动态接触角研究

动态接触角研究是研究流体渗流微观规律的基础,在选择提高采收率的方法及模拟油藏动态试验等方面具有重要意义。国外从分子理论和动力学角度对动态接触角与驱替速率、液体的毛细管数、黏度比之间的关系进行理论研究,实验研究结论为:较低驱替速率时,动态接触角的余弦差与驱替速率呈线性关系;较高驱替速率时,动态接触角的正切与驱替速率的对数呈线性关系;表面活性剂使液-液界面的动态接触角变小,滞后接触角增大;固体表面粗糙度对动态接触角的影响不大。国内目前主要采用实验方法研究动态接触角,根据插板法实验得出中性玻璃片在气／水和气／油系统中前进接触角的余弦与驱替速率呈线性关系;后退接触角的余弦与驱替速率呈两段线性关系,驱替速率高时的斜率比驱替速度低时的斜率大。图5参17     

动态接触角研究

动态接触角研究是研究流体渗流微观规律的基础,在选择提高采收率的方法及模拟油藏动态试验等方面具有重要意义.国外从分子理论和动力学角度对动态接触角与驱替速率、液体的毛细管数、黏度比之间的关系进行理论研究,实验研究结论为较低驱替速率时,动态接触角的余弦差与驱替速率呈线性关系;较高驱替速率时,动态接触角的正切与驱替速率的对数呈线性关系;表面活性剂使液-液界面的动态接触角变小,滞后接触角增大;固体表面粗糙度对动态接触角的影响不大.国内目前主要采用实验方法研究动态接触角,根据插板法实验得出中性玻璃片在气/水和气/油系统中前进接触角的余弦与驱替速率呈线性关系;后退接触角的余弦与驱替速率呈两段线性关系,驱替速率高时的斜率比驱替速度低时的斜率大.图5参17     

基于数字图像处理的孔喉内三相接触角自动测量方法

借助数字图像处理技术，以微流控水驱油实验视频为数据源，建立了微流控模型孔喉内三相接触角的自动批量测量计算方法；采用人工测量数据验证了新方法测量结果的可靠性，在此基础上，利用接触角概率密度曲线、均值变化曲线揭示了三相接触角在流动条件下的动态变化规律。研究表明：对于水湿岩石，水驱油过程中，驱替前期接触角均值以锐角为主，随驱替时间的延长，油相受力逐渐由黏滞力为主导向毛细管力为主导过渡，接触角均值不断增大，至驱替中后期以钝角为主。剩余油中的滴状流赋存于孔喉通道中央，不存在三相接触角；多孔流和柱状流在整个驱替过程中接触角变化幅度较小且均值皆为钝角，该类剩余油形成后流动性差，动用难度较大；簇状流在驱替过程中三相接触角均值整体呈上升趋势，剩余油动用难度逐渐升高；膜状流整体呈钝角，水驱后期接触角均值最大，动用难度最大。驱替结束后，不同流态剩余油仅受毛细管力作用的影响，接触角均为钝角，在原油作用下模型孔喉壁润湿性呈油湿特征。     

油藏岩石中油水流动性质与动态接触角的相关性

室内岩心驱替实验已确定了了解油藏中流体流动性质的主要步骤。油水相对渗透率或许是岩心驱替实验得到的最普遍的参数，但这些参数只能求助于数学模型中岩石-流体所有相互作用的研究结果才能描述油藏流动现象。岩石的润湿性是对油藏流体流动机理有强烈影响的因素之一，因此，在过去几十年，有大量根据岩心驱替实验推测润湿性的论文。另一方面，传统上认为原油-水-固体体系中观察到的接触角是真实的或通用的度量润湿性的参数。因此，出现了一个明显的问题：根据岩心驱替推测的润湿性与接触角之间有联系吗？根据以前的文献似乎不能得出确定性的回答，原因有二个方面：①Craig广义经验方法虽然可以近似比较，尤其是极端情况下润湿的比较，但不能直接推导出表征润湿性的岩石——流体相互作用的大小；②常规的接触角测量普遍存在一个再现性问题。在其它文献中报导的双滴双晶板（DDDC）技术，似乎解决了接触角测量中再现性这个长期存在的问题。本文的目的是将对差别较大的岩石-流体体系用有再现性的DDDC法检测结果与用油藏和贝雷岩心进行的水驱实验得到的对应油水相对渗透率相比较。共比较了10种不同实验结果。其中有8种岩石-流体体系水驱实验结果与接触角测量结果得出的润湿性类似，而其余两种差别明显。对结果的一致性与差异性进行了解释，重点是弄清岩心分析与油藏流体分布和流动机理之间的重要关系。     

接触角测量的新方法

当液相的表面张力已知时,接触角的测量为计算固相本身的表面张力提供了可能性。反过来固相表面张力是决定固－液润湿性能的重要因素,如果固－液完全润湿（接触角θ＝0）,则固体的表面张力一定与液体的表面张力相等,通常认为接触角越小,润湿性能越好,且润湿速度越快。在原油注水开采中,本来岩石是亲水性的,当它与原油接触后,原油中含有的天然活性物依极性相近规则吸附于砂岩表面上,使砂岩表面为亲油表面,这样不利于水驱油。为了改变岩石的亲油性,在注水或三次采油中加入活性剂,就使岩石表面发生再吸附,重新变成亲水表面,从而达到有利于驱油的目的。活性剂与岩石的接触角越小,润湿性能越好,水驱油的效果越好。怎样准确的测量固体与液体的接触角成为至关重要的因素。通过实验研究发现：采用K－12接触角测量仪,可以准确地测量出固体与液体之间的接触角。     

二氧化硅纳米颗粒与低矿化度水对Berea砂岩润湿性的影响

为了研究亲水SiO₂纳米颗粒与低矿化度水对无黏土人造Berea砂岩岩心润湿性的影响，在不同纳米颗粒质量分数和盐水矿化度下开展了毛管压力、界面张力、接触角和Zeta电位测试及动态驱替实验，采用美国矿务局(USBM)润湿性指数量化砂岩润湿性的改变，评估纳米颗粒的稳定性和滞留性及纳米流体提高原油采收率的效果。研究表明，SiO₂纳米颗粒与低矿化度水混合驱替可以使砂岩更加水湿。随盐水矿化度降低、纳米颗粒质量分数增加，油水界面张力和接触角均减小；当盐水矿化度降至4 000 mg/L，纳米颗粒质量分数增至0.075%时，润湿性改变最为明显，此时原油采收率提高约13个百分点。盐水矿化度为4 000 mg/L、SiO₂纳米颗粒质量分数为0.025%时，纳米颗粒滞留引发的渗透率伤害最小。     

超低界面张力下泡沫驱油试验首次获得成功

通过注碱／表面活性剂／聚合物（ASP）降低原油与驱替液之间的界面张力（IFT），可提高采收率和驱替液的粘度，增加体积扫油效率，将天然气添加到碱／表面活性剂／聚合物液体中会形成一种碱／表面活性剂／聚合物泡沫（ASPF）型驱替液，本文介绍了碱／表面活性剂／聚合物泡沫在实验室和现场试验的结果，目前的采收率为原始原油地质储量的65．5％。     

稠油油藏火驱驱替特征实验研究

火驱驱替特征是火驱的复杂物化过程和油藏地质条件综合作用的结果,是火驱方案设计和跟踪调控的重要基础。利用一维热跟踪补偿燃烧管实验装置,对比分析了不同性质稠油线性火驱的驱替特征,并与烟道气驱驱替特征进行对比。结果表明：原油黏度对火驱产液速率影响较大,黏度较低时火驱初期产液速率较高,大部分原油在中前期采出;黏度较大时,初期产液速率较小,甚至不产液,大部分原油在火驱中后期产出。火驱阶段含水率主要由地层初始含水饱和度（火驱前含水饱和度）决定。当地层初始含水饱和度高于束缚水饱和度时,火驱初期含水率较高,之后逐渐降低并趋于稳定。火驱初期（注气量小于1 PV）的生产动态特征与烟道气驱相近。在持续开发过程中,火驱仍保持稳定的采油速度,而烟道气驱采出程度增幅放缓。火驱开发的原油采出程度与累积注气量呈近似线性的关系,表明要保证火驱开发的效果则需保证相应的注气量。     

水预润湿对液体管道流动阻力特性的影响

为了探讨水预润湿历史对液体流动阻力特性的影响,选取26#白油为实验液体、自来水为预润湿液体,采用接触角测定仪和循环管路实验平台,分别测量了白油在304不锈钢管和有机玻璃管水预润湿前后的接触角以及水预润湿条件下两种管段内的流量和压降。实验结果表明,白油在水预润湿304不锈钢管的接触角远大于未预润湿时,相同流量下的压降和摩阻系数均比未预润湿时小;而白油在水预润湿有机玻璃管的接触角反而不如水在其表面的接触角,相同流量下的压降和摩阻系数均比未预润湿时大。由此可见,水预润湿历史对流动阻力的影响与液-液-固界面接触角的大小相关,并非均有益于减阻。     

润湿性改变对压裂液返排的影响

压裂破胶液长期滞留会对储层造成二次伤害。受储层物性和地层水影响,单纯通过添加表面活性剂的手段,难以保证持久的低界面张力,达不到高效、快速返排的目的。介绍了一种“双疏表面”润湿处理剂FCS,采用测量固液界面接触角的方法,评价“双疏表面”的润湿性;通过对致密砂岩驱替,计算渗透率损害率,评价“双疏表面”的形成对压裂液返排效率的影响。实验结果表明,经过FCS 处理的致密砂岩表面,形成了一层致密的分子膜,使岩石表面变成“双疏”表面,油、水固液接触角均大于90°。对比岩心驱替结果,经“双疏”处理后的岩心破胶液伤害率为18.3%,低于单纯添加助排剂的液相伤害率。固液界面接触角和岩心驱替结果证明,改变岩石表面的润湿性,使之成为“双疏表面”,不仅是一种促进压裂破胶液高效返排的行之有效的途径,也有助于后续驱替洗油,提高“三次采油”的采收率。      

大庆油田萨北区块中渗透砂岩油藏凝胶调剖剂运移吸附试验研究

大庆油田萨北区块中渗透砂岩油藏经过长期三元复合驱，出现了三元复合体系窜流，导致采收率下降，需要通过凝胶型调剖剂来改善三元复合驱的驱替效果。为了确定三元复合驱条件下凝胶型调剖剂对开发效果的影响，明确其对最终采收率的贡献，开展了凝胶型调剖剂在地层运移中的动态吸附滞留特性研究。利用长度为250 cm的填砂管模型（7个取样点），测试了未成胶聚合物凝胶调剖剂注入过程中各取样点采出液的聚合物质量浓度、体系黏度，以及驱替液与石英砂的微观形貌，研究了调剖剂在运移过程中在岩石上的吸附量和吸附速率、剪切黏度的变化规律及其在驱替液和石英砂表面吸附的微观形貌变化规律。研究结果表明，调剖剂注入过程中，聚合物累计吸附量随注入量增加呈指数增加，而吸附速率随注入量增加呈线性递减。此外，调剖剂黏度动态下降是由黏度剪切和吸附滞留造成的。该研究明确了凝胶型调剖剂在动态运移过程中的吸附滞留变化规律，对于优选体系、合理调配施工工艺及施工方案，以及采油现场调剖作业具有指导意义。     

表面活性剂对低渗油湿灰岩表面性质及渗吸行为的影响

裂缝发育的低渗灰岩储层，当基质岩块为混湿及油湿时，毛细渗吸驱油作用很弱。本工作采用毛管上升、渗吸及相对渗透率曲线方法，在62℃下研究了CTAB和SDBS溶液对油湿灰岩表面性质及渗吸行为的影响。浓度为700mg／L时，SDBS溶液与原油间的界面张力为0．035mN／m，而CTAB溶液为1．25mN／m；随着浓度增大，SDBS溶液使亲油的毛管表面润湿接触角缓慢减小，而CTAB溶液使润湿接触角大幅减小，在与最大吸附量对应的浓度下润湿接触角有最低值；亲油岩心在CTAB溶液中的渗吸驱油速度较SDBS溶液中的渗吸驱油速度高；相渗曲线表明，与亲油岩心／SDBS溶液体系相比，亲油岩心／CTAB溶液体系的油相相对渗透率较高而水相相对渗透率较低。因此，CTAB类阳离子表面活性剂可望用于该类油藏的开发。讨论了相关的机理。图6参10。     

基于流动实验和动态阻力特征的致密油藏非线性渗流表征

针对致密油藏,在流动实验和理论分析的基础上,建立了致密油藏非线性渗流表征新方法,该方法基于致密油藏渗流过程中的动态阻力梯度特征,结合储层岩心流动实验,获得启动压力梯度、拟启动压力梯度和液测渗透率等3个表征参数,从而建立新的致密油藏非线性渗流表征模型——动态阻力梯度模型,并通过单井尺度进行了验证。研究结果表明：随着驱替压力的增加,动态阻力梯度逐渐增加且与驱替压力梯度的对数呈线性关系;非线性渗流数学表征与启动压力梯度、拟启动压力梯度和液测渗透率3个参数相关,并以这3个参数为基础建立了基于流动实验的致密油藏非线性渗流表征。从油藏应用的角度表明该非线性渗流表征模型的精度要高于达西模型和拟启动压力梯度模型。     

驱替速率对自吸相对渗透率和残余饱和度的影响

自吸动力网络模型是建立在复杂的薄膜流动、膨胀和流体的吸跃迁的客观描述基础上的.该模型表明,薄膜膨胀是受毛管力的控制的非经性的扩散过程;前缘驱替与跃迁的竞争与速度相关,这就决定了速率与相对渗透率和残余饱和度有关.为了对比目前使用的拟静模型,模型中跃进只受接触角控制,动力网络模型把驱替速率作为一种附加的跃迁抑制机理.网络模型用于分析驱替速率、接触角、孔喉比、孔喉形状对相对渗透率的影响.计算的相对渗透率和残余饱和度与实验室对强水湿的贝雷砂岩实测数据进行了对比.驱替速率对特定岩石和湿相影响的程度取决于孔喉比的大小,孔喉比越大,影响程度越高.     

致密砂岩油藏高温高压动态渗吸特征及影响因素

为解决致密砂岩油藏水驱过程中基质动用程度低的问题,开展了4种典型表面活性剂作用下的注水吞吐动态渗吸岩心实验,研究了表面活性剂质量分数、驱替速度、注入量、闷井时间、渗透率、裂缝对动态渗吸效果的影响。研究结果表明:动态渗吸驱油效率随驱替速度的加快先提高后降低,随表面活性剂质量分数、注入量和闷井时间的增加而提高,但驱油效率的增幅不断降低;采用AEO-2型阴离子表面活性剂的渗吸效率最高,其最佳注入方式为0.3%质量分数、0.1 mL/min驱替速度、1.2倍孔隙体积注入量和18 h闷井时间;渗透率、裂缝与动态渗吸效率呈正相关性,开展大规模体积压裂和酸化改造是提高动态渗吸效果的重要因素。矿场试验结果显示,油井经过注水吞吐动态渗吸后,平均产油量提高幅度达166%,平均含水率下降幅度达25.8%,增油降水效果显著,具有较大的应用和推广前景。     

致密砂岩油藏动态渗吸驱油效果影响因素及应用

渗吸驱油作为致密砂岩油藏高效开发的一项重要技术措施,近年来受到越来越多的关注。致密砂岩油藏渗吸驱油效果的影响因素较多,以鄂尔多斯盆地某区块致密砂岩储层为研究对象,通过岩心动态渗吸驱油实验,评价了渗吸液类型、渗吸液浓度、渗吸液注入量、驱替流速、反应时间以及岩心渗透率对储层岩心动态渗吸驱油效果的影响。结果表明：渗吸液中加入非离子表面活性剂HYS-3能够显著提高动态渗吸驱油效率;渗吸液中表面活性剂的浓度越高、渗吸液注入量越大、反应时间越长、岩心渗透率越高时,动态渗吸驱油效率越高;随着驱替流速的增大,岩心动态渗吸驱油效率呈现出先增大后减小的变化趋势;动态渗吸驱油实验最优参数为：驱替流速为0.2 mL/min,渗吸液为0.5% HYS-3,渗吸液注入量为1.0 PV,反应时间> 48 h。矿场应用试验结果表明,实施注水吞吐动态渗吸驱油方案措施后,S油田5口井的日产油量是措施前的2倍多,含水率明显下降,增油效果显著。     

三元复合驱注入段塞组合物理模拟实验研究

选取分子量为1200万、2000万的聚合物，通过室内物理模拟实验，研究三元复合驱注入段塞组合、浓度、大小对驱替效果的影响。实验结果表明：在化学剂用量相近时，高浓度小段塞的采收率比低浓度大段塞高，高分子量聚合物的驱油效果比低分子量聚合物更明显。不同前置和后续段塞优化驱油实验的结果表明，把聚合物、碱、表面活性剂拆分成双段塞(聚合物、碱 表面活性剂)分注比整个三元体系作主段塞单段塞合注采收率高；在碱、表面活性剂用量不变的情况下，注入的聚合物前置段塞(0．1～0．3PV)增大对改善驱油效果有利，前置段塞聚合物浓度应不低于1．2g／L；后续段塞大小一般选择0．2PV，在聚合物浓度不变时．后续段寒大小变化在一定范围内对驱油效果影响不大。图1表4参6     

考虑弥散的混溶驱替模拟

弥散是混溶驱替过程中一种重要的传质方式,在一定程度上决定着体积波及效率,然而很多混溶驱替模拟过程均未考虑弥散的影响。为此,根据随机建模方法来构建体中心网络模型,利用Kirchoff定律和有限差分方法对模型压力场和浓度场进行耦合求解,开展混溶驱的动态网络模拟,分析孔隙结构特征参数与流体流动参数对混溶驱的影响。结果表明：与不考虑弥散的混溶驱相比,考虑弥散的混溶驱体积波及效率更高,驱替流体突破时间更晚,前缘突破时的采出程度更高;对于考虑弥散的混溶驱,孔隙非均质性越强（或孔隙连通性越低或黏度比越大或驱替流量越大）,黏性指进现象越明显,体积波及效率越低,前缘突破时间越早,采出程度越低;前缘突破时的采出程度与孔隙非均质性（或孔隙连通性）呈线性关系,与黏度比（或驱替流量）呈乘幂关系。该研究成果对于弄清溶质运移规律和提高驱替流体的体积波及效率具有重要意义。     

胜利油田三元复合驱替液用防垢剂研究

孤岛西区实施三元复合驱后，注采系统出现较重的碳酸钙结垢。胜利ASP三元复合驱替液含碱（碳酸钠）1．0％～1．5％，配制驱替液用水为回注污水，矿化度6188mg／L，含Ca^2＋Mg^2＋78mg／L，用Odd—Tomson法计算，地层条件下CaCO3饱和指数Is〉0，有CaCO3结垢趋势，PTB值为210，表明CaCO3生成量较多且质硬。筛选出的4种多聚膦酸盐类防垢剂，70℃时高加剂量下（100mg／L，DZ-4和He-7；200mg／L。HE-8和P-10）的防垢率，在模拟污水中为100％。在现场污水中分别为95．4％，58．7％．86．5％和84．0％。以DZ-4为主剂进行二元复配，得到70℃时在用现场污水配制的三元复合驱替液中防垢率超过85％的2个低加荆量配方：DZ-4＋HE-7（20＋100mg／L），DZ-4＋Pq0（20＋50mg／L）。在三元复合驱替液中加入防垢刑单荆，加荆量50mg／L时对动态界面张力的影响不大；加剂量50、100mg／L时对粘度影响也不大。图1表5参2。     

剪切作用对自发乳化驱油提高采收率的影响

为获得剪切作用对自发乳化体系提高采收率的影响规律,通过引入无量纲剪切速率和有效水油流度比两个参数研究了填砂管渗透率、化学驱驱替速率和剪切强度对自发乳化体系驱油效果的影响,分析了驱油机理。研究结果表明：当填砂管渗透率较高且化学驱驱替速率较低时,无量纲剪切速率较低,形成的乳滴粒径较大,依 靠乳滴在孔喉处聚并产生的贾敏效应降低有效水油流度比、提高波及系数和采收率;随着填砂管渗透率降低或化学驱驱替速率增加,无量纲剪切速率增加,乳滴粒径变小,不能有效封堵水流通道,而被驱替液携带流出地层,降低有效水油流度比能力减弱,驱油效果变差。自发乳化驱乳化-捕集作用提高采收率效果优于乳化-携带作用,应降低驱替过程中无量纲剪切速率以获得较高的采收率。图6 表1 参15