低渗透碳酸盐岩稠油油藏岩石渗吸试验研究

孙仁远，马自超，范坤坤，张建山（中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛 266580）

徐婷，曹立迎，杨森（中石化石油勘探开发研究院，北京 100083）

低渗透油藏孔喉细小，毛细管力作用显著，因此渗吸规律的研究对低渗透油藏的开发十分重要。曲志浩等［1］通过研究低渗透油层微观水驱油特征，指出低渗透油田水驱油效果较差，自吸水驱油现象较强。吴应川等［2］对不同渗透率的岩心在不同温度下进行渗吸模拟试验，揭示了不同渗透率岩心的渗吸速度、渗吸采收率随温度的变化规律。周林波等［3］开展了特低渗透岩心渗吸试验，结果发现，渗透率和油水界面张力对渗吸速度和渗吸采收率均有明显影响。Austad等［4］进行了不同润湿性岩心的渗吸试验，评价和分析了渗吸速度、渗吸深度和渗吸采出程度等参数。Zhou等［5，6］利用X射线层析成像技术检测了砂岩中的逆向渗吸效应，认为岩石的非均质性对渗吸的影响很大，会形成更多的剩余油。

低渗透碳酸盐岩稠油油藏除了稠油特性之外又属于低渗油藏类型［7］。稠油、低渗这两大特性使该类油藏的研究成为世界性攻关课题，也给该类油田的开发带来巨大的挑战，国内外针对性的研究很少。对低渗透稠油油藏岩心渗吸的研究，能够更好地认识低渗透稠油油藏，为低渗稠油油藏的开发提供理论指导和技术支持，提高油田开发的经济效益。

采用Amott法测定岩心润湿性及渗吸采出程度［8］，对低渗透碳酸盐岩岩心进行了不同条件下渗吸采出程度研究，并结合SL油田砂岩岩心的相关数据进行对比，分析了各因素对岩石渗吸的影响。

1 试验仪器及材料

1.1 试验仪器

GD－1型气体渗透率仪、高温高压驱替装置（见图1）、饱和水装置、密度计、恒温水浴、吸水仪、吸油仪等。

1.2 试验材料

天然岩心，基本参数见表1；脱水原油，黏温曲线见图2；蒸馏水；氯化钾溶液（6000mg／L）。

图1 高温高压驱替试验流程图

表1 岩心基本参数表

2 试验方法

选取试验岩心，用原油加压饱和，建立束缚水；经老化后用Amott方法自吸排油，测岩石润湿性指数，通过记录排出油的体积随时间的变化，计算渗吸采出程度。改变渗吸的条件，研究各因素对渗吸的影响规律。

2.1 试验步骤

1）将饱和水的岩心水测渗透率。

2）将岩心饱和油，然后老化一定时间。

3）将岩心自吸排油，记录自吸水排油量随时间的变化。

4）将岩心水驱油至残余油状态，记录水驱排油量随时间的变化。

5）进行自吸油排水，记录岩样自吸油排水量随时间的变化。

6）二次油驱水至束缚水状态，记录岩样油驱排水量随时间的变化。

2.2 计算公式

图2 试验油样的黏温曲线

式中：Iw为水湿指数，1；Vo1、Vo2分别为岩心自吸排油量和水驱排油量，mL；Io为油湿指数，1；Vw1、Vw2分别为岩心自吸排水量和油驱排水量，mL；Ir为相对湿润指数，1；R为渗吸采出程度，1；Vo为岩心饱和油量，mL。

3 试验结果与分析

3.1 岩心渗透率对渗吸的影响

图3给出了取心井XL－Ⅰ两块岩心的渗吸采出程度随时间的变化曲线。由图3可见，对于同一口取心井，岩心的渗吸采出程度主要受渗透率的影响，随渗透率的降低，岩心的渗吸采出程度明显降低。这是因为岩心的渗透率越低，孔隙性质越差，渗吸排油阻力越大，原油被阻断在孔喉处的几率越大，导致渗吸采出程度降低。

图3 XL－1、XL－2岩心渗吸采出程度与时间的关系曲线

由表2可知，该油田3口取心井岩心的渗吸采出程度均偏低，最高为6.45%，最低仅为1.90%。其主要原因是岩心的润湿性均为油湿。对于亲油岩心来说，孔隙介质对油的吸附性很大，在渗吸过程中，毛细管力主要表现为阻力，地层水只能带走滞留于岩石表层的一小部分油，因此渗吸采出程度很低。

3.2 原油黏度对渗吸的影响

选取2组岩心，渗透率分别为0.2、8.5mD，研究不同原油黏度对岩心渗吸的影响，结果见图4。由图4可见，在渗透率相近时，随原油黏度的增加，岩心渗吸采出程度降低；在渗透率较低时，原油黏度对岩心渗吸采出程度的影响程度较小。

表2 岩心渗透率及最终采出程度表

图4 不同原油黏度下采出程度随时间的变化关系

原油黏度对渗吸的影响主要表现在渗流条件上，随着原油黏度的降低，渗吸排油的阻力降低，有利于渗吸过程的发生，因此可通过提高油藏温度、降低原油黏度的方法提高渗吸采收率［9］；岩心的渗透率在一定程度上反映了岩心的孔隙结构和孔隙的连通情况，在渗透率过低时，渗吸阻力过大，原油黏度对渗吸的影响削弱，渗吸采出程度随原油黏度的变化不明显。

3.3 岩心润湿性对渗吸的影响

从SL油田选取3块岩心，然后与渗透率相近、润湿性不同的X油田XL岩心进行渗吸采出程度对比，结果见图5和表3。

由图5可见，在渗透率相近的情况下，SL岩心的渗吸采出程度普遍高于XL试验岩心。这主要是由于二者的润湿性不同。SL岩心均为亲水岩心，而XL岩心为亲油岩心。在岩石自发渗吸驱油过程中，渗流动力为毛细管力和重力。Schechter等［10］曾用参数N－1B表达毛细管力和重力对渗吸作用的贡献：

表3 岩心渗透率及润湿性

对于试验所用稠油，其密度为0.995g／cm3，重力的影响较小，大于1，渗吸过程中毛细管力起支配作用。对于亲水岩心，毛细管力是动力，因此渗吸采出程度高；对于亲油岩心，油藏形成初期表现为亲水性，随着漫长的地质年代作用、油气运移及极性化合物的吸附和原油中有机物质的沉积而使岩心部分表面润湿性变为油湿［11］，因此，渗吸过程中毛细管力的作用既有动力也有阻力，因此渗吸采出程度偏低。

岩心的润湿性对渗吸过程的发生有着非常重要的影响。亲水岩心渗吸采出程度最高达到17%，亲油岩心的最高为6.5%。亲水岩心的渗吸速度快，亲油岩心慢。岩心的润湿程度决定着渗吸最终采出程度和渗吸速度，岩心的水湿程度越高，渗吸采出程度越高。

图5 不同润湿性岩心采出程度对比

4 结论

1）低渗透稠油油田碳酸盐岩岩心的润湿性为油湿，渗吸采出程度一般低于10%。

2）岩心的渗吸采出程度受渗透率的影响较大，渗透率越大，渗吸采出程度越高。

3）原油黏度越大，岩心渗吸采出程度越低，但随着岩心渗透率的降低，原油黏度对渗吸的影响程度降低。

4）在相同的渗透率条件下，亲水岩心的渗吸采出程度明显高于亲油岩心。

［1］曲志浩，孔令荣 .低渗透油层微观水驱油特征 ［J］.西北大学学报（自然科学版），2002，32（4）：329～334.

［2］吴应川，张惠芳，代华，等 .利用渗吸法提高低渗油藏采收率技术 ［J］.断块油气田，2009，16（2）：80～82.

［3］周林波，程林松，曾保全 .裂缝性特低渗透储层渗吸表征模型 ［J］.石油钻探技术，2010，38（3）：83～86.

［4］Austad T，Standnes C.Spontaneous imbibition of water into oil－wet carbonates ［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2003，39（3）：363～376.

［5］Zhou D，Kamath J，Kovscek A R.Scaling of counter－current imbibition processes in low－permeability porous media ［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2002，33（1）：61～74.

［6］Akin S，Kovscek A R.Imbibition studies of low－permeability porous media ［J］.SPE54590，1999.

［7］丁一萍，李江龙，刘传喜，等 .低渗透稠油油藏水平井优化设计研究 ［J］.天然气地球科学，2011，22（3）：561～565.

［8］SY／T 5153—2007，油藏岩石润湿性测定方法 ［S］.

［9］李爱芬，凡田友，赵琳 .裂缝性油藏低渗透岩心自发渗吸实验研究 ［J］.油气地质与采收率，2011，18（5）：67～69.

［10］Schechter D S，Zhou D.Capillary imbibition and gravity segregation in low IFT systems ［J］.SPE22594，1991.

［11］姚凤英，姚同玉，李继山 .油层润湿性反转的特点与影响因素 ［J］.油气地质与采收率，2007，14（4）：76～78.