致密储层岩心静态渗吸规律研究_马超.pdf

收稿日期 基金项目油气藏地质及开发工程国家重点实验室开放基金项目“可热盐诱导增稠的温敏聚合物与高碳链甜菜碱两性表面活性剂在高温高盐环境下的相互作用研究”（）。第一作者马超（），男，博士，教授，现主要从事油田用高分子材料等方面的研究工作，。马超，任文东，岳泉 致密储层岩心静态渗吸规律研究 长江大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：，致密储层岩心静态渗吸规律研究马超，任文东，岳泉，刘炜，黄晓依 长江大学石油工程学院，湖北 武汉 油气钻采工程湖北省重点实验室（长江大学），湖北 武汉 油气钻完井技术国家工程研究中心，湖北 武汉 中石化江汉油田分公司石油工程技术研究院，湖北 武汉 摘要渗吸采油是鄂尔多斯盆地延长组致密油藏高效开发的重要手段，为了明确延长组致密油藏的渗吸驱油规律，选取长组岩心进行静态渗吸规律的研究。首先对静态渗吸过程进行分析；然后采用核磁共振分析法进行岩心孔喉分布测试，研究在不同渗透率下孔喉分布对渗吸采收率的影响；最后进行岩心润湿性及渗吸液界面张力对采收率的影响分析。研究结果表明，静态渗吸过程可以划分为发生阶段、增长阶段和稳定阶段；致密砂岩岩心孔喉分布在 和 范围内；随着渗透率的增加，采收率呈现上升趋势，渗吸达到平衡的时间也不断减小，但是在渗透率接近的情况下，小孔喉数量的增加会导致采收率的略微下降；岩心表面的亲水性越强（中间润湿亲水强亲水），渗吸采收率越高；随着渗吸液界面张力的降低，采收率先增加后减小，且岩心在含有驱油剂的渗吸液中的采收率明显高于清水。关键词静态渗吸；致密储层；采收率；鄂尔多斯盆地 中图分类号 文献标志码 文章编号 （），（），：，（），：；长江大学学报（自然科学版）年 第 卷 第期 （），DOI:10.16772/ki.1673-1409.20230301.005鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地，油气资源丰富，具有明显的低渗透率、低孔隙度、低压以及高毛细管压力和高有效应力的“三低两高”特征，使得该类储层的开发难度大。自发渗吸作为致密油藏高效开发的重要手段之一，得到越来越多学者的研究，自发渗吸是在没有外界压力的情况下，渗吸液通过毛细管力从孔隙中把原油排出的过程，根据外界环境的不同可以分为静态渗吸和动态渗吸。其中静态渗吸是指发生渗吸的外界条件是静止的，即在静止的液体中发生的渗吸过程。渗吸是一种在毛细管力作用下润湿相驱替非润湿相的现象。体积法 和质量法 是目前渗吸实验的主要方法，体积法一般采用渗吸瓶进行实验，会出现明显的挂壁现象，使油体积的计量产生较大误差。笔者在质量法的基础上，采用电脑自动监测质量，大幅增加实验天数，定期人工扰动渗吸液，尽可能减小浮力对质量监测的影响。有学者采用质量法研究发现，在渗透率 范围内，随着渗透率的增加，静态渗吸采收率不断增大 ；但吴润桐等 却发现在渗透率 时，最终采收率随着岩心渗透率的增加而降低。目前，大部分学者对于渗透率对渗吸的影响还未形成统一的认识。于是有学者利用核磁共振技术对岩心微观结构进行探究，发现渗吸置换主要发生在小孔喉中，而大孔喉内采油效率较低，屈雪峰、李洪等利用压汞实验也发现类似规律 。另外，还有学者进行了润湿性 、表面张力 、矿化度等影响因素实验。为了近一步研究鄂尔多斯盆地延长组致密储层岩心自发渗吸规律，通过静态渗吸实验，研究了实验过程中岩心的质量变化并总结了静态渗吸的个阶段；采用核磁共振分析法测量了岩心的孔喉分布，分析了在不同渗透率下，孔喉分布对渗吸采收率的影响；最后进行了岩心润湿性、界面张力的测定，分析了岩心亲水性和界面张力对静态渗吸的影响；为致密油藏的现场开发提供一定理论指导。实验部分 实验材料实验所用原油黏度为 ，密度为 ；模拟地层水水型为 ，矿化度为 ；采用鄂尔多斯盆地现场所用的驱油剂，配成质量分数为 的驱油剂溶液，在 下密度为 ；实验所用岩心、原油均来自鄂尔多斯盆地延长组。岩心基本参数如表所示。表实验岩心样品基本参数 岩心编号长度 直径 渗透率孔隙度束缚水饱和度含油饱和度取心深度 实验仪器 型致密油室内渗吸实验装置（包括称量系统、岩心室、恒温加热系统、压力系统、自动计数系统等）；型岩心快速洗油仪；型抽真空加压饱和装置；接触角测量仪；旋转滴界面张力仪；核磁共振分析仪。实验步骤及方法 实验步骤岩心的前期处理（切平、洗油、烘干）以及物性参数的测量，并配制实验所用流体（模拟地层第 卷 第期马超 等：致密储层岩心静态渗吸规律研究水、渗吸液）；通过抽真空加压饱和方法饱和模拟地层水；采用岩心驱替方法进行油驱水饱和实验原油，建立束缚水饱和度，并将饱和好后的岩心放置老化 以上；将岩心放入静态渗吸实验装置岩心室中进行实验；直到岩心质量不再发生变化时停止实验，导出数据；处理数据，计算采收率。静态渗吸实验方法注：称量系统（精密天平）；岩心室；恒温加热系统（恒温箱）；压力系统（氮气瓶）；自动计数系统（计算机）；岩心样品；渗吸液；观察视窗。图静态渗吸实验装置简图 采用基于质量法的致密油室内渗吸实验装置（见图），将老化好的岩心放入岩心室中并加入渗吸液，将岩心完全浸没，打开实验装置，设置温度为，压力为 ，采样时间间隔为 ，利用电脑记录采样时间、岩心质量、温度和压力，通过岩心质量分析计算渗吸采收率。孔喉半径分布的测量通过 低温高压核磁共振分析仪 来测定岩心核磁信号（值），进而反演得到岩心的孔喉半径分布。详细步骤如下：将待测岩心完全饱和水；调试核磁共振分析仪的参数，通过 脉冲序列测定岩心的信号量（值）；通过值和喉道半径之间的关系反演得到岩心的喉道半径分布。（）式中：为横向弛豫时间，；为表面弛豫率，；为岩心表面积，；为孔隙体积，；为孔隙半径，；为毛细管束模型参数，取值为。润湿性的测量实验中采用模拟地层水，参考 油藏岩石润湿性测定方法（）标准，利用德国 接触角测量仪测定岩心的接触角，确定岩心润湿性。界面张力的测量实验中参考 表面活性剂界面张力的测定滴体积法（）标准，利用旋转滴界面张力仪测定油水（驱油剂、驱油剂、清水）两相的界面张力。实验结果与讨论 静态渗吸过程分析在静态渗吸过程中，刚开始岩心表面不断地产生气泡，随着气泡数量的增加会有少量的油滴出现，然后随着油滴的出现气泡不断破裂最终消失，最后随着渗吸时间的增加，油滴不断从岩心表面脱离，期间不断计量岩心的质量直到岩心质量不再变化为止。通过静态渗吸实验结果分析，把静态渗吸过程分为个阶段：发生阶段、增长阶段和稳定阶段。发生阶段主要是渗吸液进入岩心孔隙并排出其中残留的气体，然后在岩心表面不断形成气泡（见图（），气泡的产生会增加岩心的浮力，所以在发生阶段会出现采收率为负值的现象；但是在整个渗吸过程中，气泡会慢慢消失（见图（），所以浮力对最终采收率的影响可以忽略不计。增长阶段主要是通过毛细管力渗吸排油的阶段，在渗吸液的渗吸作用下，大量的原油被排出，但是随着渗吸程度的加深，采收率增长的幅度不断减小（见图（）。在稳定阶段，达到渗吸动态平衡，虽然渗吸液不断进入岩心孔隙，但是没有油被排出，即渗吸液进入孔隙和排出孔隙的量达到动态平衡，岩心质量不再明显增加。长江大学学报（自然科学版）年月图不同渗吸阶段岩心的表面变化 岩心孔喉半径分析图实验岩心样品喉道半径分布频率 图表示不同渗透率岩心喉道半径分布频率，可以看出致密砂岩呈现出明显的双峰分布，峰值的大小代表对应岩心孔喉 占 比 的 多 少，把 喉 道 半 径 分 布 在 的孔喉认为是小孔喉，把 的孔喉认为是大孔喉。发现小孔喉的占比大于大孔喉，流体主要分布在小孔喉中。其中岩心 几乎都是小孔喉分布，大孔喉占比很小，可见流体基本都分布在小孔喉中。不同渗透率结果分析图表示不同渗透率岩心静态渗吸采收率大小图，选取块岩心在质量分数为 的驱油剂溶液中进行静态渗 吸 实验。从图（）中可以看出，在静态渗吸前期采收率快速上升，然而随着渗吸时间的增加，上升的幅度不断减小，最终趋于零，采 收 率 不再发 生明 显 变 化。从图（）中发现在此渗透率范围内，随着渗透率的增大，渗吸采收率大致呈现增加的趋势，渗吸达到平衡的时间也不断减小，但是岩心 的采收率略微下降，平衡时间也略微增加。这是因为在静态渗吸过程中，孔隙中的流体不仅受到毛细管力的作用，还受到运移阻力的影响 。小的孔喉半径，在增加毛细管力的同时，也大幅度减小了孔喉中液体的流动能力，增大了渗吸排驱采油的阻力。从图中看出岩心 小孔喉的占比较大，远大于其他岩心小孔喉的占比。小孔喉的增加，虽然增加了渗吸的动力，但同时也加大了渗吸的阻力，两者共同作用之下，导致岩心 的采收率略小于岩心，说明随着渗透率的增加，岩心毛细管力的增加量小于渗吸阻力的增加量，同时达到渗吸平衡的时间也略微延长。第 卷 第期马超 等：致密储层岩心静态渗吸规律研究图不同渗透率下静态渗吸采收率大小 岩心润湿性结果分析图岩心润湿性静态渗吸实验结果 选取块岩心，按照渗透率将岩心分为两组，在质量分数为 的驱油剂溶液中进行不同润湿性岩心静态渗吸实验，研究润湿性对采收率的影 响。结果如图 所示，在 渗 透 率 范围内，从岩心 和岩心 的对比分析看出，亲水的岩心比中间润湿的岩心采收率高；在渗透率 范围内，从岩心 和岩心 的对比分析看出，强亲水的岩心比亲水的岩心采收率高；发现在渗透率相近的条件下，亲水性越强的岩心的渗吸采收率越大。分析表明，因为润湿性反映的是液体对固体表面润湿的一种能力，对于不同的液体，其能力大小也不一样。亲水性强说明水润湿岩石的能力强，相应的油润湿岩石的能力就弱；亲油性强则说明油润湿岩石的能力大于水润湿岩石的能力。所以可以理解为亲水性强的岩心更容易和水接触，会使油滴从岩石表面脱离，进而更多的原油从孔隙中排出，而且对于附着岩石表面不易采出的油滴效果更好。不同界面张力结果分析选取块岩心在不同界面张力渗吸液（驱油剂、驱油剂、清水）中进行静态渗吸实验，研究界面张力对采收率的影响。结果如表所示，岩心 在低界面张力渗吸液中的采收率明显大于在清 水中的 采 收率，其中在界 面 张力 为 渗 吸液中 的采 收 率比 在 清水的采收率 大 ，达到平衡的时间也更少；类似，岩心 在界面张力为 渗吸液中的采收率比在清水中大 。从图中可以看出，随着渗吸液界面张力的升高，采收率先增加后减少，含有驱油剂的渗吸效果明显比清水中的渗吸效果好。分析表明，降低界面张力的同时，也降低了油滴保持原本形状的能力，相应地增强了油滴的变形能力，使岩心中更多的剩余油变成可动油，低界面张力的油滴更容易在孔隙介质中进行驱替和运移，但是过低的界面张力会降低毛细管力，不利于渗吸作用的发生，所以随着界面张力的降低，采收率先升高后降低。长江大学学报（自然科学版）年月表不同界面张力渗吸液实验结果 岩心编号岩心尺寸 渗透率渗吸液类型（质量分数）界面张力（）最大采收率 驱油剂（）驱油剂（）清水 驱油剂（）驱油剂（）清水 图不同界面张力渗吸液采收率变化 结论）通过核磁扫描发现致密砂岩岩心呈现出明显的双峰分布，含有两种孔喉类型；致密砂岩静态渗吸过程可以分为发生阶段（）、增长阶段（）和稳定阶段（之后）。）在静态渗吸过程中岩心同时受到毛细管力和流动阻力的作用，在一定渗透率范围内，随着渗透率的增加，采收率呈现上升趋势，渗吸达到平衡的时间也不断减小；但是在渗透率相差不大的情况下，小孔喉数量的增加使得流动阻力的增加量大于毛细管力的增加量，最终导致采收率略微下降。）润湿性、不同界面张力渗吸液对致密储层岩心静态渗吸影响的研究发现，岩心亲水性越强，渗吸采收率越高，说明岩心亲水性是静态渗吸的关键因素；随着渗吸液界面张力的降低，采收率先增加后减小，且岩心在含有驱油剂的渗吸液中明显比清水中的渗吸效果好。）部分实验结论已经应用于现场并取得了良好的效果，对致密储层油藏的开发具有一定的理论指导意义。参考文献：李晓骁，任晓娟，罗向荣，等低渗透致密砂岩储层孔隙 结 构 对渗吸特征的影响 油气地质与采收率，（）：，（）：，濮御，王秀宇，濮玲致密储层静态渗吸实验 大庆石油地质与开发，（）：，（）：第 卷 第期马超 等：致密储层岩心静态渗吸规律研究王秀宇，巨明霜，杨文胜，等 致密油藏动态渗吸排驱规律与机理 油气地质与采收率，（）：，（）：张志坚，黄熠泽，闫坤，等低渗透油藏渗吸采油技术进展与展望 当代化工，（）：，（）：黄兴，窦亮彬，左雄娣，等致密油藏裂缝动态渗吸排驱规律 石油学报，（）：，（）：巨明霜，王秀宇，余文帅，等 基于核磁共振技术的致密储集层静态渗吸规律 新疆石油地质，（）：，（）：杨文胜 致密储层动态渗吸派去规律研究 北京：中国石油大学（北京），：（），王桂娟低渗透砂岩油藏渗吸规律及特征研究 青岛：中国石油大学（华东），：（），周万富，王鑫，卢祥国，等 致密油储层动态渗吸采油效果及其影响因素 大庆石油地质与开发，（）：，（）：吴润桐，杨胜来，谢建勇，等 致密油气储层基质岩心静态渗吸实验及机理 油气地质与采收率，（）：，（）：周凤军，陈文明 低渗透岩心渗吸实验研究 复杂油气藏，（）：，（）：李爱芬，凡田友，赵琳裂缝性油藏低渗岩心自发渗吸实验研究 油气地质与采收率，（）：，（）：王昊，张小东，李昊致密砂岩静态渗吸影响因素研究 内蒙古石油化工，（）：，（）：王香增特低渗油藏高效开发理论与技术 北京：科学出版社，：，：韩松 特低渗油藏压裂水平缝注水吞吐机理及应用研究 北京：中国石油大学（北京），：（），吴润桐，杨胜来，王敉邦，等致密砂岩静态渗吸实验研究 辽宁石油化工大学学报，（）：，（）：屈雪峰，雷启鸿，高武彬，等 鄂尔多斯盆地长致密油储层岩心渗吸实验 中国石油大学学报，（）：，（）：李洪，李治平，王香增，等基于喉道分布特征的致密砂岩渗吸模型 科学技术与工程，（）：，（）：（下转第 页）长江大学学报（自然科学版）年月 宣扬，蒋官澄，宋然然，等 超支化聚乙烯亚胺作为钻井液页岩抑制剂研究 中国石油大学学报（自然科学版），（）：，（）（），（）：，：，：，：胡进科，罗霄，袁明进，等 钻井液用超支化聚醚胺抑制剂的制备与性能评价 油田化学，（）：，（）：，（）：，（），（）：，（），：，：编辑帅群（上接第 页）侯玢池，王谦子长油区致密砂岩储层渗吸驱油主控因素分析研究 石油化工应用，（）：，（）：曲响梅吉木萨尔致密油储层渗吸特征的实验研究 北京：中国石油大学（北京），：（），李士奎，刘卫东，张海琴，等低渗透油藏自发渗吸驱油实验研究 石油学报，（）：，（）：石宇，刘卫东，管保山，等适合超低渗油藏的高效渗吸剂体系及性能研究 应用化工，（）：，（）：程毅翀基于低场核磁共振成像技术的岩心内流体分布可视化研究 上海：上海大学，：，江昀，许国庆，石阳致密岩心带压渗吸规律实验研究 石油实验地质，（）：，（）：，：刘秀婵，陈西泮，刘伟，等致密砂岩油藏动态渗吸驱油效果影响因素及应用 岩性油气藏，（）：，（）：张艳丽，刘涛，孙文昕，等低渗透砂岩油藏渗吸采油影响因素研究 石油化工应用，（）：，（）：，（）：（）编辑帅群第 卷 第期苏高申 等：一种耐高温强吸附型高效页岩抑制剂的制备及机理研究