挪威大學提出“巖心驅油”反應動力學的新方法

挪威斯塔萬格（Stavanger）大學油藏工程系教授，近期提出用于井下或實驗室油藏研究巖心驅替的反應動力學新方法。

當不同成分活性鹽水充滿巖心，注入鹽水的速率會有規律地變化。而每種鹽水成分組合都達到穩定狀態，此時驅替出的液體濃度已不再隨時間顯著變化。教授還提出了關井試驗方式，即鹽水與巖心靜態反應一段時間之后，再被驅替出巖心。所謂反應動力學，是各種物理化學條件對反應速率的影響。教授提出的方法核心，一是巖心被不同成分的活性鹽水驅替后，其注入速率會有規律地變化；二是由于每次實驗的驅替組合都進行到鹽水到穩定狀態，而此時流出物濃度不再隨時間發生顯著變化；三是較低的注入速率給予鹽水更多的反應時間。

教授建議采用關井試驗，其中鹽水與巖心靜態反應一段時間，然后將鹽水沖洗出來。操作人員將鹽水停留時間和產出鹽水成分，與驅油實驗進行了比較。教授這一實驗方案設計，可以利用單個巖心來找出油藏反應動力學的特性。同時，也可以開展有效地實驗建模與擬合。教授介紹，做法依據是隨著時間延長，液體趨于平衡；操作人員掌握的穩態數據可直接與注入巖心的鹽水相比較，故并不需要專門進行整體動態實驗的空間與時間建模。

挪威實驗室研究過程表明，每個穩態數據點表示有助于約束參數選擇的不同信息。反應動力學可以預測平衡狀態，以及達到平衡所需的時間。由于需要找到耦合解的空間分布，考慮色散增加了復雜性，并且當獲得動力學的第一估計時，建議將其作為第二步。研發人員認為，雖然存在一些不足，但此方法仍然比全動態模擬實驗有效得多。

在實驗過程中，研發人員在100-130攝氏度（北海儲層溫度）條件下，將0.0445和0.219mol/L MgCl2注入不同巖心，例如Stevns-Klint（丹麥）和堪薩斯（美國）白堊中進行實驗。注入速率從每天0.25-16孔隙體積（PV/D）不等。與此相對照，關井試驗提供的當量速率低至1/28 PV/D。

斯塔萬格大學實驗結果表明，實驗過程中產生Ca2+離子，保留了Mg2+離子，分別與方解石溶解和菱鎂石沉淀有關。這以類似置換的方式發生，其中Ca的增加與Mg2+的損失相似。基于此替代的簡單反應動力學模型，具有3個獨立的調節參數（速率系數、反應級數和平衡常數）。此外，與平流一起實現，以在說明注入成分、注入速率和反應動力學參數時解析計算穩態流出物濃度。

油藏工程系科研人員通過調整反應動力學參數，有效地擬合了實驗穩態數據。確定每個巖芯的參數相對準確。敏感性分析說明了反應參數、孔隙速度和分散的作用。所確定的反應動力學，可以成功地預測儲層白堊和露頭白堊中的化學相互作用，其中包含有強水濕或混合濕狀態的原油。教授認為，穩態方法允許高效率計算的擬合，即使對象是復雜的反應動力學。技術人員使用PHREEQC軟件中的綜合地球化學描述，通過擬合穩態濃度變化，并且作為（停留）時間函數，以確定方解石和菱鎂礦礦物反應的動力學狀態。

科研人員利用模擬器預測表明，當鎂發生損失時，開始產生鈣，而且數量幾乎相同。而操作人員運用地球化學軟件預測的方解石在MgCl2中的溶解度，遠高于在100-130攝氏度下觀察到的Stevns-Klint（丹麥）和堪薩斯（美國）。

此方法通常支持“反應流”建模。需要說明的是，對于含油白堊儲層，該儲層在潤濕性和巖石強度方面，對實驗過程中的注入的海水具有化學敏感性。