挪威大學(xué)提出“巖心驅(qū)油”反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的新方法

挪威斯塔萬(wàn)格（Stavanger）大學(xué)油藏工程系教授，近期提出用于井下或?qū)嶒?yàn)室油藏研究巖心驅(qū)替的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)新方法。

當(dāng)不同成分活性鹽水充滿巖心，注入鹽水的速率會(huì)有規(guī)律地變化。而每種鹽水成分組合都達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)驅(qū)替出的液體濃度已不再隨時(shí)間顯著變化。教授還提出了關(guān)井試驗(yàn)方式，即鹽水與巖心靜態(tài)反應(yīng)一段時(shí)間之后，再被驅(qū)替出巖心。所謂反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，是各種物理化學(xué)條件對(duì)反應(yīng)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(qū)替后，其注入速率會(huì)有規(guī)律地變化；二是由于每次實(shí)驗(yàn)的驅(qū)替組合都進(jìn)行到鹽水到穩(wěn)定狀態(tài)，而此時(shí)流出物濃度不再隨時(shí)間發(fā)生顯著變化；三是較低的注入速率給予鹽水更多的反應(yīng)時(shí)間。

教授建議采用關(guān)井試驗(yàn)，其中鹽水與巖心靜態(tài)反應(yīng)一段時(shí)間，然后將鹽水沖洗出來(lái)。操作人員將鹽水停留時(shí)間和產(chǎn)出鹽水成分，與驅(qū)油實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較。教授這一實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，可以利用單個(gè)巖心來(lái)找出油藏反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的特性。同時(shí)，也可以開展有效地實(shí)驗(yàn)建模與擬合。教授介紹，做法依據(jù)是隨著時(shí)間延長(zhǎng)，液體趨于平衡；操作人員掌握的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)可直接與注入巖心的鹽水相比較，故并不需要專門進(jìn)行整體動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的空間與時(shí)間建模。

挪威實(shí)驗(yàn)室研究過(guò)程表明，每個(gè)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)表示有助于約束參數(shù)選擇的不同信息。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可以預(yù)測(cè)平衡狀態(tài)，以及達(dá)到平衡所需的時(shí)間。由于需要找到耦合解的空間分布，考慮色散增加了復(fù)雜性，并且當(dāng)獲得動(dòng)力學(xué)的第一估計(jì)時(shí)，建議將其作為第二步。研發(fā)人員認(rèn)為，雖然存在一些不足，但此方法仍然比全動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)有效得多。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研發(fā)人員在100-130攝氏度（北海儲(chǔ)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(guó)）白堊中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。注入速率從每天0.25-16孔隙體積（PV/D）不等。與此相對(duì)照，關(guān)井試驗(yàn)提供的當(dāng)量速率低至1/28 PV/D。

斯塔萬(wàn)格大學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)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(guān)。這以類似置換的方式發(fā)生，其中Ca的增加與Mg2+的損失相似?；诖颂娲暮?jiǎn)單反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，具有3個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)參數(shù)（速率系數(shù)、反應(yīng)級(jí)數(shù)和平衡常數(shù)）。此外，與平流一起實(shí)現(xiàn)，以在說(shuō)明注入成分、注入速率和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)解析計(jì)算穩(wěn)態(tài)流出物濃度。

油藏工程系科研人員通過(guò)調(diào)整反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，有效地?cái)M合了實(shí)驗(yàn)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)。確定每個(gè)巖芯的參數(shù)相對(duì)準(zhǔn)確。敏感性分析說(shuō)明了反應(yīng)參數(shù)、孔隙速度和分散的作用。所確定的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，可以成功地預(yù)測(cè)儲(chǔ)層白堊和露頭白堊中的化學(xué)相互作用，其中包含有強(qiáng)水濕或混合濕狀態(tài)的原油。教授認(rèn)為，穩(wěn)態(tài)方法允許高效率計(jì)算的擬合，即使對(duì)象是復(fù)雜的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。技術(shù)人員使用PHREEQC軟件中的綜合地球化學(xué)描述，通過(guò)擬合穩(wěn)態(tài)濃度變化，并且作為（停留）時(shí)間函數(shù)，以確定方解石和菱鎂礦礦物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。

科研人員利用模擬器預(yù)測(cè)表明，當(dāng)鎂發(fā)生損失時(shí)，開始產(chǎn)生鈣，而且數(shù)量幾乎相同。而操作人員運(yùn)用地球化學(xué)軟件預(yù)測(cè)的方解石在MgCl2中的溶解度，遠(yuǎn)高于在100-130攝氏度下觀察到的Stevns-Klint（丹麥）和堪薩斯（美國(guó)）。

此方法通常支持“反應(yīng)流”建模。需要說(shuō)明的是，對(duì)于含油白堊儲(chǔ)層，該儲(chǔ)層在潤(rùn)濕性和巖石強(qiáng)度方面，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注入的海水具有化學(xué)敏感性。