiàn)將使石英板的潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)的表活劑用于致密巖心的滲吸實驗。將老化巖心置于由充滿鹽水與表活劑的滲吸瓶中。總計進(jìn)行十次滲吸實驗，所使用的巖心物性、流體性質(zhì)及實驗結(jié)果如表3所示。

表3 巖心自發(fā)滲吸結(jié)果列表

圖3顯示了十次自發(fā)吸入實驗的采收率與時間的關(guān)系曲線。其中無表活劑的實驗得到了最低的采收率，為15%，而隨著水相在巖心孔隙內(nèi)的飽和度上升，滲吸速率逐漸降低，且原油滲吸效率的初始速率在不同組之間變化顯著。

圖3 自發(fā)滲吸的原油回收率

3 數(shù)值模擬實驗

3.1 參數(shù)界定

在前人的研究中，有些學(xué)者提出了針對表活劑性質(zhì)進(jìn)行參數(shù)分析的數(shù)值模擬分析框架，以便在室內(nèi)試驗之后對表活劑參數(shù)進(jìn)行更加廣泛的分析。通過MATLAB編程，并使用3D有限體積、兩相、四分量隱式數(shù)值方案編制出一套數(shù)值模擬分析程序。

這里假設(shè)毛細(xì)管壓力是飽和度的函數(shù)，且符合冪律模型。

3.2 單因素分析

為了比較巖心尺度的數(shù)值模擬與室內(nèi)滲吸結(jié)果，驗證程序的可靠性，進(jìn)行數(shù)值模擬實驗，分別分析了潤濕性改變程度、裂縫間距和原油粘度對原油滲吸采收率及滲吸速率的影響。

圖4 滲吸效率單因素分析數(shù)值模擬

圖4a顯示了數(shù)值模擬和表3實驗2數(shù)據(jù)之間的比較關(guān)系。模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)具有良好的匹配性。

通過將接觸角從150°的初始值變化到90°（中性濕潤）、88°（輕微水濕）、75°（水濕），直至60°（強水濕），研究潤濕性改變對原油回收率的影響。由數(shù)模結(jié)果同樣觀察到隨著巖心水濕程度的增加，滲吸效率增加，如圖4b所示。

圖4c示出了通過改變裂縫間隔獲得的模擬結(jié)果，分別對應(yīng)1倍、2倍、5倍、及10倍巖心直徑。結(jié)果表明，隨著裂縫間距的增大和流體的運移距離增加，原油回收率降低。圖4d顯示了原油粘度對滲吸采收率的影響。結(jié)果顯示原油采收率隨粘度的增加而降低。

4 結(jié)論

（1）陰離子表活劑較非離子表活劑更能改變巖心潤濕性。且在陰離子表活劑中，內(nèi)烯烴磺酸鹽比醚硫酸鹽顯示出更好的水穩(wěn)定性。

（2）陰離子表面活性劑的界面張力隨著礦化度的增加而降低，這是由于礦化度的增加導(dǎo)致表活劑離子與鹽離子在水中存在配位競爭。

（3）當(dāng)巖心潤濕性由中性潤濕變?yōu)槿跛疂駮r，由于滲吸過程是在毛管力驅(qū)動下逆流吸收，潤濕接觸角的輕微變化也能顯著提高滲吸采收率。

（4）數(shù)值模擬的實驗結(jié)果表明，原油滲吸采收率與孔隙表面的水濕程度、裂縫密度正相關(guān)，與原油粘度負(fù)相關(guān)，且縫密度的改變對滲吸采收率的影響程度要高于原油粘度的改變

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