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渗吸驱油的机理研究_李传亮

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渗吸驱油 机理 研究 李传亮
资源描述:
第 4 0 卷 第 6 期 新 疆 石 油 地 质 V o l . 4 0 , N o . 6 2 0 1 9 年 1 2 月 X I N J I A N G P E T R O L E U M G E O L O G Y D e c . 2 0 1 9 文 章 编 号 : 1 0 0 1 - 3 8 7 3 ( 2 0 1 9 ) 0 6 - 0 6 8 7 - 0 8 D O I : 1 0 . 7 6 5 7 / X J P G 2 0 1 9 0 6 0 8 渗 吸 驱 油 的 机 理 研 究 李 传 亮 1 , 毛 万 义 2 , 吴 庭 新 3 , 朱 苏 阳 1 ( 1 . 西 南 石 油 大 学 石 油 与 天 然 气 工 程 学 院 , 成 都 6 1 0 5 9 9 ; 2 . 中 国 石 油 大 庆 油 田 有 限 责 任 公 司 测 试 分 公 司 , 黑 龙 江 大 庆 1 6 3 5 1 7 ; 3 . 中 国 石 油 集 团 西 部 钻 探 工 程 有 限 公 司 井 下 作 业 公 司 , 新 疆 克 拉 玛 依 8 3 4 0 0 0 ) 摘 要 : 渗 吸 驱 油 是 裂 缝 性 油 藏 的 有 效 驱 油 方 式 , 但 渗 吸 驱 油 的 机 理 一 直 没 有 得 到 统 一 的 认 识 , 应 用 相 关 知 识 对 其 进 行 深 入 研 究 , 取 得 以 下 认 识 。 渗 吸 有 同 向 渗 吸 和 逆 向 渗 吸 之 分 , 地 下 的 渗 吸 都 是 同 向 渗 吸 。 渗 吸 有 平 面 渗 吸 和 垂 向 渗 吸 之 分 , 垂 向 渗 吸 比 平 面 渗 吸 复 杂 , 地 下 的 渗 吸 都 是 垂 向 渗 吸 。 渗 吸 可 分 为 单 边 接 触 式 渗 吸 、 双 边 接 触 式 渗 吸 和 周 围 接 触 式 渗 吸 , 地 下 的 渗 吸 为 周 围 接 触 式 渗 吸 。 渗 吸 有 毛 细 管 压 力 渗 吸 和 浮 力 渗 吸 之 分 , 毛 细 管 压 力 渗 吸 只 能 吸 水 排 油 , 浮 力 渗 吸 既 可 以 吸 水 排 油 , 也 可 以 吸 油 排 水 , 地 下 的 渗 吸 都 是 浮 力 渗 吸 。 大 孔 隙 中 的 渗 吸 速 度 快 , 小 孔 隙 中 的 渗 吸 速 度 慢 。 末 端 效 应 会 滞 留 一 部 分 油 , 降 低 渗 吸 效 率 。 在 水 中 加 入 表 面 活 性 剂 , 可 降 低 末 端 效 应 。 岩 块 越 大 , 渗 吸 采 收 率 就 越 高 , 但 渗 吸 时 间 就 越 长 , 可 通 过 实 验 优 化 岩 块 大 小 及 体 积 压 裂 的 岩 石 破 碎 程 度 。 关 键 词 : 裂 缝 性 油 藏 ; 岩 石 ; 基 质 岩 块 ; 孔 隙 ; 毛 细 管 ; 毛 细 管 压 力 ; 浮 力 ; 渗 吸 ; 岩 心 ; 驱 油 中 图 分 类 号 : T E 3 1 1 文 献 标 识 码 : A © 2 0 1 8 X i n j i a n g P e t r o l e u m G e o l o g y . C r e a t i v e C o m m o n s A t t r i b u t i o n - N o n C o m m e r c i a l 4 . 0 I n t e r n a t i o n a l L i c e n s e 收 稿 日 期 : 2 0 1 8 - 0 9 - 2 3 修 订 日 期 : 2 0 1 9 - 0 7 - 0 3 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 ( 2 0 1 6 Z X 0 5 0 5 4 ) 作 者 简 介 : 李 传 亮 ( 1 9 6 2 - ) , 男 , 山 东 嘉 祥 人 , 教 授 , 博 士 , 油 藏 工 程 , ( E - m a i l ) c l l i p e @ q q . c o m A S t u d y o n M e c h a n i s m o f O i l D i s p l a c e m e n t b y I m b i b i t i o n L I C h u a n l i a n g 1 , M A O W a n y i 2 , W U T i n g x i n 3 , Z H U S u y a n g 1 ( 1 . S c h o o l o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g , S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y , C h e n g d u , S i c h u a n 6 1 0 5 9 9 , C h i n a ; 2 . T e s t i n g B r a n c h , D a q i n g O i l f i e l d C o m p a n y L i m i t e d , P e t r o C h i n a , D a q i n g , H e i l o n g j i a n g 1 6 3 5 1 7 , C h i n a ; 3 . D o w n h o l e O p e r a t i o n C o m p a n y , X i b u D r i l l i n g E n g i n e e r i n g C o . L t d , C N P C , K a r a m a y , X i n j i a n g 8 3 4 0 0 0 , C h i n a ) A b s t r a c t : O i l d i s p l a c e m e n t b y i m b i b i t i o n i s a n e f f e c t i v e w a y o f o i l r e c o v e r y i n f r a c t u r e d r e s e r v o i r s . H o w e v e r , t h e r e i s n o t a u n i f i e d r e c o g n i ⁃ t i o n o n i t s m e c h a n i s m . I n o r d e r t o c l a r i f y t h e m e c h a n i s m o f i m b i b i t i o n , a s t u d y i s c a r r i e d o u t a n d s o m e c o n c l u s i o n s a r e o b t a i n e d i n t h i s p a ⁃ p e r . I m b i b i t i o n c a n b e d i v i d e d i n t o c o c u r r e n t i m b i b i t i o n a n d c o u n t e r c u r r e n t i m b i b i t i o n a n d t h e i m b i b i t i o n i n r e s e r v o i r s b e l o n g s t o c o c u r r e n t i m b i b i t i o n . I m b i b i t i o n c a n a l s o b e c l a s s i f i e d a s h o r i z o n t a l i m b i b i t i o n a n d v e r t i c a l i m b i b i t i o n , a n d v e r t i c a l i m b i b i t i o n i s m o r e c o m p l i c a t e d t h a n h o r i z o n t a l i m b i b i t i o n . A l l t h e i m b i b i t i o n s i n r e s e r v o i r s b e l o n g t o v e r t i c a l i m b i b i t i o n . I m b i b i t i o n a l s o i n c l u d e s o n e ⁃ s i d e ⁃ c o n t a c t i m b i b i ⁃ t i o n , t w o ⁃ s i d e ⁃ c o n t a c t i m b i b i t i o n a n d a l l ⁃ s i d e ⁃ c o n t a c t i m b i b i t i o n , a n d t h e i m b i b i t i o n i n r e s e r v o i r s b e l o n g s t o a l l ⁃ s i d e ⁃ c o n t a c t i m b i b i t i o n . I m ⁃ b i b i t i o n c a n a l s o b e d i v i d e d i n t o c a p i l l a r y p r e s s u r e i m b i b i t i o n a n d b u o y a n c e i m b i b i t i o n . C a p i l l a r y p r e s s u r e i m b i b i t i o n c a n o n l y s u c k w a t e r i n t o r o c k s a n d e x p u l s e o i l , w h i l e b u o y a n c e i m b i b i t i o n c a n e i t h e r s u c k w a t e r i n t o r o c k s t o e x p u l s e o i l o r s u c k o i l i n t o r o c k s t o e x p u l s e w a t e r . T h e i m b i b i t i o n i n r e s e r v o i r s b e l o n g s t o b u o y a n c e i m b i b i t i o n . I m b i b i t i o n i n l a r g e r p o r e s i s f a s t e r t h a n t h a t i n s m a l l e r p o r e s . E n d ⁃ e f f e c t m a y r e t a i n s o m e o i l i n r o c k s , w h i c h w i l l d e c r e a s e i m b i b i t i o n e f f i c i e n c y . A d d i n g s u r f a c t a n t i n t o w a t e r c a n d e c r e a s e t h e i n f l u e n c e o f e n d ⁃ e f f e c t . T h e l a r g e r t h e m a t r i x b l o c k i s , t h e h i g h e r t h e i m b i b i t i o n r e c o v e r y e f f i c i e n c y w i l l b e , b u t t h e l o n g e r t i m e w i l l b e t a k e n f o r i m b i b i t i o n . T h e m a ⁃ t r i x b l o c k s i z e a n d r e s e r v o i r r o c k f r a g m e n t a t i o n d e g r e e d u r i n g v o l u m e t r i c f r a c t u r i n g c a n b e o p t i m i z e d t h r o u g h e x p e r i m e n t s . K e y w o r d s : f r a c t u r e d r e s e r v o i r ; r o c k ; m a t r i x b l o c k ; p o r e ; c a p i l l a r y ; c a p i l l a r y p r e s s u r e ; b u o y a n c e ; i m b i b i t i o n ; c o r e ; o i l d i s p l a c e m e n t 渗 吸 驱 油 是 裂 缝 性 油 藏 的 有 效 驱 油 方 式 [ 1 ] 。 裂 缝 性 油 藏 是 由 裂 缝 和 基 质 岩 块 构 成 的 双 重 介 质 油 藏 。 裂 缝 可 以 是 天 然 存 在 的 , 也 可 以 是 人 工 产 生 的 , 碳 酸 盐 岩 油 藏 中 的 裂 缝 大 都 是 天 然 裂 缝 , 致 密 砂 岩 油 藏 中 的 裂 缝 大 都 是 人 工 压 裂 体 积 缝 和 一 些 天 然 微 裂 缝 [ 2 ] 。 基 质 岩 块 通 常 是 主 要 的 储 集 空 间 , 渗 透 率 一 般 都 较 低 ; 裂 缝 通 常 是 主 要 的 渗 流 通 道 , 渗 透 率 一 般 都 较 高 , 基 质 岩 块 中 的 油 通 过 裂 缝 流 到 井 底 被 开 采 出 来 。 由 于 裂 缝 的 渗 透 率 远 高 于 基 质 岩 块 , 因 此 , 裂 缝 中 的 油 容 易 被 水 驱 替 , 而 基 质 岩 块 中 的 油 则 难 以 被 水 驱 替 。 虽 然 连 续 水 驱 也 能 开 采 基 质 岩 块 中 的 油 , 但 速 度 很 慢 , 大 量 的 注 入 水 通 过 裂 缝 直 接 流 到 了 采 油 井 , 没 有 起 到 驱 油 的 作 用 , 属 于 无 效 循 环 注 水 , 开 采 效 果 较 差 。 为 了 提 高 裂 缝 性 油 藏 的 开 采 效 果 , 人 们 想 到 了 渗 吸 驱 油 的 方 法 , 即 在 停 止 注 水 的 情 况 下 , 让 裂 缝 中 的 水 渗 吸 到 基 质 孔 隙 中 , 把 其 中 的 油 驱 替 到 裂 缝 中 , 然2 0 1 9 年 新 疆 石 油 地 质 后 再 用 水 把 裂 缝 中 的 油 驱 替 到 生 产 井 底 。 这 种 通 过 渗 吸 驱 油 的 方 式 减 少 了 水 的 无 效 循 环 , 提 高 了 油 藏 的 开 采 效 果 , 目 前 正 受 到 越 来 越 多 的 关 注 [ 3 - 5 ] , 现 场 应 用 也 越 来 越 多 。 关 于 渗 吸 驱 油 规 律 , 人 们 进 行 了 大 量 的 实 验 研 究 , 也 提 出 了 很 多 数 学 模 型 [ 6 - 8 ] , 但 是 , 很 多 实 验 研 究 并 没 有 模 拟 地 下 的 实 际 情 况 , 实 验 结 果 对 生 产 缺 少 指 导 意 义 。 因 此 , 关 于 渗 吸 驱 油 的 机 理 问 题 , 仍 需 要 进 行 深 入 的 研 究 。 1 渗 吸 概 念 地 层 岩 石 的 孔 隙 可 以 用 毛 细 管 来 模 拟 。 若 毛 细 管 中 只 有 油 水 两 相 流 体 , 油 水 之 间 将 有 一 个 弯 曲 的 分 界 面 , 油 水 界 面 弯 曲 是 由 于 岩 石 对 油 水 的 润 湿 性 不 同 所 致 。 由 于 地 下 没 有 亲 油 的 岩 石 , 地 下 的 岩 石 都 亲 水 [ 9 - 1 0 ] , 水 为 润 湿 相 , 油 为 非 润 湿 相 , 因 此 , 油 水 界 面 将 凹 向 油 相 一 侧 或 凸 向 水 相 一 侧 , 并 且 油 相 一 侧 的 压 力 高 于 水 相 一 侧 , 即 p o 大 于 p w , 高 出 的 部 分 正 好 被 毛 细 管 压 力 所 平 衡 , 这 样 才 保 证 了 油 水 界 面 处 于 静 止 状 态 , 毛 细 管 压 力 指 向 油 相 一 侧 ( 图 1 ) , 油 水 界 面 平 衡 的 力 学 条 件 为 p o - p w = p c . ( 1 ) 若 油 相 和 水 相 的 压 力 相 同 , 毛 细 管 压 力 将 牵 引 油 水 界 面 向 油 相 一 侧 移 动 。 毛 细 管 压 力 的 计 算 公 式 [ 1 1 ] 为 p c = 2 σ c o s θ r . ( 2 ) 由 ( 2 ) 式 可 以 看 出 , 毛 细 管 半 径 越 小 , 毛 细 管 压 力 就 越 高 。 地 层 岩 石 有 大 量 不 同 尺 度 的 孔 隙 , 大 孔 隙 的 毛 细 管 压 力 低 , 小 孔 隙 的 毛 细 管 压 力 高 。 将 岩 心 饱 和 水 之 后 , 用 油 驱 替 岩 心 中 的 水 ( 图 2 a ) , 由 于 岩 石 亲 水 , 毛 细 管 压 力 是 油 驱 水 的 阻 力 。 若 油 相 和 水 相 的 压 力 相 同 , 油 则 无 法 克 服 毛 细 管 压 力 , 也 无 法 进 入 岩 心 驱 水 。 若 升 高 油 相 压 力 ( 即 升 高 油 水 压 力 差 ) 超 过 岩 心 最 大 孔 隙 的 毛 细 管 压 力 , 油 就 会 首 先 进 入 最 大 孔 隙 , 并 把 其 中 的 水 驱 替 出 来 , 使 岩 心 的 含 水 饱 和 度 降 低 , 含 油 饱 和 度 升 高 。 若 继 续 升 高 油 相 压 力 , 油 会 依 次 进 入 中 孔 隙 和 小 孔 隙 , 并 把 其 中 的 水 驱 替 出 来 , 使 岩 心 的 含 水 饱 和 度 进 一 步 降 低 , 含 油 饱 和 度 进 一 步 升 高 。 最 小 的 孔 隙 因 毛 细 管 压 力 太 高 , 油 相 压 力 无 法 克 服 毛 细 管 压 力 而 导 致 油 不 能 进 入 孔 隙 中 ( 图 2 a ) 。 地 层 岩 石 最 初 都 饱 和 了 地 层 水 , 油 是 后 来 运 移 进 入 的 , 油 运 移 进 入 岩 石 并 排 出 其 中 的 地 层 水 。 图 2 a 的 岩 心 驱 替 模 拟 了 油 气 运 移 进 入 地 层 岩 石 驱 替 地 层 水 的 过 程 , 这 是 一 个 非 润 湿 相 驱 替 润 湿 相 的 过 程 , 通 常 被 称 作 排 驱 过 程 ( d r a i n a g e ) [ 1 2 ] 。 驱 替 压 力 随 含 水 饱 和 度 的 变 化 曲 线 , 就 是 排 驱 过 程 的 毛 细 管 压 力 曲 线 ( 图 3 a ) , 曲 线 上 有 一 个 排 驱 压 力 或 阈 压 p c d , 俗 称 门 槛 压 力 [ 1 3 ] , 即 油 进 入 岩 石 的 最 低 压 力 , 该 压 力 对 应 岩 石 的 最 大 孔 隙 。 将 岩 心 饱 和 油 之 后 , 用 水 驱 替 岩 心 中 的 油 ( 图 2 b ) 。 由 于 岩 石 亲 水 , 毛 细 管 压 力 成 为 水 驱 油 的 动 力 。 在 油 相 和 水 相 压 力 相 同 的 情 况 下 , 水 可 以 自 动 进 入 岩 心 , 并 把 其 中 的 油 驱 出 。 由 于 小 孔 隙 的 毛 细 管 压 力 高 , 水 会 优 先 进 入 小 孔 隙 并 驱 出 其 中 的 油 。 若 升 高 水 相 压 力 , 可 以 驱 出 更 多 的 油 。 岩 心 的 含 油 饱 和 度 随 驱 替 过 程 不 断 降 低 , 含 水 饱 和 度 不 断 升 高 。 图 2 b 中 的 岩 心 驱 替 是 一 个 润 湿 相 驱 替 非 润 湿 相 的 过 程 , 通 常 被 称 作 渗 吸 过 程 ( i m b i b i t i o n ) [ 1 2 ] 。 渗 吸 过 程 的 压 力 随 含 水 饱 和 度 的 变 化 曲 线 , 就 是 渗 吸 过 程 的 毛 细 管 压 力 曲 线 ( 图 3 b ) , 曲 线 上 没 有 排 驱 压 力 。 广 义 的 渗 吸 包 括 自 发 渗 吸 和 加 压 渗 吸 [ 1 4 ] 。 自 发 渗 吸 ( s p o n t a n e o u s i m b i b i t i o n ) , 简 称 自 吸 , 是 指 在 没 有 加 压 的 情 况 下 , 水 自 动 吸 入 岩 心 并 驱 油 的 过 程 。 加 压 图 1 毛 细 管 中 的 油 水 分 布 及 油 水 分 界 面 ! “ p w p c p o 2r 图 2 岩 心 中 流 体 驱 替 过 程 示 意 图 !“ # $% & a&’# !“ b#’& ()(*+, 图 3 毛 细 管 压 力 曲 线 0 p cd 1 0 1 a!“ b#$ %&’() *+,-. %&’() *+,-. · · 6 8 8第 4 0 卷 第 6 期 李 传 亮 , 等 : 渗 吸 驱 油 的 机 理 研 究 渗 吸 ( f o r c e d i m b i b i t i o n ) 是 指 在 压 力 的 作 用 下 , 水 进 入 岩 心 并 驱 油 的 过 程 , 加 压 渗 吸 有 时 候 也 叫 强 迫 渗 吸 。 也 就 是 说 , 加 压 渗 吸 中 的 水 是 被 压 力 压 入 岩 心 的 , 而 不 是 自 动 吸 入 岩 心 的 。 加 压 渗 吸 , 实 际 上 就 是 油 田 上 的 注 水 驱 油 过 程 。 注 水 驱 油 的 理 论 已 较 为 成 熟 并 广 泛 应 用 , 不 是 本 文 研 究 的 内 容 。 本 文 主 要 研 究 狭 义 的 渗 吸 , 即 自 吸 的 驱 油 过 程 。 下 文 所 说 的 渗 吸 , 若 不 加 特 别 说 明 , 就 是 指 自 吸 , 而 不 包 括 加 压 渗 吸 。 2 渗 吸 方 式 渗 吸 有 很 多 种 方 式 。 按 照 油 水 流 动 方 向 , 可 以 把 渗 吸 分 为 同 向 渗 吸 和 逆 向 渗 吸 [ 1 5 ] 。 同 向 渗 吸 是 指 水 的 流 动 方 向 与 油 的 流 动 方 向 相 同 的 渗 吸 过 程 。 图 2 b 中 的 水 驱 油 过 程 , 就 是 同 向 渗 吸 。 逆 向 渗 吸 是 指 水 的 流 动 方 向 与 油 的 流 动 方 向 相 反 的 渗 吸 过 程 ( 图 4 ) 。 将 饱 和 油 的 岩 心 与 水 接 触 , 由 于 毛 细 管 压 力 是 水 驱 油 的 动 力 , 水 进 入 小 孔 隙 的 动 力 比 较 强 , 进 入 大 孔 隙 的 动 力 比 较 弱 , 因 此 , 水 优 先 吸 入 小 孔 隙 , 并 把 其 中 的 油 通 过 大孔隙排出 , 油的排出方向与水的吸入方向正好相反 。 按 照 渗 吸 的 空 间 流 动 形 态 , 可 以 把 渗 吸 分 为 平 面 渗 吸 和 垂 向 渗 吸 。 平 面 渗 吸 是 指 发 生 在 水 平 方 向 上 的 渗 吸 , 图 2 和 图 4 中 的 渗 吸 都 属 于 平 面 渗 吸 。 垂 向 渗 吸 是 指 发 生 在 铅 垂 方 向 上 的 渗 吸 , 图 5 即 为 垂 向 渗 吸 。 由 于 重 力 的 参 与 , 垂 向 渗 吸 的 机 理 比 平 面 渗 吸 复 杂 。 倾 斜 地 层 的 渗 吸 也 属 于 垂 向 渗 吸 的 研 究 范 畴 。 研 究 渗 吸 的 物 理 模 型 通 常 有 单 管 渗 吸 ( 图 6 a ) 和 岩 心 渗 吸 ( 图 6 b ) 。 图 6 的 物 理 模 型 主 要 用 来 研 究 垂 向 渗 吸 , 此 时 渗 吸 的 动 力 为 毛 细 管 压 力 。 研 究 垂 向 渗 吸 主 要 研 究 渗 吸 高 度 随 时 间 的 变 化 规 律 。 人 们 对 单 管 渗 吸 和 岩 心 渗 吸 都 做 了 很 多 研 究 , 也 提 出 了 很 多 数 学 模 型 。 毛 细 管 压 力 与 渗 吸 高 度 产 生 的 重 力 达 到 平 衡 后 , 渗 吸 停 止 。 渗 吸 的 最 大 高 度 满 足 下 面 的 方 程 [ 1 6 ] p c = Δ ρ w g g H . ( 3 ) 由 ( 3 ) 式 可 以 看 出 , 小 孔 隙 的 毛 细 管 压 力 较 高 , 因 而 渗 吸 高 度 也 较 大 。 由 于 图 6 的 模 型 仅 与 水 单 边 接 触 , 因 而 为 单 边 接 触 式 渗 吸 。 由 于 单 边 接 触 式 渗 吸 的 动 力 为 毛 细 管 压 力 , 因 而 也 把 这 种 渗 吸 称 为 毛 细 管 压 力 渗 吸 。 毛 细 管 压 力 渗 吸 与 地 下 油 藏 中 的 渗 吸 有 很 大 不 同 , 其 研 究 结 果 对 渗 吸 驱 油 也 没 有 指 导 意 义 。 若 单 管 模 型 的 顶 端 与 底 端 都 与 水 接 触 ( 图 7 ) , 就 是 双 边 接 触 式 渗 吸 。 双 边 接 触 式 渗 吸 的 动 力 不 是 毛 细 管 压 力 , 而 是 浮 力 。 把 含 有 油 柱 的 毛 细 管 浸 入 水 中 , 油 柱 的 顶 端 和 底 端 同 时 受 到 毛 细 管 压 力 的 作 用 , 但 毛 细 管 压 力 的 大 小 相 等 方 向 相 反 , 其 作 用 相 互 抵 消 , 对 油 柱 不 起 作 用 。 可 是 , 油 柱 会 在 浮 力 的 作 用 下 向 上 运 移 并 流 出 毛 细 管 , 同 时 水 也 会 从 底 部 吸 入 毛 细 管 , 本 图 4 逆 向 渗 吸 示 意 图 !“ # $% & ’(’ )*+ 图 5 垂 向 渗 吸 示 意 图 ! “ # $% & ’(’)*+ 图 6 渗 吸 物 理 模 型 示 意 图 !“ p c H H p c # !“ # a$%&’ b()&’ 图 7 单 管 模 型 浮 力 渗 吸 驱 油 示 意 图 p c ! “ a#$% b#$& p c p c p c ’(’)*+ · · 6 8 92 0 1 9 年 新 疆 石 油 地 质 文 把 这 种 渗 吸 称 为 浮 力 渗 吸 。 因 此 , 根 据 渗 吸 的 动 力 来 源 , 可 以 把 渗 吸 分 为 毛 细 管 压 力 渗 吸 和 浮 力 渗 吸 。 若 把 整 个 含 油 岩 心 浸 入 水 中 ( 图 8 a ) , 岩 心 的 周 围 与 水 全 接 触 , 此 时 水 也 会 吸 入 岩 心 并 驱 出 其 中 的 油 , 本 文 称 这 种 渗 吸 方 式 为 周 围 接 触 式 渗 吸 。 因 此 , 根 据 油 水 的 接 触 方 式 , 可 以 把 渗 吸 分 为 3 种 : 单 边 接 触 式 渗 吸 、 双 边 接 触 式 渗 吸 和 周 围 接 触 式 渗 吸 。 很 多 实 验 都 是 单 边 接 触 式 渗 吸 [ 1 5 , 1 7 ] 。 周 围 接 触 式 渗 吸 也 是 地 下 的 真 实 渗 吸 方 式 , 渗 吸 机 理 比 较 复 杂 , 下 面 对 其 进 行 研 究 。 3 渗 吸 机 理 裂 缝 性 油 藏 的 地 质 模 型 如 图 9 所 示 , 裂 缝 系 统 把 地 层 岩 石 分 割 成 了 许 多 基 质 岩 块 [ 1 ] , 裂 缝 中 的 原 油 被 水 驱 替 完 之 后 , 基 质 孔 隙 里 还 有 很 多 剩 余 油 , 需 要 通 过 渗 吸 方 法 进 行 开 采 。 图 9 中 的 基 质 岩 块 被 水 包 围 , 因 而 地 下 的 渗 吸 为 周 围 接 触 式 渗 吸 。 如 果 基 质 岩 块 被 油 1 0 0 % 饱 和 ( 图 1 0 a ) , 里 面 没 有 水 , 外 面 的 水 会 吸 入 岩 块 并 驱 出 其 中 的 油 。 岩 块 有 大 孔 隙 , 也 有 小 孔 隙 。 由 于 小 孔 隙 的 毛 细 管 压 力 高 , 因 而 水 会 在 毛 细 管 压 力 的 作 用 下 吸 入 小 孔 隙 , 并 把 其 中 的 油 驱 替 到 大 孔 隙 中 , 并 通 过 大 孔 隙 驱 出 岩 块 。 这 是 一个 逆 向 渗 吸 过 程 , 渗 吸 的 动 力 为 毛 细 管 压 力 。 当 小 孔 隙 的 油 被 驱 出 之 后 , 大 小 孔 隙 的 毛 细 管 压 力 达 到 平 衡 , 逆 向 渗 吸 过 程 结 束 , 油 都 剩 余 在 大 孔 隙 里 ( 图 1 0 b ) 。 实 际 上 , 图 1 0 中 的 渗 吸 过 程 在 地 下 并 不 会 发 生 , 因 为 岩 块 不 可 能 被 油 1 0 0 % 饱 和 , 小 孔 隙 中 其 实 并 没 有 油 , 而 是 束 缚 水 , 油 都 在 大 孔 隙 中 , 图 1 0 b 就 是 岩 块 的 初 始 状 态 。 如 何 采 出 岩 块 大 孔 隙 里 的 油 , 才 是 渗 吸 研 究 的 主 要 目 的 。 这 里 的 大 小 孔 隙 只 有 相 对 意 义 , 没 有 绝 对 意 义 。 岩 块 最 初 只 有 大 孔 隙 含 油 ( 图 1 1 a ) , 大 孔 隙 的 两 端 与 水 接 触 , 两 端 的 毛 细 管 压 力 大 小 相 等 方 向 相 反 , 毛 细 管 压 力 的 作 用 相 互 抵 消 不 能 驱 油 。 但 是 , 油 会 在 浮 力 的 作 用 下 向 上 运 移 , 并 最 终 流 出 岩 块 ( 图 1 1 b ) 。 因 此 , 基 质 岩 块 中 的 渗 吸 为 浮 力 渗 吸 。 浮 力 渗 吸 都 是 同 向 渗 吸 。 很 多 渗 吸 实 验 把 岩 心 1 0 0 % 饱 和 油 , 实 际 上 这 样 的 实 验 没 有 模 拟 地 下 的 真 实 情 况 , 实 验 结 果 对 生 产 是 没 有 指 导 意 义 的 。 浮 力 渗 吸 会 把 油 从 岩 块 的 顶 部 排 出 , 许 多 实 验 都 观 察 到 了 这 个 现 象 。 但 实 验 也 观 察 到 了 从 岩 心 侧 面 排 油 的 现 象 , 这 是 油 水 压 力 分 布 导 致 的 结 果 ( 图 8 b ) 。 岩 块 中 的 油 相 压 力 高 于 水 相 压 力 , 油 相 和 水 相 之 间 存 在 一 个 压 力 差 , 这 个 压 力 差 就 是 岩 心 排 油 的 动 力 。 显 然 , 岩 心 顶 端 的 油 水 压 力 差 大 , 排 油 动 力 强 , 排 油 量 也 多 。 岩 心 侧 边 的 油 水 压 力 差 小 , 排 油 动 力 弱 , 排 油 量 自 然 就 少 , 而 且 越 靠 近 岩 心 底 部 , 排 油 动 力 就 越 弱 , 排 油 量 就 越 少 。 岩 心 底 部 也 存 在 一 个 小 的 油 水 压 力 差 , 这 个 压 力 差 正 好 被 毛 细 管 压 力 所 抵 消 , 因 而 不 能 用 来 排 油 , 即 渗 吸 过 程 不 可 能 从 岩 心 的 底 部 排 油 。 有 些 实 验 观 察 到 了 岩 心 底 部 也 有 排 油 的 现 象 , 其 实 这 不 是 渗 吸 排 油 , 而 是 弹 性 排 油 的 结 果 。 实 验 时 首 先 对 岩 心 抽 真 空 , 然 后 用 高 压 饱 和 油 。 饱 和 油 的 岩 图 8 周 围 接 触 式 渗 吸 示 意 图 p w p o ! “ a#$%&’(!) b*+,- *+ ./ 图 9 裂 缝 性 油 藏 地 质 模 型 ( 图 例 同 图 8 ) 图 1 0 岩 块 毛 细 管 压 力 渗 吸 驱 油 示 意 图 ( 图 例 同 图 2 ) p c p c p c p c p c p c p c p c p c p c p c p c a!“# b!“$ 图 1 1 岩 块 浮 力 渗 吸 驱 油 示 意 图 ( 图 例 同 图 2 ) p c p c p c p c a!“# b!“$ · · 6 9 0第 4 0 卷 第 6 期 李 传 亮 , 等 : 渗 吸 驱 油 的 机 理 研 究 心 , 在 压 力 释 放 之 前 立 即 浸 入 水 中 进 行 渗 吸 实 验 , 此 时 高 压 油 会 产 生 弹 性 膨 胀 , 膨 胀 是 向 四 面 八 方 进 行 的 , 因 而 岩 心 周 围 都 会 有 油 滴 排 出 , 待 油 的 压 力 释 放 完 之 后 , 才 会 开 始 真 正 的 渗 吸 驱 油 过 程 , 即 浮 力 渗 吸 驱 油 过 程 。 弹 性 排 油 现 象 在 地 下 基 本 不 会 发 生 , 因 为 地 下 的 压 力 都 是 平 衡 的 。 岩 心 底 部 出 现 排 油 现 象 的 另 一 个 原 因 是 岩 心 被 油 1 0 0 % 饱 和 , 这 样 的 岩 心 刚 浸 入 水 中 时 会 出 现 短 暂 的 逆 向 渗 吸 过 程 , 岩 心 底 部 会 排 出 少 量 油 滴 。 等 逆 向 渗 吸 结 束 后 才 开 始 浮 力 渗 吸 驱 油 过 程 。 浮 力 渗 吸 实 际 上 就 是 重 力 分 异 的 结 果 , 它 不 仅 可 以 排 油 , 也 可 以 排 水 。 把 饱 和 油 的 岩 心 浸 入 水 中 , 油 会 从 岩 心 的 顶 端 排 出 ( 图 1 2 a ) 。 再 把 同 一 块 岩 心 饱 和 水 后 浸 入 油 中 , 水 会 从 岩 心 的 底 端 排 出 ( 图 1 2 b ) 。 有 从 岩 心 底 端 排 油 的 实 验 现 象 , 却 没 有 从 岩 心 顶 端 排 水 的 实 验 现 象 , 这 是 因 为 油 的 压 缩 系 数 比 水 大 、 弹 性 比 水 强 所 致 。 图 1 2 就 是 实 验 室 常 用 的 润 湿 性 测 试 方 法 — — 自 吸 法 [ 1 8 - 1 9 ] , 根 据 吸 水 排 油 和 吸 油 排 水 的 多 少 , 可 以 判 断 岩 石 的 润 湿 性 。 同 一 块 岩 心 既 可 以 吸 水 , 也 可 以 吸 油 , 显 然 不 是 毛 细 管 压 力 的 作 用 。 毛 细 管 压 力 渗 吸 的 现 象 十 分 常 见 , 如 灯 芯 吸 油 和 海 绵 吸 水 现 象 , 基 本 上 都 是 单 边 接 触 式 渗 吸 。 浮 力 渗 吸 的 现 象 也 十 分 常 见 , 水 洗 衣 服 晾
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本文标题:渗吸驱油的机理研究_李传亮
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