润湿性对提高石油采收率的影响

润湿性对提高石油采收率的影响

【摘要】：结合大量文献调研，综述润湿反转性的概念、类型、影响因素、形成机理及与驱油效率间的关系。润湿反转是将岩石表面由亲油转变为亲水性，使油滴更易于脱离岩石而流动，提高原油采收率。

【关键词】：润湿反转; 驱油效率; 机理

在提高石油采收率的研究中发现，润湿性占有很重要的地位，而且润湿反转性与驱油效率间的关系也越来越受到重视[1]。

油层中的砂岩（主要是硅酸盐），按它的性质是亲水性固体。因此，在砂岩表面上的油较容易被洗下来，但砂岩表面常常由于表面活性物质的吸附而改变性质，即发生了润湿反转。现在储油层中相当一部分的砂岩表面是亲油表面，油在这样的砂岩表面上是不易被水洗下来的，这是原油采收率不高的一个原因。目前有些提高采收率的方法是根据润湿反转的原理提出来的。例如，向油层注入活性水，使注入水中的表面活性剂按极性相近规则吸附第二层，抵消了原来表面活性物质的作用，从而使砂岩表面由亲油表面再次反转为亲水表面。这样，油就容易为水洗下，使采收率得以提高[2]。

一、润湿反转性的概念

固体表面的亲水性和亲油性都可在一定条件下发生相互转化。把固体表面的亲水性和亲油性的相互转化叫做润湿反转。

二、润湿反转性的类型

岩石的润湿性支配着油气水在储层孔隙中微观分布，决定着孔隙吼道中毛管力的大小和方向从而影响着水驱油效率和剩余油分布[3-4]。

一般可以将岩石润湿反转分为：水湿转变为油湿、油湿转变为水湿、混合润湿转变为油湿或水湿。

三、润湿反转性的影响因素

由于岩石润湿反转性与驱油效率有着密切的关系，因此分析岩石润湿反转的影响因素至关重要。通过大量文献调研，目前比较一致的认为影响岩石润湿反转性的因素有以下几种。

（一）岩石的矿物组成的影响

不同的矿物成分具有不同的润湿性，而储油岩石沉积来源广，矿物本身又

十分复杂，因而在宏观和微观上都会导致岩石之间润湿性存在着显著的差异。

如粘土矿物对岩石的润湿性有较大影响。有些粘土矿物含有铁，铁具有从原油中吸附表面活性物质的能力，当其覆盖在岩石颗粒表面时，可以局部改变岩石表面为亲油的[2]。

（二）油藏流体组成的影响

研究流体组成对润湿性的影响包括三个方面：原油中主要成分-不同烃类（非极性）的影响；原油中所含极性物（各种O2、S、N2的化合物）的影响；原油中活性物质的影响。

实际原油中，除含有烃类非极性物外，总是不同程度的含有极性物质。石油中的极性物对各种矿物表面的润湿性都有影响，但影响的程度各不相同，有的能够完全改变岩石的润湿性，使润湿性发生转化，有的影响程度比较轻微，这取决于极性物质的性质[2]。

大部分油层的润湿性都可能由于极性化合物的吸附作用和(或)原油中有机物质的沉淀而改变，也就是说，油层的润湿性在很大程度上取决于油层岩石对原油组分的吸附。因此，从微观上看，决定从单个孔隙中采出油量多少的主要因素是地层水的分布、岩石的矿物组分及其表面膜的特征。原油中的表面活性组分一般都是含氧、氮和(或)硫的极性化合物，这些化合物含有一极性端和一烃端，极性端吸附在岩石表面上，暴露出烃端，从而使岩石表面更加油湿[5-7]。

（三）表面活性物质的影响

表面活性物质对岩石润湿性的影响较上述极性物的影响更为显著。一定量的活性剂在庞大的岩石表面上吸附，会使润湿发生反转。

综上所述，岩石的润湿性是岩石骨架本身矿物的组成与地层中液体组成相互作用的结果。润湿性不是岩石骨架的性质，而是岩石-液体的综合特性[2]。

（四）地层水的组成的影响

研究发现，原油中表面活性组分改变油层润湿性的程度还取决于地层水的化学组成及其pH值大小[8]，地层水中含有的多价阳离子可增强表面活性组分在岩石表面的吸附作用。

地层水的化学组成和pH值在决定润湿性方面是及其重要的，因为它们对岩石与流体界面上的表面电荷有强烈影响，而表面电荷可影响岩石对表面物质的吸附。pH值还可影响地层流体中表面活性有机酸和碱的电离作用，从而改变岩石的润湿性。

（五）原油沥青质的影响

原油沥青质在岩石孔隙表面的吸附被认为是导致油藏岩石润湿性发生改变的一个重要原因。润湿性的改变将对油/水相对渗透率、毛管压力和水驱油效率等特性产生一系列的影响，最终影响油气井的采收率和产量[1，10]。

储层岩石润湿性的改变意味着储层中油、水的分布位置和流动状态将发生变化。根据相对渗透率曲线的变化规律，水湿性减弱将导致储层岩石的油相相对渗透率Kro下降，水相的相对渗透率Krw上升，从而使储层受到不同程度的损害，对油井产能产生不利影响[11]。因此，在原油开采过程中，只有尽量控制沥青质在岩石上的吸附量，才能避免润湿反转的发生。

除了以上4个影响因素外，油层的润湿性还受油层岩石原始含水饱和度、老化时间(油层岩石与流体接触时间)、油层温度和压力等因素的影响[9]。

四、润湿反转性的形成机理

在油气田开发中，润湿反转现象是很普遍的，为了更好的利用润湿反转性提高原油采收率，研究润湿反转的形成机理是至关重要的。

通过大量的文献调研，可知在注水开发的油藏中，润湿反转剂体系主要是通过其吸附能力，提高油藏岩石的亲水性，从而增大注入水自吸所产生的驱动力。润湿反转体系具有低吸附，高活性的特点，可有效提高中性、弱亲水或亲油性毛管孔隙的亲水能力，提高基质岩心系统水驱采出程度[14]。

以上是对润湿反转剂在宏观上的分析。在微观上[12]分析，注入润湿性反转剂之前，原油主要沿孔道壁面流动，注入水占据孔道轴心位置，原油逐渐被注入水驱替出来；随着原油越来越少，附着在孔道壁面的油膜越来越薄，其流动阻力也越来越大，至最后剩余一层油膜附着在岩石壁上驱不出来，一些小孔道中的原油甚至没有被驱动。注入润湿性反转剂后，润湿性反转剂使油水界面张力减小，油膜变薄；而润湿性反转剂在孔道壁上的吸附，使壁面的亲油性逐渐变弱，油膜在壁面上吸附力减小，当驱替力足够大时，油膜就被剥离下来，而小孔道则会由于润湿性的改变而产生自动渗吸，驱替液进入小孔道中将原油驱替出来，剥离和驱替出来的原油在大孔道中流动时，在孔道的轴心处形成油桥，渗流阻力大大降低，如此不断作用，孔道壁面的亲水性变强，残余油逐渐被驱替出来。

润湿反转剂可以是原油中的活性组分，也可以是表面活性剂等物质。例如某油藏的岩石是油湿表面，通过加入合适的表面活性剂，改变岩石表面的润湿性，可以使原油与岩石间的润湿接触角增加，使岩石表面由油湿性向水湿性转变，从而降低油滴在岩石表面的粘附功(如图1 [13]所示)。

五、润湿反转性与驱油效率的关系

驱油效率受许多因素影响，如原油地下粘度、润湿性、岩石孔隙结构和油水界面张力、渗透率与注水孔隙体积倍数等因素[15]。文章着重考虑的是润湿反转