不同水淹速度下的滲吸實驗研究

魏銘江，唐海，呂棟梁，韋穎

（西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都610500）

油氣工程

不同水淹速度下的滲吸實驗研究

魏銘江，唐海，呂棟梁，韋穎

（西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都610500）

水自發滲入基質巖塊從而驅替出其中的油是天然裂縫性油藏提高采收率的重要機理。油藏巖心的室內實驗測試發現因自然滲吸產生的滲吸采收率對評估油藏動態具有重要作用。當前大部分室內滲吸實驗都是水淹程度不變的情況下進行的，而在實際油藏生產過程中，油水界面是不斷上升的，導致之前所處油環境中的基質巖塊被水所包圍，引起自然滲吸過程中滲吸接觸面的變化。文章基于水自發滲入飽和了模擬油的砂巖系統，對不同水淹速度下的自然滲吸進行了實驗研究。研究發現水淹速度的快慢對早期滲吸驅油效率以及最終的滲吸采收率具有重要影響。水淹速度過快，早期的滲吸采油效率較高，最終采收率較低；水淹速度越慢，早期采油效率較低，但最終采收率較高。

裂縫性油藏；自然滲吸；采收率；浮力

在多孔介質中，潤濕相流體依靠毛管壓力作用自發進入巖石孔隙，將其中的非潤濕相流體驅出的過程稱為自然滲吸［1-3］。而關于自然滲吸采收率的研究是過去幾十年來多孔介質多相流研究之中的熱門領域。

自然滲吸作用的影響因素很多，而主要的影響因素有巖石自身屬性［4-7］（如滲透率、孔隙度、潤濕性等）、流體性質［8-11］（油水粘度比、油水界面張力、pH值、礦化度等）以及溫度、壓力、巖心邊界條件［12］等。許多專家學者都曾針對不同的影響因素做了大量的研究，但針對動態邊界條件下的自然滲吸研究還鮮有所聞，因此開展了不同水淹速度和水淹程度對滲吸影響規律的實驗研究。

為了模擬實際油藏生產條件下，油水界面的上升對滲吸作用的影響，設計了不同水淹速度下的自然滲吸實驗。

1　實驗方法

1.1實驗儀器與樣品

實驗儀器：一套自制的自然滲吸實驗記錄儀（包括電腦、恒溫箱、電子天平、恒溫水浴、水槽、流速控制閥等），實驗裝置簡圖（見圖1）。

實驗巖樣：人造親水性砂巖巖心，基本參數（見表1）。

實驗油樣：由地層原油與煤油配制而成，在40℃的粘度為2.7 mPa·s。

實驗水樣：人造地層水，水型為Na2SO4型，礦化度9 554 mg/L。

圖1　實驗裝置簡圖

表1　實驗用巖心基本參數

1.2不同水淹速度下的自然滲吸實驗

選用兩塊滲透率差異較大的人造砂巖巖心，在3種不同水淹速度（即油水界面上升速度，分別為每上升1 cm需要400 min、600 min、800 min）下進行了自然滲吸實驗，共計6組實驗。

巖心經烘干后稱重，再抽空飽和實驗用油，老化48 h之后計量飽和巖心的質量。將巖心懸于電子天平之下，浸沒于裝有油樣的水槽，打開恒溫箱開關及恒溫水浴，待溫度都達到40℃。打開流速控制閥，將水樣送入水槽底部。油水界面快接近巖心底部時，按實驗設計方案調節流速控制閥將水淹速度控制到一定值進行自然滲吸實驗。待油水界面與巖心底部開始接觸時，打開電腦不間斷地記錄飽和巖樣的質量變化，直到油水界面完全越過巖心頂端時停止記錄。將巖心取出清洗干凈，重復之前的步驟，在另一水淹速度下進行實驗，直至完成所有實驗內容。

1.3實驗過程中的浮力校正

隨著油水界面的不斷上升，環繞巖心的油被不斷上升的水所取代，油水之間密度差的存在將導致巖心所受的浮力不斷增大。浮力的變化值也會引起天平讀數的改變，從而被電腦錄入。并且相較于巖心中因油水置換所引起的質量變化，浮力的變化值更大，是不容忽視的。所以，在利用記錄的數據計算滲吸采收率時，必須優先排除掉浮力的影響，否則得出的結果是不可信的。

以巖心受力平衡為基礎，推導了浮力影響下的自然滲吸采收率計算公式。對兩個不同時刻的巖心受力情況作了分析，以N表示不同時刻天平所提供的拉力，F表示不同時刻巖心所受到的浮力，Gγ表示干巖心的重力，Go表示不同時刻巖心中所含油的重力，GW表示不同時刻巖心中所含水的重力。

因此，可以導出以下兩式：

兩式相減然后兩邊同時除以重力加速度，可以得出被驅出的油的體積B2為：

式中：ωn－ωm為tn－tm時間段內的天平讀數差值，g； D為巖心直徑，cm；v為水淹速度，cm·min-1；L為巖心長度，cm；Φ為孔隙度，1；SWi為束縛水飽和度，1；R為滲吸采收率，1。

2　結果與討論

（1）兩塊巖心在不同水淹速度下的自然滲吸實驗數據滿足于Handy模型［13］（見圖2）。在滲吸前緣到達不流動邊界之后，滲吸采收率的變化值已不足1%。而在這之前，滲吸采收率與時間的0.5次方呈線性關系。這表明在不同水淹速度下的自然滲吸實驗過程中，毛管壓力梯度約等于pc/x，水驅油的過程則近似于活塞式驅油。

圖2　滲吸采收率與時間的0.5次方的關系圖（a：BA-1，b：BA-2）

（2）滲透率2.53×10-3μm2的砂巖巖心，其數值在12.8%～15.4%；而滲透率為18.79×10-3μm2的砂巖巖心，其滲吸采收率在31.2%～36.4%，滲吸采收率與滲吸時間的關系（見圖3）。

圖3　滲吸采收率與滲吸時間關系圖（a：BA-1，b：BA-2）

（3）同一塊巖心在不同水淹速度下，其滲吸采收率不同。水淹速度最快的巖心，滲吸接觸面快速增大，早期滲吸速度最快；但是其最終采收率最低，滲吸前緣最快達到不流動邊界。相反，水淹速度最慢的巖心，其早期滲流速度最慢，但是在滲吸中期，滲吸作用面增大到一定程度時，其滲吸速度突然上升，加快了滲吸進程，3結論

其滲吸采收率最高。

（1）設計了不同水淹速度下的自然滲吸實驗裝置及實驗方案，模擬了不同水淹速度對自然滲吸的影響，達到了較好的效果。

（2）推導了不同水淹速度下的自然滲吸采收率計算公式，修正了浮力的影響。

（3）水淹速度過快，早期的滲吸采油效率較高，但是最終采收率較低；水淹速度越慢，最終采收率較高，但是早期采油效率較低。因此對于油田來說，合理控制水淹速度可以提高油田的滲吸采油效率。

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The research of experimental about different flooding velocity on imbibition

WEI Mingjiang，TANG Hai，LV Dongliang，WEI Ying
（Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China）

Water imbibes into matrix block and displace the oil is an important mechanism to improve recovery rate of naturally fractured reservoirs.Small-scale laboratory tests on reservoir rock samples show that spontaneous imbibition becomes crucial in estimating field behavior according to oil recovery by imbibition performance.Nowadays most of the indoor infiltration absorption experiment was conducted under the condition of invariable watered-out degree，and in the actual production process，the reservoir oil-water interface is rising，causing oil environment before the matrix block is surrounded by water，causing natural permeability permeability in the process of the change of the contact surface absorption.Based on spontaneous infiltration water saturated system，simulation of the oil sandstone under differ－ent water velocity on the natural infiltration absorption of experimental research.The study found that the water speed of early infiltration absorb oil displacement efficiency，and ultimately permeability recovery has an important influence.Water too fast，early permeability oil absorption efficiency is higher，the final recovery efficiency is low.Early flooded the slower speed，production efficiency is low，but the final recovery efficiency is higher.

fractured reservoir；spontaneous imbibition；imbibition recovery；buoyancy

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.03.005

TE311

A

1673-5285（2015）03-0020-04

2015－01-23

國家科技重大專項（十二五）“復雜裂縫性碳酸鹽巖油田開發關鍵技術”，項目編號：2008ZX05014-004。

魏銘江，男（1989-），四川大邑人，西南石油大學碩士研究生，從事油藏工程理論與方法方面的研究工作，郵箱：weimj@qq.com。