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岩石的润湿性对油气层的损害
岩石的润湿性对油气层的损害
周杨
摘要: 储层岩石的润湿性决定流体的流动性, 对油藏岩石润湿性的研究可以有效的指导油藏的开发, 提高油藏采收率。本文从岩石的润湿性对剩余油饱和度分布、相对渗透率大小、毛管力、微粒的运移以及油层的采收率等方面的影响, 具体分析油气层损害原因在现象, 为推荐和制定各种油气层保护和解除油气层损害方案提供借鉴。
关键字 ：岩石润湿性 剩余油饱和度分布 渗透率 毛管力 微粒运移 采收率 油气层损害
引 言
油田进入中后期开发, 油气藏地层都受到了不同程度的损害, 不仅降低了油气井的产出或注入能力及油气的采收率, 还可能损失宝贵的油气资源, 增加勘探开发成本。因此了解生产过程中造成的油气层损害的机理, 不但有助于采取保护油气层的措施,而且也是判断油气层损害程度的基础。润湿性是研究外来工作液注入（或渗入）油层的基础，是岩石—流体间相互作用的重要特性。了解岩石的润湿性是对储层最基本的认识之一，它至少是和岩石孔隙度、渗透率、饱和度、孔隙结构等同样重要的一个储层基本特性参数。特别是油田注水时，研究岩石的润湿性，对判断注入水是否能很好地润湿岩石表面，分析水驱油过程水洗油能力，选择提高采收率方法以及进行油藏动态模拟试验等方面都具有十分重要的意义。本文通过对岩石润湿性油水的微观分布、相对渗透率大小、毛管力、微粒的运移以及油层的采收率等可能产生的各种影响分析其对油气层的损害。
1 润湿机理
液体和固体接触时, 会产生不同的形状。如果我们在固体表面上滴一滴液体, 这液滴可能沿固体表面立即扩散开来, 也可能仍以液滴形状附着于固体表面。我们将液滴或气体在固体表面的扩散现象称为润湿作用, 当液滴在固体表面立即扩散, 即称给该种液体润湿固体表面, 当液滴呈圆球状, 不沿固体表面扩散, 则称为该液体不润湿固体表面。在一般情况下, 水可以润湿固体表面, 而油则不润湿固体表面[ 1]( 见图 1) 。
液体对固体的润湿程度用润湿接触角 表示,它是固体表面与液体——空气或液体——液体界面之间的夹角, 并规定从密度大的液体一方算起。当< 90°, 液体润湿固体( 见图 1a) , = 0°, 为完全润湿;当 > 90°, 液体不润湿固体, ( 见图1b) ; = 180°, 为完全不润湿。凡能被液体所润湿的, 称亲液性固体, 常见的是水, 在这种情况下, 就说固体是亲水的; 不能液体所润湿的, 称憎液性固体, 对水来说就是憎水的。
2 影响润湿性的因素
岩石润湿性是岩石与地层流体在特定条件下综合作用的结果, 同一岩石的润湿性也不是一成不变的, 它会随着各种外在条件( 如润湿顺序, 时间, 地层压力和温度等) 的不同而改变, 但影响岩石润湿性的
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岩石的润湿性对油气层的损害
因素主要包括以下三点： 2. 1 岩石的矿物成分
储层岩石的矿物成分以硅酸盐矿物为主。这类矿物在表面洁净的情况下, 一般是亲水的, 但其润湿程度并不相同。有机物质是憎水亲油的。如果岩石中( 特别是生油岩) 含有较多的有机物质将使颗粒表面局部亲油。铁具有从原油中吸附表面活性物质的能力, 因此富含铁的矿物的岩石也可以局部亲油, 但大部分沉积岩含铁矿物不多, 故铁的影响没有重要意义。粘土矿物, 特别是蒙脱石, 是吸水的。泥质胶结物的存在应当增加岩石的亲水性。总之, 不同的矿物成分具有不同的润湿程度。储油岩石的矿物成分十分复杂, 并且在宏观和微观上都是非均质的。因此矿物成分的复杂性和非均质性可能导致岩石各部分之间的润湿性的差异。
2. 2 流体成分
表1是一些纯烃类液体在四氟乙烯光面上的润湿接触角。聚四氟乙烯虽不是矿物, 但可以侧面说明各种烃组分润湿性的差异行。它告诉我们, 石油中的烃类成分虽然是非极性的, 但其润湿程度并不相同。因此, 流体成分的变化可以影响油层的润湿性。
2. 3 石油中的极性物质
当石油中含有极性物质时, 会对石油在矿物表面上的润湿性产生复杂的影响。实验结果表明, 极性物质对各种矿物表面的润湿性都有影响, 但影响程度不同, 并不一定都能改变矿物表面的润湿性。 综上所述, 储油岩石的矿物成分, 矿物表面的粗糙程度, 流体成分, 特别是流体中的极性物质是影响油层润湿性的主要因素。
3 岩石润湿性对油水渗流规律的影响
3.1 岩石润湿性决定孔道中毛管力的大小和方向
在水驱油过程中，油水在岩石孔道中的动态分布在很大程度上也受润湿性的控制和影响。润湿性直接影响着束缚水饱和度、残余油饱和度、水驱油效率、毛管压力、相对渗透率曲线、水驱动态和电阻率。
在亲水毛管中，毛管力的方向和注入水驱替压差方向一致，毛管力为动力；在亲油毛管中，毛管力与注入水驱油方向相反，毛管力为阻力。当生产压差或注入水压差很小时，毛管力对驱油起着重要的作用。 岩石的润湿性不同, 在地层中有亲水孔道和亲油孔道, 不同的润湿性, 润湿接触角 的大小不同, 弯液面凹凸形状和方向也不同, 其结果所产生的毛管方向也不同。在亲水毛管中( 见下图2) , 毛管力 pc的方向与主睡驱替压差△p 方向一致, 毛管力pc为动力; 相反, 在亲油毛管中, 毛管力pc与注水驱油方向△p 相反, 毛管力 pc为阻力。流动阻力的大小直接影响着油、水的流动。在实际生产中,当生产压差或注水压差很小时, 毛管力对与驱油将起着重要的作用。
图2
因此，当润湿性导致毛管力为阻力时，就影响油的运移，对油气开采造成影响。
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岩石的润湿性对油气层的损害
3.2 润湿性影响地层中微粒的运移
油藏开发初期，地层中只有油流动，以束缚水存在的水相不流动，亲水微粒在束缚水膜的保护下不参与油的流动，整个地层没有微粒运移；油层一旦注水，油水同时流动，此时在束缚水膜保护下的微粒也开始随水流动。油水同时流动时，亲水微粒一般不会在空隙喉道处形成桥堵；对于具有混合润湿的微粒，由于微粒部分表面亲油，部分表面亲水，使微粒处于束缚水膜和油相表面，其运动直接受油流及束缚水膜两者的影响。处于这种界面上的微粒虽可以移动，但并不是能被油流带走，只能在界面上作不同的移动，有时会在空隙窄口处形成桥堵，造成堵塞地层，降低储层的渗透率，影响油藏开发。 3.3 润湿性对油气水三相相对渗透率的影响
下面三幅图是用实验得来的：
图3 水的相对渗透率曲线
图4 油的相对渗透率曲线
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