界面張力對低滲油藏CO2驅(qū)油氣相對滲透率曲線的影響

舒曉輝（中國石化集團公司辦公廳，北京 100728）

CO2驅(qū)過程一般被劃分為非混相驅(qū)和混相驅(qū)。非混相驅(qū)過程中，注入氣通過與油藏流體的相互作用，使得原油黏度降低，體積膨脹，驅(qū)替相與被驅(qū)替相的流度比改善，界面張力降低，從而增大毛管數(shù)，降低殘余油飽和度，提高原油采收率。在混相驅(qū)中，注入氣與原油間的界面張力為零，毛管數(shù)增至無窮大，驅(qū)替相與被驅(qū)替相間形成混相，驅(qū)替效果達到最佳［1］。顯然，CO2驅(qū)過程中，油藏流體之間的界面相互作用及油藏流體與巖石的界面相互作用控制著CO2驅(qū)油過程中地層流體的滲流特性，影響原油的最終采收率。國內(nèi)外對于CO2與原油間的界面特性進行了廣泛研究，目前普遍應(yīng)用軸對稱懸滴分析法進行高溫高壓下CO2與流體間的界面張力值測定，得到了溫度、壓力、流體類型等對界面張力特性的影響規(guī)律［2～4］。然而，關(guān)于氣驅(qū)過程中界面張力變化特性及其對相對滲透率的影響規(guī)律研究較少［5］。筆者針對腰英臺油藏條件，開展了目標油藏CO2驅(qū)過程中界面特性和相對滲透率曲線（以下簡稱 “相滲曲線”）測定試驗，明確了界面張力變化對相滲曲線的影響規(guī)律。

1 CO2驅(qū)過程中的油氣界面張力試驗

通過高溫高壓界面張力儀，運用軸對稱懸滴形狀分析ADSA技術(shù)對高壓視窗中的油滴形狀進行分析，然后應(yīng)用計算機圖像處理系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)方程計算得到界面張力值。

從圖1可知，CO2與原油的界面張力隨著體系壓力的增大，逐步降低；當體系壓力較大時，CO2與原油間的界面張力降低幅度變緩；當體系壓力持續(xù)增大時，油氣界面張力值并沒有達到零值。

圖1 CO2與原油間界面張力與體系壓力的關(guān)系

2 低滲油藏CO2驅(qū)油氣相滲曲線測定

油氣相滲曲線由非穩(wěn)態(tài)相滲試驗方法進行氣驅(qū)油試驗得到。記錄氣驅(qū)過程中巖樣出口端各個時刻的產(chǎn)油量、產(chǎn)氣量等數(shù)據(jù)，運用非穩(wěn)態(tài)JBN（Johnson，Bossier和Naumann）方法計算巖樣的油氣相對滲透率和對應(yīng)的飽和度。試驗溫度為腰英臺油藏條件，油藏溫度為97.53℃，試驗壓力8.6、22.6、34.9MPa， 巖 心 滲 透 率 為4.0mD。

對氣－油－巖石系統(tǒng)來說，氣相為非潤濕相，原油為潤濕相。由圖2中可知，不同回壓下的氣油相滲曲線形態(tài)相近，即隨著巖心中含氣飽和度（Sg）的增大，油相相對滲透率（Kro）急劇降低，氣相相對滲透率（Krg）緩慢增大，且初期的氣相相對滲透率遠遠低于油相相對滲透率。隨著體系壓力的增大，等滲點飽和度逐步增大，兩相滲流區(qū)域逐步擴大，氣相相對滲透率逐步增大。

圖2 不同壓力下的油氣相對滲透率曲線

3 界面張力對油氣相滲曲線的影響

CO2驅(qū)過程中，CO2不斷抽提原油中的輕質(zhì)組分。同時，CO2不斷擴散溶解進入原油中。這兩者的相互作用使得氣油間的界面張力不斷降低，直至界面張力為零達到混相狀態(tài)。繪制不同壓力下的相滲曲線與界面張力間的關(guān)系，結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看到，氣油相滲曲線形態(tài)受氣油界面張力影響較大。隨著界面張力的降低，油相相對滲透率下降幅度變緩，氣相相對滲透率增大幅度加快，且較低界面張力下的相滲曲線的兩相流動區(qū)域逐步變寬，殘余油狀態(tài)下的氣相相對滲透率更大。界面張力對相滲曲線形態(tài)的影響趨勢表明，界面張力的減小使得油、氣相滲曲線形態(tài)逐步靠近。當界面張力接近零時，殘余油飽和度朝零的方向下降，此時的油、氣相滲曲線接近直線，即油氣相滲曲線將會是交叉的對角直線。

究其原因，主要是由于當CO2注入巖心后，首先占據(jù)了巖心孔隙中的大孔道。當含氣飽和度偏低時，這部分氣體以分散形式存在，阻礙了巖石中原油的流動，從而使得油相相對滲透率急劇降低。當氣體飽和度逐步增大，氣相逐步形成連續(xù)相，氣相相對滲透率有所提高。隨著油藏壓力的增大，氣油間的界面張力急劇降低，毛管數(shù)逐步增大，殘余油飽和度降低，使得油氣兩相滲流區(qū)域增大，殘余油飽和度狀態(tài)下的氣相相對滲透率增大。當界面張力為零時，此時毛管數(shù)為無窮大，殘余油飽和度為零，油氣相滲曲線為對角直線。

圖3 界面張力對油氣相對滲透率曲線的影響

4 結(jié) 論

1）隨著體系壓力的增大，CO2與原油間的界面張力急劇降低；當壓力較大時，界面張力降低幅度變緩；在很高的壓力下，CO2與原油間的界面張力不為零。

2）隨著油藏壓力的增大，CO2與原油間的相滲曲線的等滲點逐步向右偏移，兩相滲流區(qū)域逐步拓寬，殘余油飽和度逐步降低，端點氣相相對滲透率逐步增大。

3）油藏壓力的增大，導(dǎo)致CO2與原油間的油氣界面張力降低，使得油氣相滲曲線向著對角直線型方向偏移，這有利于降低殘余油飽和度，提高CO2驅(qū)油效率。

［1］Jarrell P M，F(xiàn)ox C，Stein M，et al.Practical aspects of CO2flooding ［J］.SPE Monograph Series，2002，22：1～2.

［2］Yang Daoyong，Gu Yongan.Interfacial interactions between crude oil and CO2under reservoir conditions ［J］.Petroleum Science and Technology，2005，23（9－10）：1099～1112.

［3］Rao Dandina N，Lee Jong I.Determination of gas－oil miscibility conditions by interfacial tension measurements ［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2003，262（2）：474～482.

［4］王海濤，倫增珉，駱銘，等 .高溫高壓條件下CO2／原油和N2／原油的界面張力 ［J］.石油學(xué)報，2011，32（1）：177～180.

［5］Ning Liu，Sachin Ghorpade，Lee Harris，et al.The effect of pressure and temperature on brine－CO2relative permeability and IFT at reservoir conditions ［J］.SPE139029，2010.