低渗油藏自发渗吸驱油效率测定新方法*

张 健，赵 娟，杨 光，王传军，郑 旭，唐晓旭

（1.中海油研究总院有限责任公司，北京 100028；2.海洋石油高效开发国家重点实验室，北京 100028；3.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450）

所谓自发渗吸［1-3］（简称自吸）是多孔介质在毛细管力驱动下自发地吸入某种润湿液体的过程，它是毛管压力作用下的一种常见现象。低渗油藏中通常裂缝发育，在注水开发过程中，注入水首先沿裂缝推进，裂缝中的水靠自吸作用将原油从基质中驱替出来。随着低渗油藏的大量开发与应用，自发渗吸作为低渗油藏的一个重要开采机理［4-6］而备受关注。前人的渗吸实验研究中，大多直接或者间接采用体积法［7］或常规称重法【8】进行自然渗吸实验研究。

目前室内常用的渗吸物理实验方法主要有体积法和称重法［7］。

同向渗吸体积法实验的主要原理是用带刻度的毛细管与装有岩心的容器相连，通过渗吸前后毛细管内液面变化来表征岩心的渗吸量的大小。逆向渗吸体积法实验［9］是将岩心完全浸没在液体里，由于渗吸作用岩心内的非润湿相被润湿相驱替出来，在重力作用下汇聚在容器顶部的细管中，测量容器顶部的液体或气体体积进而计算渗吸采收率。体积法仅能测定渗出并已脱离岩样的油量，而不能测定溶解于水中油珠的体积，因而所测定的自发渗吸驱油效率存在着较大的误差。

称重法实验是将岩心的一个端面与润湿液接触（同向渗吸）或将岩心全部浸没在液体中（逆向渗吸为主），每隔一定时间记录电子天平读数，直到质量不再增加为止，从而求得该时刻吸入的润湿液量占总孔隙体积的百分数Et和渗吸体积Vwt［1］。称重法原理简单、操作方便，但是针对页岩等低渗岩心，其吸水膨胀会导致计量增加和微裂缝增多，对渗吸量的计量产生影响，导致实验结果不精确。对于致密砂岩岩心，由于存在“门槛跳跃”、“挂壁”等现象以及孔隙度测量不精确的问题，在计算过程中常会出现渗吸采收率超过100%的情况［7］。

针对体积法和称重法渗吸物理实验存在问题，本文提出一种低渗油藏自发渗吸驱油效率测量装置及方法，为了弥补与体积法测试的不足，测试装置中增设了水中含油分析仪来测定溶解于水中的油珠的体积，以提高实验的精度。首先根据称重法测定由于水油密度差引起的岩心质量变化，计算岩心自吸进入的水的体积；然后结合体积法测定装置中岩心被驱替出的油的体积及水中含油的体积，对实验结果进行比对。理论上采用称重法计算的岩心自吸进入的水的体积与体积法岩心被驱出的油的体积相等。由于两种实验方法均有误差，因此认为两个实验结果的误差小于3%即取得了合理的实验数据，将两种实验方法得到的数据取平均值，可通过其计算出自渗吸驱油效率。

1 建立自发渗吸驱油效率测量装置及方法

1.1 材料与仪器

实验用水为按照油田现阶段混配水的离子组成配制的模拟水，密度ρw1 g/mL，矿化度为9374.13 mg/L，主要离子质量浓度（单位mg/L）:K++Na+3091.96、Mg2+158.68、Ca2+276.17、Cl-5436.34、SO42-85.29、HCO3-311.48、CO32-14.21；实验用原油，黏度3 mPa·s（65℃），密度ρo0.85 g/mL；实验用岩心为露头圆柱砂岩岩心:长10 cm、直径2.5 cm，渗透率0.1×10-3μm2，孔隙体积3.1 mL。

1.2 实验装置

实验装置如图1所示。箱体1内由分隔板分隔成上下两部分空间，上部分空间为测量室2，下部分空间为样品室3，在测量室2和样品室3内均设置有加热控温装置4。在测量室2 内还设置有称量机构5，称量机构5的测量端设置有悬绳6，悬绳6穿过分隔板，末端位于样品室3 内。在样品室3 内还设置有含水的漏斗型容器7，漏斗型容器7顶部与悬绳6连接。漏斗型容器7 内部设置有用于夹持岩心12的岩心夹持器8，岩心夹持器8顶端与悬绳6末端连接，由称量机构5 测量岩心12 的质量变化，并将测量到的质量变化值传输至计算机系统9，由计算机系统9 计算出岩心12 自吸进入的水的体积。漏斗型容器7两侧侧壁上分别间隔设置有2个具塞装置10，4 个水中含油分析仪11 分别经过相应的具塞装置10探测漏斗型容器7中水中含油率，并将测定结果传输至计算机系统9，由计算机系统9采用算术平均值算出水中含油率平均值。

装置还包括磨砂密封盖、托板和升降系统13。磨砂密封盖设置在漏斗型容器7底部、托板上部；托板底部中心位置处设置有升降系统13。当对各种不同岩样进行实验时，若悬绳6长度不够时，通过升降系统13 将岩心12 浸入溶液中。加热控温装置4包括恒温控制器41、发热装置42 和温度传感器43。温度传感器43将测定的箱体1内温度传输至恒温控制器41，恒温控制器41根据预设的实验温度控制发热装置42工作状态，进而调节箱体1内温度。

图1 低渗油藏自发渗吸驱油效率测量装置示意图

漏斗型容器7 上部采用细管结构，并在细管结构上设置有刻度，用于测量漏斗型容器7 中水的液面高度，当液面高度达到预先设定的刻度线以上，进行自然渗吸实验。

4个水中含油分析仪11都采用插入式水中含油分析仪，经具塞装置10 插入漏斗型容器7 中进行探测。

1.3 实验方法

（1）根据称重法测定由于水油密度差引起的岩心质量变化，计算岩心自吸进入的水的体积。具体实验步骤如下:岩心先烘干、称重（质量为mcore），岩心抽真空饱和油、称重（质量为mo），然后将岩心安装在岩心夹持器中，放置在含水的漏斗形容器中，液面高度达到预先设定的刻度线以上，在65℃下进行自然渗吸实验，称重（渗吸后的质量为m1）。计算机系统9根据测量到的岩心质量变化，按式（1）计算岩心饱和原油体积Vo，按式（2）计算岩心自吸进入的水的体积V新称重法:

式中，Vo—岩心饱和原油体积，mL；mcore—岩心质量，g；V新称重法—自吸进入岩心的水的体积，mL；ρw—水的密度，g/mL；ρo—油的密度，g/mL；mo—岩心饱和油后的质量，g；m1—岩心完成渗吸之后的质量，g。

（2）结合体积法测定装置中岩心被驱替出的油的体积及水中含油的体积。具体地，观测漏斗型容器内刻度管处油的体积V1，采用水中含油分析仪测定水中含油率，由水中含油率与容器中水的体积计算水中含油体积Vin，按式（3）计算自吸过程排出的油的体积Vo新体积法:

理论上假设油水两相均为刚性流体，则采用称重法计算出的岩心自吸进入的水的体积与体积法岩心被驱出的油的体积相等。由于两种实验方法均有误差，认为两个实验结果的误差小于3%（│Vo新体积法-Vo新重量法│/Vo新重量法＜3%）即取得了合理的实验数据。

将两种实验方法得到的数据取平均值（式4），得到自吸排除油体积Vo排出:

由式（5）计算自吸驱油效率Et:

式中，Et—自吸驱油效率；Vo排出—自吸排出油的体积，mL；Vo—岩心饱和油体积，mL。

2 结果与讨论

采用露头圆柱砂岩岩心，测试了其自发渗吸驱油效率。岩心先经烘干后称重为98.204 g，然后抽真空100%饱和实验用油2.550 g。将岩心安装在岩心支架上，进行自然渗吸实验。渗吸过程为自吸水排油过程，用精密电子天平和数据采集系统相连，不间断地对岩样进行称量，并记录质量变化。由于水、油的密度差，岩样吸水排油，因此质量逐渐增加。待岩心质量稳定后，数据采集系统显示岩心质量为100.852 g，记录漏斗型容器里面的油的体积为0.5 mL，并采用水中含油分析仪测定溶解于水中的含油率为0.24 g/L，容器水量为500 mL。

由式（1）计算岩心饱和原油体积Vo=2.55 g/（0.85 g/mL）=3.0 mL

由式（2）自吸进入的水的体积Vo新称重法=（100.852-2.550-98.204）/（1-0.85）=0.653 mL

由式（3）计算自吸过程中排出油的体积Vo新体积法=0.5 mL+0.24 g/L×500 mL/（0.85 g/mL×1000 mL/L）=0.64 mL

理论上，体积法与称重法得到的岩心自吸过程排出的油的体积与自吸进入水的体积应该相等，但是由于实验误差，造成结果有所差别。但是两者误差应小于3%，否则需要重新进行测定。

经计算，│Vo新体积法-Vo新重量法│/Vo新重量法=（0.653-0.64）/0.653=1.99%＜3%

因此，自吸过程排出的油的体积为:

最终，计算自吸驱油效率Et=0.6465 mL/3.0 mL×100%=21.55%。

3 结论

基于传统体积法和称重法，设计出一套低渗油藏自发渗吸驱油效率测量装置及方法。该装置将体积法和称重法有效结合起来，实现了一组实验同时得到体积法和称重法两种实验结果，两者相互验证，提高数据合理性。并通过实验验证了该方法的可行性，提高了实验结果的可靠性，对低渗透油藏自吸驱油效率的研究起到积极意义。