低渗透油藏边界层厚度测定新方法

低渗透油藏边界层厚度测定新方法
张磊;陈丽云;李振东;徐显谋;梁伟
【摘要】鉴于毛细管法测定油藏边界层厚度本身存在的缺陷,建立了一种新的实验方法,测定了不同毛管半径的岩心在不同驱替压力梯度下的边界层厚度,并绘制了边界层厚度图版.研究结果表明,在相同的压力梯度下,随着毛管半径的增加,边界层厚度不断减小；对于相同毛管半径的岩心,压力梯度低于0.2 MPa/cm时,边界层厚度随着压力梯度的减小而增加迅速；但是,当压力梯度高于0.2 MPa/cm时,边界层厚度随着压力梯度的增加而减小甚微.
【期刊名称】《石油地质与工程》
【年(卷),期】2012(026)003
【总页数】3页(P99-101)
【关键词】低渗透油藏;毛细管法;压力梯度;毛管半径;边界层厚度
【作者】张磊;陈丽云;李振东;徐显谋;梁伟
【作者单位】中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院,山东东营257000;中国石化胜利油田分公司东辛采油厂;中国石化胜利油田分公司胜利采油厂;中国石化胜利油田分公司胜利采油厂;中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院,山东东营257000
【正文语种】中文
【中图分类】TE311
由于固体与液体的界面作用以及界面层内分子间的相互作用，在油层岩石孔隙的内表面存在一个原油的不动层，称之为边界层，边界层厚度越大，对流体的流动越不利，采收率越低。

对于高渗透油藏来说，边界层的厚度与孔喉半径相比较小，对渗流的影响不大；但是对于低渗透、特低渗透油藏来说，边界层厚度不可忽略［1－3］。

边界层流体具有一定厚度［4－5］，这也为众多实验所证实，Dwyer－Joycea［6］利用超声波反射方法研究油膜厚度，发现稳定状态下油膜厚度达到1.0μm。

如何定量研究不同因素对边界层厚度的影响成为提高低渗油藏原油采收率的关键。

为了定量描述边界层厚度及其影响因素，本文将建立一种新的实验方法，该方法通过岩心驱替实验来测定在不同的影响因素条件下的边界层厚度，对深入理解边界层形成原因及其影响因素、确定合理的油藏开发方案具有重要的意义。

J.Kozeny（1927）将泊稷叶公式应用到毛细渗流中，并建立了毛细管岩石模型［7］。

Kozeny认为，真实岩石中的孔隙体积Vp可以等价为N根半径为r的毛细管的体积。

因而假想岩石的孔隙由N根半径为r的毛细管构成的毛管束，如图1所示。

目前测定边界层厚度的方法主要是玻璃毛细管法，该方法根据“泊稷叶”定律首先测量玻璃毛细管的有效半径，再求得平均边界层厚度。

该方法基于达西定律，对于渗透率高的油藏，计算结果适用性较好。

但是，对于低渗透、特低渗透油藏来说，流体在岩心孔吼内的流动并不符合达西定律，因此，上述方法并不能用于低渗透油藏边界层厚度的测量；同时，使用该方法的过程中，用的是玻璃毛细管代表岩心孔喉，并不能模拟流体在岩心孔喉内流动时岩心表面与流体的相互作用。

鉴于该方法的局限性，本文建立了一种新的实验方法用于测量边界层厚度。

图2所示为一岩心的孔喉，其中流体分为体相流体和边界流体，根据J.Kozeny毛细管岩石模型，假设该某块岩心有n个孔喉半径为r长度为l的孔道组成。

将该岩心饱和油，则该岩心饱和原油的质量m：
然后用水驱替岩心，等出口端液体全部为水后，此时体相层内的原油全部被驱出，岩心里只剩下水和粘附在岩心孔隙表面的边界层内的原油。

设驱出原油的质量为
m1，边界层的厚度为h，则有：
用（2）式除以（1）式得到：
式（3）就是本文得到的边界层厚度的表达式，从式中可以看到，只要给出岩心的平均孔喉半径以及岩心内驱替前后的的原油质量差，就能求出边界层的平均厚度。

（1）测量岩心的平均孔喉半径r；
（2）岩心抽空饱和标准盐水后称湿重，然后放入岩心夹持器，加围压2.5 MPa，50℃下恒温2小时以上。

用原油（粘度为2 mPa·s）以0.3 mL／min的排量驱替岩心，直至累积产油量为岩心孔隙体积的20倍，取出岩心称湿重，根据前后质量差求得岩心内饱和油的质量m；
（3）以 0.05 MPa（0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa、0.3 MPa、0.35 MPa、0.4 MPa）恒压用水驱替岩心，待出口端为100%水后，关闭流程，
记录累积产油量m1；
（4）将岩心洗油，改变驱替压力，并重复步骤（2）～（3）；
（5）更换岩心，并重复步骤（1）～（4）。

根据实验结果绘制图4、图5。

从图4可以看出，在相同毛管半径下，随着压力梯度的增加，边界层厚度不断减小，而且减小的规律为初始较快，越往后减小程度越小，到最后几乎不再变化。

从图5可以看出，在相同的压力梯度下，随着毛管半径的增加，边界层厚度减小；对于相同毛管半径，压力梯度低于0.2 MPa／cm时，边界层厚度随着压力梯度的减小而迅速增加；当压力梯度高于0.2 MPa／cm时，边界层厚度随着压力梯度的增加而减小甚微。

图6为原油粘度在2 mPa·s时的原油边界层厚度图版，通过已知的压力梯度及岩
心的平均孔喉半径，在图版上即可查出所对应的边界层厚度。

同时，我们还可以根据现场的实际情况，通过大量室内实验，作出不同原油粘度下边界层厚度的图版。

（1）鉴于毛细管法的缺陷，本文建立了一种新的实验方法，通过岩心驱替实验法计算边界层的平均厚度，可有效应用于低渗透、特低渗透油藏边界层厚度的计算。

（2）从实验结果可知，在相同的压力梯度下，随着毛管半径的增加，边界层厚度不断减小；对于相同毛管半径的岩心，压力梯度低于0.2 MPa／cm时，边界层厚度随着压力梯度的减小而增加迅速；但是，当压力梯度高于0.2 MPa／cm时，边界层厚度随着压力梯度的增加而减小甚微。

（3）本文给出了原油粘度为2 mPa·s时的边界层厚度图版，在实际生产过程中，还可以根据现场实际情况，作出不同原油粘度下的边界层厚度图版，为采油、油藏工程方案提供理论支持。

【相关文献】
［1］李中锋，何顺利.低渗透储层原油边界层对渗流规律的影响［J］.大庆石油地质与开发，2005，24（2）：57－59.
［2］刘中春，岳湘安，王正波.低渗透油藏岩石物性对渗流的影响分析［J］.油气地质与采收率，2004，11（6）：39－41.
［3］姚约东，葛家理，魏俊之.低渗透油层渗流规律的研究［J］.石油勘探与开发，2001，28（4）：73－75.
［4］刘德新，岳湘安，侯吉瑞，等.固体颗粒表面吸附水层厚度实验研究［J］.矿物学报，2005，25（1）：15－19.
［5］刘德新，岳湘安，侯吉瑞，等.吸附水层对低渗透油藏渗流的影响机理［J］.油气地质与采收率，2005，12（6）：40－42.
［6］ Dwyer－Joycea R S，Harpera P，Drinkwater B W.A method for the measurement of hydrodynamic oil films using ultrasonic reflection ［J］.Tribology Letters，2004，17（2）：337－348.
［7］秦积舜，李爱芬.油层物理学［M］.东营：石油大学出版社，2001：90－100.
Due to the shortage of the capillary tube technique，a new laboratory experiment method is established.By using the new method，the boundary layer thickness of the
cores in different gradient of pressure has been tested and then the boundary layer thickness plates has been plotted.The research results indicate during the same gradient of pressure，with the increase of the capillary radius，the boundary layer thickness reduced.However，when the capillary radius is larger than 2.5μm，the boundary layer thickness decreases slowly with the increase of the capillary radius.For the same capillary radius of the cores，when the gradient of pressure is less than 0.2 MPa／cm，the boundary layer thickness increases quickly with the reduce of the gradient of pressure.On the contrary，when the gradient of pressure is larger than0.2MPa／cm，the boundary layer thickness decreases slowly with the increase of the gradient of pressure.。