溫度對油砂瀝青相滲規律影響研究

李兆敏，王壯壯，李松巖，李 威，劉尚奇

(1.中國石油大學，山東 青島 266580;2.中油勘探開發研究院，北京 100083)

引 言

油砂瀝青熱采過程中涉及到蒸汽、熱水和原油的復雜多相滲流過程，并且溫度的變化會對流體黏度、油水分布、潤濕性及孔隙結構產生影響，導致油水滲流規律發生變化。因此，分析溫度對相滲曲線的影響對研究熱力采油的滲流和驅替過程至關重要[1－3]。最初認為相對滲透率基本不隨溫度變化，但隨著越來越多稠油油藏的開發、實驗手段和計算方法的改進，發現溫度對相滲規律有 一 定 影 響。 Maini[4]、 Nakornthap[5]、 Schembre[6]、蒲春生[7]等人通過非穩態法和穩態法實驗，利用JBN或歷史擬合的數據處理方法，認為油水相對滲透率隨溫度的升高而增大。Torabzadeh[8]、Watson[9]、姜維東[10]等人認為隨溫度升高，油相相對滲透率增大，水相相對滲透率減小或不變。但有人認為溫度對相對滲透率的影響是由實驗誤差造成的。Miller[11]等人指出黏性不穩定、毛管末端效應和物質平衡產生的計算誤差可能是造成前人實驗結果不正確的主要原因。而Polikar[12]等人則根據實驗巖心的不同，提出觀察到的溫度對相滲規律無影響現象與實驗中巖心類型有關?？偨Y分析認為，前人實驗中原油以稀油為主，黏度不大，膠質瀝青質含量較低，溫度變化范圍較小，不能充分反映油砂瀝青等超稠油油藏熱采過程中滲流規律的變化。因此，筆者以加拿大油砂瀝青為實驗用油，進行80～240℃條件下的非穩態熱水驅，利用JBN方法計算相對滲透率，研究溫度對油砂瀝青相滲規律的影響。

1 油水相滲實驗

1.1 實驗巖心與流體

實驗巖心由石英砂填制而成;實驗用油為脫水處理后的加拿大油砂瀝青，50℃下脫水原油黏度為40000 mPa·s，油砂瀝青四組分含量:飽和分為23.63%、芳香分為43.72%、膠質為22.04%、瀝青質為10.61%，實驗溫度下原油黏度由高溫高壓落球黏度計測得;實驗用水為蒸餾水，實驗溫度下蒸餾水的黏度作為已知參數可查表獲得。實驗巖心和流體物性參數見表1。

表1 巖心及流體物性參數

1.2 實驗流程與方法

實驗流程參照標準SY/T 6384－1999《稠油油藏高溫相對滲透率測定》。圖1是主要的實驗裝置和實驗流程[13－14]。

圖1 實驗流程

實驗步驟在文獻 [13]、[14]中有詳細的記述和規定?？紤]到實驗中人為因素和儀器測量誤差對實驗結果造成的影響，使用JBN方法時適當對實驗數據進行了光滑處理[15]。

2 結果與分析

實驗得到不同溫度下的油水相對滲透率曲線和端點特征值，實驗結果見圖2、表2。

圖2 不同溫度下油水相滲曲線

表2 不同溫度下端點特征值對比結果

2.1 油砂瀝青相滲規律特點

由圖2、表2可知，油砂瀝青具有2個顯著特點:溫度對相滲規律有較大影響;油相相對滲透率較大，水相相對滲透率特別小，油水相對滲流能力差別很大。

油水相對滲透率數值上的巨大差別體現了油相對水相的阻礙作用，這與油砂瀝青超高的原油黏度有關。對于稀油油藏而言，油水黏度差異小，兩相間相互阻礙較弱，相對滲流能力差別不大;而對于油砂瀝青等超稠油油藏，由于油相黏度太大，油相的存在對水相滲流起到阻擋作用，使得兩相共滲時流動阻力很大，油水兩相間相對滲流能力極不平衡。

2.2 溫度對油砂瀝青相滲規律的影響

由圖2、表2可知，隨溫度升高，束縛水飽和度增大，殘余油飽和度減小，兩相共滲區間擴大，并且在相同含水飽和度下，兩相相對滲透率隨溫度升高都增大，說明溫度升高增強了兩相滲流能力。

油砂瀝青相滲規律受溫度影響，這與油砂瀝青黏度和組分性質有關。由于油相黏度較大，膠質瀝青質含量高，油砂瀝青低溫時易在孔道表面形成固化的膠體層[16]，導致滲流斷面相對減小，油水相對滲透率較小;隨著溫度的升高，油相黏度大幅降低，極性物質解吸，使膠體層變薄，增大了多孔介質的滲流能力，油水相對滲透率增大。

隨溫度升高，油相黏度減小，膠質瀝青質等極性物質解吸，油—水—巖石系統水濕性增強，水驅效率提高，因而束縛水飽和度增大，殘余油飽和度減小。在殘余油飽和度下，殘余油以小油滴的形式殘存于孔喉處產生賈敏效應，對水相滲流起到阻礙作用，隨著溫度升高，殘余油減少，殘余油飽和度條件下的水相相對滲透率相應增大。

3 結論

(1)油砂瀝青相滲規律具有2個不同于稀油的顯著特點:一是溫度對相滲規律有較大影響;二是油相相對滲透率遠大于水相相對滲透率，兩相滲流能力極不平衡。

(2)隨溫度升高，束縛水飽和度增大，殘余油飽和度減小，兩相共滲區擴大，并且相同含水飽和度下，兩相相對滲透率都隨溫度升高而增大。

(3)油砂瀝青具有黏度大、膠質瀝青質含量高的特點，兩相共滲時高黏油相對水相有較強的阻礙作用。溫度升高，油相黏度大幅降低，膠質瀝青質等極性物質解吸，使油水相滲規律隨溫度變化。

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