低滲油藏自發(fā)滲吸驅(qū)油效率測(cè)定新方法*

張 健，趙 娟，楊 光，王傳軍，鄭 旭，唐曉旭

（1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100028；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

所謂自發(fā)滲吸［1-3］（簡(jiǎn)稱自吸）是多孔介質(zhì)在毛細(xì)管力驅(qū)動(dòng)下自發(fā)地吸入某種潤(rùn)濕液體的過程，它是毛管壓力作用下的一種常見現(xiàn)象。低滲油藏中通常裂縫發(fā)育，在注水開發(fā)過程中，注入水首先沿裂縫推進(jìn)，裂縫中的水靠自吸作用將原油從基質(zhì)中驅(qū)替出來。隨著低滲油藏的大量開發(fā)與應(yīng)用，自發(fā)滲吸作為低滲油藏的一個(gè)重要開采機(jī)理［4-6］而備受關(guān)注。前人的滲吸實(shí)驗(yàn)研究中，大多直接或者間接采用體積法［7］或常規(guī)稱重法【8】進(jìn)行自然滲吸實(shí)驗(yàn)研究。

目前室內(nèi)常用的滲吸物理實(shí)驗(yàn)方法主要有體積法和稱重法［7］。

同向滲吸體積法實(shí)驗(yàn)的主要原理是用帶刻度的毛細(xì)管與裝有巖心的容器相連，通過滲吸前后毛細(xì)管內(nèi)液面變化來表征巖心的滲吸量的大小。逆向滲吸體積法實(shí)驗(yàn)［9］是將巖心完全浸沒在液體里，由于滲吸作用巖心內(nèi)的非潤(rùn)濕相被潤(rùn)濕相驅(qū)替出來，在重力作用下匯聚在容器頂部的細(xì)管中，測(cè)量容器頂部的液體或氣體體積進(jìn)而計(jì)算滲吸采收率。體積法僅能測(cè)定滲出并已脫離巖樣的油量，而不能測(cè)定溶解于水中油珠的體積，因而所測(cè)定的自發(fā)滲吸驅(qū)油效率存在著較大的誤差。

稱重法實(shí)驗(yàn)是將巖心的一個(gè)端面與潤(rùn)濕液接觸（同向滲吸）或?qū)r心全部浸沒在液體中（逆向滲吸為主），每隔一定時(shí)間記錄電子天平讀數(shù)，直到質(zhì)量不再增加為止，從而求得該時(shí)刻吸入的潤(rùn)濕液量占總孔隙體積的百分?jǐn)?shù)Et和滲吸體積Vwt［1］。稱重法原理簡(jiǎn)單、操作方便，但是針對(duì)頁巖等低滲巖心，其吸水膨脹會(huì)導(dǎo)致計(jì)量增加和微裂縫增多，對(duì)滲吸量的計(jì)量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不精確。對(duì)于致密砂巖巖心，由于存在“門檻跳躍”、“掛壁”等現(xiàn)象以及孔隙度測(cè)量不精確的問題，在計(jì)算過程中常會(huì)出現(xiàn)滲吸采收率超過100%的情況［7］。

針對(duì)體積法和稱重法滲吸物理實(shí)驗(yàn)存在問題，本文提出一種低滲油藏自發(fā)滲吸驅(qū)油效率測(cè)量裝置及方法，為了彌補(bǔ)與體積法測(cè)試的不足，測(cè)試裝置中增設(shè)了水中含油分析儀來測(cè)定溶解于水中的油珠的體積，以提高實(shí)驗(yàn)的精度。首先根據(jù)稱重法測(cè)定由于水油密度差引起的巖心質(zhì)量變化，計(jì)算巖心自吸進(jìn)入的水的體積；然后結(jié)合體積法測(cè)定裝置中巖心被驅(qū)替出的油的體積及水中含油的體積，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。理論上采用稱重法計(jì)算的巖心自吸進(jìn)入的水的體積與體積法巖心被驅(qū)出的油的體積相等。由于兩種實(shí)驗(yàn)方法均有誤差，因此認(rèn)為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差小于3%即取得了合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩種實(shí)驗(yàn)方法得到的數(shù)據(jù)取平均值，可通過其計(jì)算出自滲吸驅(qū)油效率。

1 建立自發(fā)滲吸驅(qū)油效率測(cè)量裝置及方法

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)用水為按照油田現(xiàn)階段混配水的離子組成配制的模擬水，密度ρw1 g/mL，礦化度為9374.13 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）:K++Na+3091.96、Mg2+158.68、Ca2+276.17、Cl-5436.34、SO42-85.29、HCO3-311.48、CO32-14.21；實(shí)驗(yàn)用原油，黏度3 mPa·s（65℃），密度ρo0.85 g/mL；實(shí)驗(yàn)用巖心為露頭圓柱砂巖巖心:長(zhǎng)10 cm、直徑2.5 cm，滲透率0.1×10-3μm2，孔隙體積3.1 mL。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。箱體1內(nèi)由分隔板分隔成上下兩部分空間，上部分空間為測(cè)量室2，下部分空間為樣品室3，在測(cè)量室2和樣品室3內(nèi)均設(shè)置有加熱控溫裝置4。在測(cè)量室2 內(nèi)還設(shè)置有稱量機(jī)構(gòu)5，稱量機(jī)構(gòu)5的測(cè)量端設(shè)置有懸繩6，懸繩6穿過分隔板，末端位于樣品室3 內(nèi)。在樣品室3 內(nèi)還設(shè)置有含水的漏斗型容器7，漏斗型容器7頂部與懸繩6連接。漏斗型容器7 內(nèi)部設(shè)置有用于夾持巖心12的巖心夾持器8，巖心夾持器8頂端與懸繩6末端連接，由稱量機(jī)構(gòu)5 測(cè)量巖心12 的質(zhì)量變化，并將測(cè)量到的質(zhì)量變化值傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)9，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)9 計(jì)算出巖心12 自吸進(jìn)入的水的體積。漏斗型容器7兩側(cè)側(cè)壁上分別間隔設(shè)置有2個(gè)具塞裝置10，4 個(gè)水中含油分析儀11 分別經(jīng)過相應(yīng)的具塞裝置10探測(cè)漏斗型容器7中水中含油率，并將測(cè)定結(jié)果傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)9，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)9采用算術(shù)平均值算出水中含油率平均值。

裝置還包括磨砂密封蓋、托板和升降系統(tǒng)13。磨砂密封蓋設(shè)置在漏斗型容器7底部、托板上部；托板底部中心位置處設(shè)置有升降系統(tǒng)13。當(dāng)對(duì)各種不同巖樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，若懸繩6長(zhǎng)度不夠時(shí)，通過升降系統(tǒng)13 將巖心12 浸入溶液中。加熱控溫裝置4包括恒溫控制器41、發(fā)熱裝置42 和溫度傳感器43。溫度傳感器43將測(cè)定的箱體1內(nèi)溫度傳輸至恒溫控制器41，恒溫控制器41根據(jù)預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)溫度控制發(fā)熱裝置42工作狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)節(jié)箱體1內(nèi)溫度。

圖1 低滲油藏自發(fā)滲吸驅(qū)油效率測(cè)量裝置示意圖

漏斗型容器7 上部采用細(xì)管結(jié)構(gòu)，并在細(xì)管結(jié)構(gòu)上設(shè)置有刻度，用于測(cè)量漏斗型容器7 中水的液面高度，當(dāng)液面高度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的刻度線以上，進(jìn)行自然滲吸實(shí)驗(yàn)。

4個(gè)水中含油分析儀11都采用插入式水中含油分析儀，經(jīng)具塞裝置10 插入漏斗型容器7 中進(jìn)行探測(cè)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）根據(jù)稱重法測(cè)定由于水油密度差引起的巖心質(zhì)量變化，計(jì)算巖心自吸進(jìn)入的水的體積。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:巖心先烘干、稱重（質(zhì)量為mcore），巖心抽真空飽和油、稱重（質(zhì)量為mo），然后將巖心安裝在巖心夾持器中，放置在含水的漏斗形容器中，液面高度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的刻度線以上，在65℃下進(jìn)行自然滲吸實(shí)驗(yàn)，稱重（滲吸后的質(zhì)量為m1）。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)9根據(jù)測(cè)量到的巖心質(zhì)量變化，按式（1）計(jì)算巖心飽和原油體積Vo，按式（2）計(jì)算巖心自吸進(jìn)入的水的體積V新稱重法:

式中，Vo—巖心飽和原油體積，mL；mcore—巖心質(zhì)量，g；V新稱重法—自吸進(jìn)入巖心的水的體積，mL；ρw—水的密度，g/mL；ρo—油的密度，g/mL；mo—巖心飽和油后的質(zhì)量，g；m1—巖心完成滲吸之后的質(zhì)量，g。

（2）結(jié)合體積法測(cè)定裝置中巖心被驅(qū)替出的油的體積及水中含油的體積。具體地，觀測(cè)漏斗型容器內(nèi)刻度管處油的體積V1，采用水中含油分析儀測(cè)定水中含油率，由水中含油率與容器中水的體積計(jì)算水中含油體積Vin，按式（3）計(jì)算自吸過程排出的油的體積Vo新體積法:

理論上假設(shè)油水兩相均為剛性流體，則采用稱重法計(jì)算出的巖心自吸進(jìn)入的水的體積與體積法巖心被驅(qū)出的油的體積相等。由于兩種實(shí)驗(yàn)方法均有誤差，認(rèn)為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差小于3%（│Vo新體積法-Vo新重量法│/Vo新重量法＜3%）即取得了合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

將兩種實(shí)驗(yàn)方法得到的數(shù)據(jù)取平均值（式4），得到自吸排除油體積Vo排出:

由式（5）計(jì)算自吸驅(qū)油效率Et:

式中，Et—自吸驅(qū)油效率；Vo排出—自吸排出油的體積，mL；Vo—巖心飽和油體積，mL。

2 結(jié)果與討論

采用露頭圓柱砂巖巖心，測(cè)試了其自發(fā)滲吸驅(qū)油效率。巖心先經(jīng)烘干后稱重為98.204 g，然后抽真空100%飽和實(shí)驗(yàn)用油2.550 g。將巖心安裝在巖心支架上，進(jìn)行自然滲吸實(shí)驗(yàn)。滲吸過程為自吸水排油過程，用精密電子天平和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，不間斷地對(duì)巖樣進(jìn)行稱量，并記錄質(zhì)量變化。由于水、油的密度差，巖樣吸水排油，因此質(zhì)量逐漸增加。待巖心質(zhì)量穩(wěn)定后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)顯示巖心質(zhì)量為100.852 g，記錄漏斗型容器里面的油的體積為0.5 mL，并采用水中含油分析儀測(cè)定溶解于水中的含油率為0.24 g/L，容器水量為500 mL。

由式（1）計(jì)算巖心飽和原油體積Vo=2.55 g/（0.85 g/mL）=3.0 mL

由式（2）自吸進(jìn)入的水的體積Vo新稱重法=（100.852-2.550-98.204）/（1-0.85）=0.653 mL

由式（3）計(jì)算自吸過程中排出油的體積Vo新體積法=0.5 mL+0.24 g/L×500 mL/（0.85 g/mL×1000 mL/L）=0.64 mL

理論上，體積法與稱重法得到的巖心自吸過程排出的油的體積與自吸進(jìn)入水的體積應(yīng)該相等，但是由于實(shí)驗(yàn)誤差，造成結(jié)果有所差別。但是兩者誤差應(yīng)小于3%，否則需要重新進(jìn)行測(cè)定。

經(jīng)計(jì)算，│Vo新體積法-Vo新重量法│/Vo新重量法=（0.653-0.64）/0.653=1.99%＜3%

因此，自吸過程排出的油的體積為:

最終，計(jì)算自吸驅(qū)油效率Et=0.6465 mL/3.0 mL×100%=21.55%。

3 結(jié)論

基于傳統(tǒng)體積法和稱重法，設(shè)計(jì)出一套低滲油藏自發(fā)滲吸驅(qū)油效率測(cè)量裝置及方法。該裝置將體積法和稱重法有效結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了一組實(shí)驗(yàn)同時(shí)得到體積法和稱重法兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩者相互驗(yàn)證，提高數(shù)據(jù)合理性。并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，對(duì)低滲透油藏自吸驅(qū)油效率的研究起到積極意義。