毛細管壓力曲線構造中半滲透隔板法研究

董大鵬，王瑞晗，金禹含 （中石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江 大慶163712）

在很多油藏工程工作中，如通過原生水飽和度來計算石油地質儲量、確定過渡帶的高度和模擬自吸水驅油或水驅油的過程，都需要了解毛細管壓力與含水飽和度之間的關系。因此，毛細管壓力是進行油藏評價的一項重要參數［1］。目前，實驗室構造毛細管壓力曲線的方法主要有3種［2］：壓汞法、離心機法和半滲透隔板法，上述方法的基本原理相同，但試驗中使用的流體、加壓方式以及所需時間不同，且各具特點：壓汞法的構造速度快，但試驗條件與儲層條件相差很大，并且水銀有毒，危害操作人員的健康；離心機法的測試速度比較快，并且可以使用油／水、油／氣或氣／水作為試驗流體，但計算繁瑣，試驗設備也比較復雜；半滲透隔板法的試驗條件最接近真實儲層條件，但試驗周期太長，往往需要幾個月的時間，難以滿足實際生產的需要，從而限制了該方法的廣泛應用。針對上述情況，Jennings等［3］首先提出用一種微孔薄膜來代替傳統的陶瓷隔板，對半滲透隔板法進行了相應改進。下面，筆者對毛細管壓力曲線構造中改進的半滲透隔板法進行了研究。

1 傳統半滲透隔板法

1.1 試驗方法

傳統的半滲透隔板法試驗涉及如下內容：驅替壓力時使用氮氣或抽真空；半滲透隔板材料為陶瓷、玻璃、粉末金屬燒結板等；計量時可通過刻度管直接讀出產出液的體積；飽和度計算時通過巖心中驅替出的水 （油）體積可計算出巖心中的含水飽和度；將油（水）驅替出一定喉道的驅替壓力即為相應的毛細管壓力。試驗裝置圖如圖1所示。

圖1 低壓油驅水半滲透隔板儀

1.2 試驗過程 （以油驅水為例）

傳統的半滲透隔板法的試驗過程主要包括如下幾方面：①巖心洗油、烘干及稱重，并構造其幾何尺寸、孔隙度和空氣滲透率。②對隔板進行試漏，測出隔板的突破壓力。③用地層鹽水飽和巖心。④逐漸升高驅替壓力，每達到一個壓力點，待系統穩定后 （壓力穩定，產液不再增加），讀取壓力及排出水的體積。然后將壓力升到下一壓力點，進行下一次讀數，直到預定的最高壓力 （不少于7個壓力點）。⑤用壓力和飽和度數據作圖，得到毛細管壓力曲線。

2 改進的半滲透隔板法

2.1 微孔薄膜材料

傳統的半滲透隔板法使用陶瓷隔板，其厚度大（一般為0.5cm），孔隙半徑小，滲透率通常很低。因此，這種隔板對于驅替相往往需要很高的啟動壓力，這導致構造一條10個壓力點的毛細管壓力曲線至少需要幾個月的時間。與傳統的陶瓷隔板相比，微孔薄膜的厚度要小的多。這樣薄膜對流經的流體阻力很小，構造毛細管壓力曲線的時間基本上只取決于流體流過巖心的阻力，也就是薄膜不會造成額外的試驗時間。與傳統的陶瓷隔板相比，微孔薄膜的厚度很小［4］。以Polycarbonate油濕薄膜 （見圖2）為例，其厚度為0.0006cm，這樣薄膜對流經的流體阻力很小，因而構造毛細管壓力曲線的時間基本上只取決于流體流過巖心的阻力，用較短的時間即可構造一條10個壓力點的毛細管壓力曲線。

圖2 Polycarbonate薄膜微觀結構圖

2.2 含水飽和度

1）通過巖心出口端產液量計算含水飽和度 關于驅替過程中巖心含水飽和度的計算，通常采用的方法是根據所計量的巖心出口端產液量，利用物質守恒定律求得在驅替過程中巖心含水飽和度在驅替過程中的變化。關于巖心出口端產液量的計量，最常用的方法是用量筒直接讀取。這種方法最大的優點是簡便易行，其缺點是人工構造容易出現誤差，為了減少誤差，目前已研究出自動化讀取的方法，其構造精度為±0.05ml［5］。

2）直接監測含水飽和度 1996年，Honarpour提出用微波技術直接監測驅替過程中巖心含水飽和度的變化［6］。這種技術的優點包括：①可以構造沿巖心長度上各點的含水飽和度；②通常使用的基于物質守恒定律求取含水飽和度的辦法會受到巖心末端效應的影響，而微波裝置不受此影響。

2.3 試驗過程

傳統半滲透隔板法包括驅替和自吸2個過程，而Longeron利用微孔薄膜法將試驗過程拓展到整個毛細管壓力曲線循環中，具體內容如下［1］：①用模擬油將飽和水的巖心驅至束縛水狀態，得出毛細管壓力周期的起始點。②水逐漸自吸吸入，直到毛細管力降為零。③繼續水驅至殘余油狀態。④自吸油驅水。⑤二次油驅。通過上述過程可得到4條 （自吸水、水驅、自吸油和油驅）毛細管壓力曲線（見圖3和圖4），這樣可以更好地量化巖心的潤濕性，從而實現毛細管壓力與潤濕性的聯測，最終提高半滲透隔板法的操作效率。

圖3 自吸水和水驅的毛細管壓力曲線圖

圖4 自吸油和油驅的毛細管壓力曲線圖

3 結論與建議

（1）在構造毛細管壓力曲線的各種方法中，半滲透隔板法的構造結果最為精確，但耗時太長，難以滿足試驗要求。用微孔薄膜代替傳統的陶瓷隔板，可以大大縮短試驗時間。

（2）在巖心含水飽和度的監測中，應盡量采用自動化讀取巖心出口端產液量的方法，以避免人工操作可能產生的誤差。

（3）利用微孔薄膜法構造毛細管壓力曲線時，可以將試驗過程拓展到整個毛細管壓力循環，可同時評價巖心的潤濕性，這樣將使得半滲透隔板技術更有效率和意義。

［1］Longeron D，Wibeke L，Hammervold，et al.Water－Oil Capillary Pressure and Wettability Measurements Using Micropore Membrane Technique ［J］.SPE43553，1995.

［2］何更生 .油層物理 ［M］.北京：石油工業出版社，1994.

［3］Jennings J W，Morse R A.Simultaneous Determination of Capillary Pressure and Relative Permeability by Automatic History Matching ［J］.SPE24873，1985.

［4］Fleury M，Longeron D.Combined Resistivity and Capillary Pressure Measurements Using Micropore Membrane Technique ［J］ .SPE34873，1998.

［5］Fleury M，Doele M，Longeron D.Full Imbibition Capillary Pressure Measurements Using the Micropore Membrane Technique ［J］ .SPE35873，1997.

［6］Honarpour M M.Simultaneous Measurements of Relative Permeability，Capillary Pressure，and Electrical Resistivity with Microwave System for Saturation Monitoring ［J］.SPE28329，1996.