智能水驱基于界面离子调控机制的提高采收率机理研究.pdf
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1、第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:国家自然科学基金青年基金项目()油气藏地质及开发工程国家重点实验室开放基金课题()国家自然科学基金项目()四川省青年基金项目()作者简介:王晓()女山东泰安人副教授博士主要从事提高采收率方向的教学和科研工作 电话:.智能水驱基于界面离子调控机制的提高采收率机理研究王晓吴晓亮施雷庭刘静静叶仲斌刘万发秦国伟(.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川 成都.西南石油大学 石油与天然气工程学院四川 成都.成都工业学院四川 成都.西安石油大学 石油工程学院陕西 西安)摘 要:通过调节关键离子的浓度智能水驱技术能够有效提高
2、原油采收率已经得到学术界及工业界的广泛认可但其微观机理仍存在争议 重点研究了硫酸根离子在砂岩及碳酸盐油藏中的提高采收率效果及机理 通过长岩心驱替实验探究硫酸根离子浓度对原油采收率的影响通过开展油水界面张力、油水界面扩张模量、接触角及液桥收缩断裂动力学行为分析分析硫酸根离子浓度对油水界面及固液界面的影响规律及机制 结果表明在低温条件下将海水中硫酸根离子的浓度提高 倍能有效提高 砂岩及 石灰岩中的原油相对渗透率及采收率其微观机理包括两个方面:硫酸根离子提高了两种岩石表面的亲水性硫酸根离子不仅降低油水界面张力而且提高了油水界面扩张模量及油水界面稳定性从而抑制地层中“颈缩分离”()行为的发生提高原油的
3、连续性关键词:智能水驱油水界面固液界面液桥收缩断裂提高采收率中图分类号:.文献标识码:文章编号:():(.):.().:.第 期王晓等:智能水驱基于界面离子调控机制的提高采收率机理研究:通过调整注入水的离子组成提高原油采收率的新技术称为智能水驱技术 该技术具有“低成本、低碳”等显著优势吸引了国内外学者的广泛关注 首先在砂岩油藏开展了较多的研究提出了黏土颗粒运移、增加、多组分离子交换、双电层膨胀等机理 随后油藏类型扩展到碳酸盐岩 然而当前研究多围绕固液作用对油水作用研究较少 而且围绕关键离子 影响的研究在砂岩油藏中开展的较少 本文全面探究 对固液及液液界面的影响规律及作用机制阐明影响原油采收率的
4、微观机理为智能水驱技术的发展提供理论支撑 实验部分.材料与仪器氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化镁、氯化钙均为分析纯某油田地面原油 (时黏度为)某海域的海水()不同岩性的天然露头岩心岩心驱替实验装置实验室自制 型 密度仪 型 流变仪 型(爱拓)全自动折光仪 型 旋转液滴张力仪 型 接触角测量仪改进的 型张力仪.原油预处理地面原油 在 /离心 取上层原油用 的滤纸过滤去除原油中的地层水以及固体颗粒 在 条件下测量原油基本物性参数结果见表 其中原油密度通过密度仪测得原油黏度通过流变仪测得原油四组分按照四组分分离法得到原油折光率通过全自动折光仪测得表 实验用原油 下的基本物性 原油密度/()黏度/饱和烃
5、/芳香烃/胶质/沥青质/折光率.注:质量分数.实验方法.实验用水溶液海上油田常使用海水作为注入水因此本研究中使用某一海域的海水()作为基准液其组分见表 表 某海域海水离子组成 组分浓度/().为了研究 浓度对水驱采收率的影响将 浓度扩大 倍即为 溶液但为了保持所有溶液离子强度一致需要降低 中 浓度 实验用所有水溶液即配即用避免空气中杂质的影响 实验所用水溶液在 下的基本物性见表表 实验用水溶液 下的基本物性 实验用水溶液密度/()浓度/()/()离子强度/().实验用岩心 不同岩性的天然露头岩心即 砂岩和 石灰岩其基本物性见表 表 实验用岩心基本物性 岩性岩心编号直径/长度/孔隙度/绝对渗透率
6、/注入水类型 砂岩.石灰岩.长岩心驱替实验将 砂岩和 石灰岩抽真空并饱和 计算其孔隙度将饱和地层水的岩心置于岩心夹持器中实验温度为 回压为大气压力围压为 对整个驱替系统完成密封性测试后分别以./的速度注入 依据达西定律计算水测渗透率将原油以./的速度注入饱和 的岩心中记录岩心两端压差并实时计量产水及产油量计算束缚水饱和度及对应的油相相对渗透率岩心不经过老化以./的速度注入 或 进行水驱实验实时记录产油、产水及岩心两端压差计算残余油饱和度及对应的水相相对渗透率以及原油采收率.测试与表征.接触角测定 使用接触角测量仪测定 下原油岩石盐水体系中油滴在岩石表面的接触角 实验步骤如下:将 砂岩和 石灰应
7、用化工第 卷岩分别切成厚度为 厚的岩心薄片用 目的砂纸进行打磨用去离子水和甲醇清洗后置于烘箱中烘干将岩样抽真空饱和 后在常温常压下老化 将饱和 的岩样取出置于装有 或者 的透明玻璃槽中通过微量注射器注入 原油油在浮力作用下上升并停留在岩石表面平衡 后记录油滴形状并计算接触角 每组实验重复 次取平均值.界面张力测定 通过悬滴法测量 下原油与 及 之间的界面张力分析 浓度对界面张力的影响规律 实验所用水溶液需要提前通过.的滤膜过滤以排除水中杂质对实验结果的影响.油水界面扩张模量测定当油水界面受外界扰动发生正弦形变时界面张力也随之发生正弦变化油水界面扩张模量则定义为界面张力的变化与相对界面面积变化的
8、比值即:()式中 油水界面扩张模量/油水界面张力/油水界面面积在本文中使用旋转液滴张力仪测量 下不同水溶液与原油的界面扩张模量.液桥实验实验装置见图 是通过改进 ()张力仪(图)建立的 传统 仅有一个针管用于将所测液体注入腔体中 改进后的液桥实验装置在腔体的底部也装有一个等直径的针管然而此针管是实心的上下两针管轴线对齐 实验开始之前两针头之间的距离()固定在某一值原油从上部针管由微量泵泵出适量原油直到原油接触到底部针头形成圆柱形的油桥(或称为液桥)油桥与周围的水溶液老化一定时间后微量泵又以./的速度抽回原油直到油桥被拉升并发生断裂 从微量泵开始抽回原油开始油桥断裂过程中的显微形貌特征由时空分辨
9、率较高的摄像技术以.帧/的速度记录下来用于分析油桥收缩断裂的动力学行为.原始 张力仪.基于 改进的液桥实验装置图 液桥形成及断裂行为的可视化实验装置.结果与讨论.岩心驱替实验结果 砂岩和 石灰岩岩心驱替实验中实时采集岩心两端压差并计量采油及采水量通过理论分析得到原油采收率曲线及相对渗透率曲线的端点值结果见图 及表 图 不同岩性中 浓度对原油采收率的影响.表 不同岩性中 浓度对相对渗透率曲线端点值的影响 岩性岩心编号注入水类型束缚水饱和度()油相相对渗透率()残余油饱和度()水相相对渗透率()原油采收率/砂岩.石灰岩.由表 可知:无论是 砂岩还是 石灰岩当使用 浓度更高的 时采油速第 期王晓等:
10、智能水驱基于界面离子调控机制的提高采收率机理研究度高于使用海水的情况满足了海上平台寿命有限应该尽早开采出更多原油的现实需求使用 的最终采收率高于使用 的情况对于 砂岩当使用 进行驱油时原油采收率由.()提高到.石灰岩的原油采收率也发生显著提高即由.()提高到.由相对渗透率曲线端点值可知不论是 砂岩还是 石灰岩当使用 进行驱油时束缚水饱和度下的油相相对渗透率均有明显提高表明油相流动能力提高因此带来较快的采油速度和较高的采收率由 砂岩及 石灰岩水驱采收率可知无论注入 或者 砂岩中的采收率均高于 石灰岩是由于 砂岩具有更好的均质性.硫酸根对固液界面的调控规律众所周知固液界面相互作用对油水两相渗流规律
11、及剩余油的赋存具有重要影响为揭示硫酸根离子对水驱采收率的影响机制本研究使用静态接触角评价硫酸根离子浓度对固液界面性质的影响实验结果见图 图 接触角测量结果.由图 可知对于 砂岩当 浓度提高 倍时水相接触角从.降低到.当使用 石灰岩时水相接触角从.降低到.由此可知不论是砂岩还是石灰岩在 及 溶液中均保持亲水性而且当 浓度提高 倍时亲水性均有所增加 根据前期研究成果硫酸根离子能够增加油水界面及固液界面的负电性因此原油与岩石之间的静电斥力增加宏观表现为亲油性减弱.硫酸根对油水界面的调控规律油水界面性质同样对油水两相的微观渗流过程有重要影响本研究主要探索了硫酸根离子对油水界面张力、油水扩张黏弹性及液桥
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