矿化度对原油采收率影响的空隙尺度研究

王鑫

中原油田文留采油厂地质研究所，河南濮阳 457000

摘要

近年来，低矿化度水驱因其具有经济竞争力、价格低廉而受到越来越多的关注。低矿化度水驱在不同的岩石和流体参数下对原油采收率有不同的影响。本文将了不同的润湿性变化作为低矿化度水驱对石油采收率的影响进行研究，分别模拟了从注水开始和高矿化度盐水见水突破后注入低矿化度水的流动特性，分别视为二次采油模式和三次采油模式。结果表明，在二次采油模式下，当润湿性由亲油性变为中性润湿时，可获得最高的采收率提升。低矿化度水驱提高采收率的效果因不同的流体和岩石性质而异。

低矿化度水驱提高采收率的机理复杂，低矿化度水驱的其他影响因素可在未来的研究中分析。

引言

低矿化度水驱都可以作为提高采收率的方法很容易地应用于适当的油田（Vermolen et al.，2014）。低矿化度注水由于其成本较低而受到石油工业的广泛关注（Ayirala et al.，2010）。

低矿化度水驱

尽管低矿化度注水可以导致更高的石油采收率，但采收率提高的机制仍在讨论中（Nasralla、Batawel和Nasr El-Din，2011）。虽然普遍认为低矿化度水引起的润湿性变化是提高采收率的原因，但也有研究认为PH值升高和界面张力降低、粘土迁移和乳液形成引起的皂化也是原因。本文的研究基于假设润湿性变化为低矿化度水驱提高采收率的唯一原因。

研究方法

模型建立

模拟模型由numSCAL模拟器创建，模拟中使用的孔隙尺度数据如下所示：

1. 由20000个孔和10000个节点组成的二维单键正则网络，在X、Y和Z轴上分别有100、100和1个节点；

2. 在该模型中，键的毛细半径是随机分配的，键的长度假定为常数；

3. 孔径分布采用截尾正态分布，平均值和方差分别为15和10，半径在5µm和50µm之间变化。

4. 模型边界是封闭的，压力只在X方向上从入口到出口变化，而入口压力取决于注入速率。

5. 该模型最初设置为亲油性模型，水和岩石之间的接触角为150°。在非润湿相（水）取代润湿相（油）的过程中，由于接触角的变化，润湿性发生变化。

6. 在模拟中，假设水粘度为1.0cP，水/油粘度比为1/5。该模拟器以油水界面张力为默认值，为30dyn/cm。

7. 模拟采用非稳态排水模式，入口流速设定为2m/天。该模型假定初始含油饱和度为100%，随注入水从入口注入含油饱和度会产生连续变化。

8. 本研究中的所有流体均假定为不可压缩流体，压力变化与质量守恒有关，以确保注入速率合适。假设模拟中置换流体和被置换流体之间的流动是不混溶的。

低矿化度水驱模拟

虽然低矿化度水驱对原油采收率的影响是由于物理和化学变化的多种原因造成的。本文假设润湿性变化为低矿化度水驱的唯一影响，并以接触角变化为基础进行了模拟。所有润湿性敏感性模拟条件均为：模拟从初始含水饱和度0%开始；采用非稳态排水方式注水，进口流速恒定，2m/天；所有的模型初始都是亲油的，水和孔表面的接触角为150°参照模拟设置为默认注入高矿化度盐水。润湿性的变化用接触角的变化来表示。低矿化度水驱模拟的润湿性变化如下：

1. 亲油性变为弱亲油性 (OW-OW)，接触角变化为150°- 110°。

2. 亲油性变为中性润湿 (OW-NW)，接触角变化为150°- 90°。

3. 亲油性变为亲水性 (OW-NW)，接触角变化为150°- 70°。

基于以上条件对二次采油和三次采油的采收率变化进行了研究。

二次采油：低矿化度注水从模拟开始一直注入到模拟结束。通过低矿化度注水引起的三种不同接触角的变化，将润湿性变化的影响分为三种不同的情况。

三次采油：高矿化度盐水突破后注入低矿化度水。与二次采油相同，低矿化度效应研究也分为三种情况。

结果与分析

模拟结果显示当润湿性变为弱亲油性（接触角变为110°）和中性润湿时（接触角变为90°)，低矿化度水驱对二次采油有积极的影响，采收率与高矿化度水驱相比均有提高。尤其是当孔网润湿性由亲油性变为中性润湿时，接触角变化为90°时，毛细压力变为0，低矿化度水驱对采收率的影响更为显著。在四种不同的润湿性条件中，OW-NW情况毛细管力的影响最小，实现了稳定的驱替，并圈闭了最少量的剩余油，获得最高的采收率53.53%。在OW-WW情况下，首先产生了活塞式驱替，最小孔隙首先被置换导致大量的剩余油被圈闭在大空隙中，导致采收率最低，为12.01%。

三次采油的采油率没有明显提高，这可能是由于低矿化度注水遵循高矿化度盐水的流动路径。低矿化度水驱未置换更多的孔隙空间，不能提高采收率。其原因可能是低矿化度注水是在高矿化度注水见水后进行的，其进出口压差要小得多。

结论

低矿化度水驱在二次和三次采油中均能使采收率提高。当润湿性由亲油性变为中性润湿时（表现为接触角的变化），二次采油的采收率明显提高，说明低矿化度水驱在二次采油模式下效果更好。

该模型可用于预测低矿化度水驱的驱替行为，比向实际油藏注入低矿化度水驱研究更经济，且可将真实的岩石几何和流体性质应用于模型中，使流动性质和采收率的模拟更为可靠。

建议

三维建模模拟可以提高模拟的准确度。建议利用三维模型进行进一步的分析以便可以更可靠地预测真实油藏的流体驱替情况。本文将润湿性变化作为低矿化度水驱的唯一影响因素进行了研究，然而低矿化度水驱产生的影响因素在实际中是多重的，建议未来可以基于其他的原因展开研究。

参考文献

Nasralla, R., Bataweel, M. and Nasr-El-Din, H. (2011). Investigation of Wettability Alteration by Low Salinity Water. Offshore Europe.

Ayirala, S., Uehara-Nagamine, E., Matzakos, A., Chin, R., Doe, P. and van den Hoek, P. (2010). A Designer Water Process for Offshore Low Salinity and Polymer Flooding Applications. SPE Improved Oil Recovery Symposium.

Vermolen, E., Pingo Almada, M., Wassing, B., Ligthelm, D. and Masalmeh, S. (2014). Low-Salinity Polymer Flooding: Improving Polymer Flooding Technical Feasibility and Economics by Using Low-Salinity Make-up Brine. International Petroleum Technology Conference.