潤濕性改變對稠油流動影響的可視化實驗研究

高 波楊 浩

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津 300452；2.中國地質(zhì)大學，北京 100000）

潤濕性改變對稠油流動影響的可視化實驗研究

高 波1楊 浩2

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津 300452；2.中國地質(zhì)大學，北京 100000）

為了研究稠油油井施工過程中儲層潤濕性的改變對稠油流動及采收率的影響，利用室內(nèi)可視化實驗手段，對水濕、油濕、中性潤濕條件下可視化微觀模型中稠油流動狀態(tài)進行分析研究。水驅(qū)油實驗結(jié)果表明3種潤濕情況下水幾乎都沿著大孔道中間突進，即飽和稠油后，改變潤濕性的模型表面又恢復成油濕，因此施工過程潤濕性的改變對稠油流動沒有造成影響。分析認為這與稠油油藏的高黏度和高流度比有關(guān)。

潤濕性；稠油；采收率；可視化

在稠油油田生產(chǎn)現(xiàn)場施工中，蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、化學驅(qū)等作業(yè)容易導致儲層巖石潤濕性的改變，研究潤濕性改變對采收率的影響具有重要的現(xiàn)實意義。巖石潤濕性對石油采收率的影響有不同的認識：有學者認為水濕條件下有利于提高采收率［1-5］，而劉懷珠等［6-7］人認為中性潤濕有利于提高采收率。這是目前兩種主要的認識，而一般認為油濕不利于提高采收率。潤濕性改變對采收率影響的研究主要是以稀油為研究對象，文獻調(diào)研沒有發(fā)現(xiàn)稠油在均質(zhì)模型中潤濕性改變對采收率影響的研究?？梢暬⒂^模型可以直觀、清楚地觀看實驗中的驅(qū)替過程，可制作不同圖像的模型，其中包括規(guī)則結(jié)構(gòu)的重復圖像、規(guī)則但呈規(guī)律性變化的圖像、不規(guī)則圖像以及具有非均質(zhì)的圖像。通過可視化微觀模型研究稠油在不同潤濕性條件下的流動，觀察稠油流動特性，分析不同潤濕性條件下的采收率。

1 可視化實驗裝置

可視化微觀物理模型流程如圖1所示。實驗設(shè)備主要由微觀物理模型、驅(qū)替系統(tǒng)、光源系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)組成。微觀物理模型為平面單向滲流，水平放置；驅(qū)替系統(tǒng)可實現(xiàn)恒壓和恒速驅(qū)替；光源系統(tǒng)可提供均勻光源，以保證圖像質(zhì)量；圖像采集系統(tǒng)主要由攝像頭、錄像機及圖像采集卡等組成，可實現(xiàn)對實驗過程的實時圖像采集及記錄等；圖像處理系統(tǒng)描述靜態(tài)圖像的孔隙、原油分布。

圖1 可視化微觀物理模型流程示意圖

驅(qū)替系統(tǒng)中，Eldex高壓液相色譜分析活塞泵用于向微觀模型注入清潔劑，Quizix微量活塞泵用于注入水、油和氣（氮氣、二氧化碳等）。由于在玻璃上刻蝕的二維孔隙網(wǎng)絡(luò)體積很小，微模型注入流體時必須控制好流量和防止壓力波動?；貕洪y安裝在一個裝有氮氣的壓力容器中，壓力容器提供了所需的回壓。由于回壓閥與流動系統(tǒng)的出口管線相連接，回壓閥也起著產(chǎn)出液收集器的作用。因為微觀模型驅(qū)替試驗中所用的流體體積很小，所以不會引起氮氣壓力的很大變化。每次實驗后都要將容器中收集到的液體清洗干凈。

壓力容器安裝在烘箱內(nèi)，微觀模型保持水平，壓力容器窗口和烘箱窗口在一個方向上。光源安裝在烘箱底部窗口下面，照相機安裝在烘箱上部窗口的上面。用Nikon FA 35mm照相機或攝像機進行照相或攝像。攝像機用來顯示動態(tài)效果。照相機裝有105mm Micro Nikkor鏡頭，拍攝300mm工作距離的照片。它是通過電動機驅(qū)動控制的，與電腦系統(tǒng)相連接，這樣就可以拍攝所需時間間隔的照片。

模型和烘箱中的溫度需要監(jiān)測，回壓閥和環(huán)壓流體的壓力也需要監(jiān)測。高壓模型有兩個可視窗口，進出口端與微模型相連接，其他端口與圍壓流體（水）相連接，用來加壓和加溫。

2 實驗方法

2.1 刻蝕模型選擇

刻蝕的微觀模型長寬都是5cm，刻蝕孔隙高度在40～50μm。由于刻蝕模型是根據(jù)實際孔隙的構(gòu)造刻蝕的，孔隙度根據(jù)一般儲層孔隙度設(shè)為25%，則最大模型孔隙體積為0.031 25mL。滲透率0.01mL/min時的注入壓力10MPa，稠油黏度在50℃時為638mPa·s，計算出滲透率為 212×10－3μm2。實驗驅(qū)替壓力梯度高達200MPa/m，這在實際生產(chǎn)中是很難達到的。

2.2 模擬潤濕性改變

實驗首先形成不同潤濕性的界面，模擬施工作業(yè)對儲層潤濕性的改變。巖石的潤濕性可根據(jù)水在固體表面的接觸角θ來劃分。一般當θ＜75°時為水潤濕或親水；當75°＜θ＜105°時為中等潤濕；當θ＞105°時為油潤濕或親油。

（1）水濕。將刻蝕模型用煤油清洗后，再用酒精沖洗，使模型成水濕。測量前進角0°～10°，后退角0°～9°，為水濕。

（2）油濕。將上面的微觀實驗?zāi)Ｐ陀妹河颓逑春螅儆镁凭珱_洗，最后用硅油浸泡5h。測量前進角109°～118°，后退角 107°～115°，為油濕。

（3）中性潤濕。將上面的微觀實驗?zāi)Ｐ陀妹河颓逑春?，再用酒精沖洗，最后用CTAB浸泡5h。測量前進角 65°～79°，后退角 76°～95°，為中性潤濕。

2.3 驅(qū)替實驗

將不同潤濕條件的刻蝕模型飽和稠油，模擬稠油流出時對儲層的影響；用地層水驅(qū)替，研究地層水驅(qū)替過程中的油水流動特性。

3 實驗結(jié)果

（1）水濕實驗

水濕時稠油流動（50℃）情況見圖2。

圖2 水濕時稠油流動情況（50℃）

（2）油濕實驗

油濕時稠油流動（50℃）情況見圖3。

圖3 油濕時稠油流動情況（50℃）

（3）中性潤濕實驗

中性潤濕時稠油流動（50℃）情況見圖4。

圖4 中性潤濕時稠油流動情況（50℃）

分析3種潤濕情況下的稠油流動，當進行水驅(qū)油時，3種潤濕情況下水幾乎都沿著大孔道中間突進，而不沿著孔隙表面運移，即飽和稠油后，改變潤濕性的模型表面又恢復成油濕，使?jié)櫇裥缘母淖儗Τ碛土鲃記]有造成影響。這是由于稠油的高黏度及由此形成的高流度比，在流過孔隙表面時改變了的潤濕性又重新形成油濕。同時，驅(qū)替過程中稠油驅(qū)動壓力梯度達到200MPa/m，而且注入水在可視化模型中流線很少，稠油啟動的少，可見注水開采稠油采收率很低。

4 結(jié) 語

在可視化微觀模型的研究中，由于稠油的高流度比，稠油流過潤濕性改變的儲層后重新改變儲層的潤濕性為油濕，因此施工作業(yè)造成的潤濕性改變對稠油流動及采收率幾乎沒有影響。

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Abstract：In order to research the effect of wettability changes to the flow of thickened oil and recovery ratio in the process of working,by means of visual experiment,the flow of thickened oil is discussed under condition of water wet,oil wet and intermediate wet.The results show that under these 3 conditions,water always flows along the middle of big hole.That means after the wettability is changed,the surface of the module becomes to oil wet.Hence,wettability changes in the process of working will not affect the flow of thickened oil.This paper thinks it is relevant with the ratio of high viscosity and high flow degree.

Key words：wettability；thickened oil；recovery ratio；visual

Visual Experiment Research of Effect of Wettability Changes to the Flow of Thickened Oil

GAO Bo1YANG Hao2
(1.Drilling Engineering Research Institute of Energy Development Co.,LTD,CNOOC,Tianjin 300452；2.China University of Geosciences,Beijing 100000)

TE133

A

1673-1980(2012)05-0103-03

2012-06-02

國家產(chǎn)學研用合作創(chuàng)新項目（OSR-04-07）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)資助項目

高波（1979-），男，碩士，工程師，研究方向為儲層保護及增產(chǎn)措施。