卷(Volume)18,期(Number)增刊(Supplment)矿物岩石 页(Pages)161-163,1998,9,(Sept,1998)JMINERALPETROL
水膜理论在致密低渗透砂岩储层改造中的应用
张学庆 戴 宗 刘 林 彭小龙(成都理工学院石油系,成都 610059)【摘 要】 致密低渗透砂岩储层一般以高含水为特征,其中缚水以水膜和毛管水形式存在。本文针对这些特点,从水膜形成、存在的物理化学机理出发,着重讨论水膜的性质及其对流体渗流的影响,并考虑以减小水膜厚度和改变水膜性质为思想基础进行致密低渗透砂岩储层改造。
【关键词】 水膜 分离压 致密低渗透 储层改造中图法分类号:P618.13
ISSN1001-6872(1998)SI-0161-63; CODEN:KUYAE2收稿日期(Manuscriptreceived):1998-06-05 改回日期(Acceptedforpublication):1998-06-25第一作者简介:张学庆 男 24岁 硕士研究生 油藏工程专业
1 水膜理论1.1 水膜的概念1963年,前苏联学者基寥金提出了边界层的概念。在水-固相体系中存在一种表面现象,一层水直接紧贴在固相表面上,其性质与体相水性质有显著不同,这水称水膜水。1.2 水膜与双电层结构Stem认为液体中离子与固体表面之间除静电相互作用外,还有范德华引力作用。Stem提出,Gouy-Chapman的扩散层可以分成两部分:邻近表面的一至几个分子厚的区域内,反离子或同离子因受到范德华力或其他作用力的吸引而与固体表面牢固地结合在一起构成Stem层(吸附层);其余的反离子则扩散地分布在Stem层之外,构成双电层的扩散部分。某些高价反离子或大的反离子(例如表面活性剂分子),由于高的吸附能而大量进入固定吸附层。同理,同号大离子团因强烈的范德华引力作用可能克服静电排斥作用进入Stem层。1.3 水膜与分离压1955年,Derjaguin把液膜分离压定义为一定厚度h的液膜达到平衡状态而需要施加于体积液体的机械压力。1974年,Derjaguin认为分离压(pd)由静电引力(pe)、范德华力(pv)和结构成分(ps)三部分组成:pd=pe+pv+ps(1) 1990年,Gee等用光的椭圆偏振技术测定了不同分离压下亲水石英表面的水膜的厚度(见图1)。根据实测点得到相应的关系式:pd=2200/h3+150/h2+12/h(2) 式中h.水膜厚度。
2 储层中的水膜
储层中的流体包括油、气、水等,水在与图1 水膜厚度与分离压(据Gee,1990)Fig.1 Thicknessofwaterfilmanddisjoiningpressure(afterGee,1990)储层固相岩石颗粒接触时同样也可能形成水膜,由于水膜的存在降低孔喉半径,并通过润湿性影响地层流体的渗流。2.1 储层中水膜的厚度地层中水膜受力为:垂直指向管壁的地层压力pi和分离压pd;方向与pi相反毛管压力pc(忽略水膜的重力)。由水膜受力分析可知:pd=pi-pc(3)联立求解公式(1),(2)和(3)得R=0.7275/(pi-2200×10-10/m3-150×10-6-0.12/h)(4) 式中:h.水膜厚度nm;R.毛管半径nm;pi.地层压力 大气压(101325Pa)。通过公式(3)和(4)我们可以分别得出地层压力为30MPa,40MPa,50MPa时水膜厚度与毛管半径的关系(图2)。由曲线可以看出水膜厚度随毛管半径的减少而增大。我们把形成水膜水的最小毛管半径定义为临界水膜半径。当毛管半径R>RW时,水膜厚度h小于毛管半径而在毛管内形成水膜;当毛管半径R
部被水充满而形成毛管水。随层压力的减小,水膜厚度增加。因此随着油气井的开采,地层压力的下降,井壁附近由于压降漏斗的存在,水膜厚度变大。
图2 水膜厚度与毛管半径 Fig.2 Thicknessofwaterfilmand
capillaryradius2.2 储层中水膜与润湿性储层岩石表面为高能表面,可分为水润湿、油润湿、部分润湿等。在岩石-水-油系统中当岩石为亲水时,水膜以连续方式覆盖于岩石孔隙表面;当岩石是油润湿时,油将以油膜的形式覆盖于岩石孔隙表面;部分为水湿,部分为油湿的水膜和油膜并存。水膜在储层中不一定以连续形式覆盖于孔隙表面。
3 水膜理论与致密低渗透砂岩储层改造
3.1 润湿性改造对于油润湿和部分润湿相储层来说,其孔隙壁上将形成一层油膜吸附层,其厚度较大,通过简单计算,这部分油的储量相当可观,由于吸附作用使这部分油在物理作用下难以开采,导致采收率较低。在水中加入表面活性剂使岩石表面由亲油转换为亲水,改变这类岩石的润湿性,用水膜代替油膜,使油膜
162矿 物 岩 石1998 变成可以自由流动的流体,产量和采收率将大大提高。3.2 减小水膜厚度由于水膜厚度减小了有效孔隙半径,减小水膜厚度是致密低渗透储层改造的又一途径。由水膜受力分析可知:pd=pi-pc=pi-2cos/R(5)pd.分离压;pi.地层压力;pc.毛管压力;.表面张力;.接触角;R.毛管半径由于分离压与水膜厚度成反比,从式中可以看出,减小水膜厚度,只有提高地层压力,减小表面张力和扩大孔喉半径。提高地层压力对减少水膜厚度和增大开采速度都有利;扩大孔喉半径同样对增大开采速度和减小水膜厚度也都有利,目前扩喉改造储层主要方法是酸化,酸化液主要有土酸(HF+HCl)、盐酸等;减小表面张力对减小水膜厚度和毛管压力都有利,作者利用醇类加入表面活性剂,使得表面张力大大降低(见表1)。表1 十二烷基硫酸钠-某醇表面张力数据表Table1 Interfacetensiondataofsodiumdodecylesulphateandonealcohol浓度/(mg・ml-1)00.250.51246
表面张力/(10-2N・cm-1)72.7526.725.826.225.525.525.5
4 结 论
4.1 水膜的形成和存在有着复杂的物理化学机理。水膜水靠分子引力滞留于孔隙壁上,其分布并不一定是连续的,且其最小厚度与分离压有关。4.2 水膜的存在降低了储层有效孔喉半径,对致密低渗透储层中流体流有很大影响。4.3 通过减小水膜厚度和改变润湿性进行致密低渗透砂岩储层改造,可以增加开采量,提高采收率。
参考文献 1 ..马尔哈辛著,李殿文译.油层物理化学机理.北京:石油工业出版社,1987 2 贺承祖,华明琪.油气藏物理化学.成都:电子科技大学出版社,1995 3 王允诚.油层物理学.北京:石油工业出版社,1993 4 贺承祖,华明琪.油气储层中的水膜.油田化学,1993;10(3) 5 戴 宗.致密低渗透砂岩储层微观孔喉改造研究[D].成都理工学院硕士论文,1998 6 DerjaguinBV,etal.StructureComponentofDisjoiningPressure.JCIS,1974;12
APPLICATIONOFTHEORYOFWATERFILMTOREFORMTHERESERVOIRINTIGHTANDLOWPERMEABILITYSANDSTONE
ZhangXueqing DaiZong LiuLin PengXiaolong(DepartmentofPetroleum,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu 610059)
Abstract Thetightandlowpermeabilitysandstonereservoirgenerallyshowscharacterofhighly-filledwater,anditsirreduciblewaterexistsinwaterfilmandcapillarywatertypesinlightofthese.Inthispaperproceedingfromthephysicochemicalmechanismofwaterfilmformationandexistence.Itisdiscussedaboutthepropertyofwaterfilmandtheeffectingtothefluidofit,andconsidertoreformthetightandlowpermeabilitysandstonereservoironthebasisofdecreasingwaterfilmthicknessandchangingpropertyofwaterfilm.
Keywords waterfilm disjoiningpressure tightandlowpermeability reservoirimprovement
ISSN1001-6872(1998)SⅠ-0161-63;CODEN:KUYAE2Synopsisofthefirstauthor ZhangXueqing,male,24yearsold.NowasaMastercandidatespecializinginreservoirengineeringinChengduUniversityofTechnology.
163 第18卷 增刊张学庆等:水膜理论在致密低渗透砂岩储层改造中的应用