付美龙 （湖北省油气钻采工程重点实验室；长江大学石油工程学院，湖北 武汉430100）

周玉霞 （长江大学石油工程学院，湖北 武汉430100）

低渗油田开发在我国石油工业持续发展中的作用越来越重要，低渗油田开发的科学研究、技术攻关和现场试验都列入了国家重点和几大石油集团公司的重大项目，提高低渗油藏的采收率尤为迫切[1]。油藏采收率的高低和岩石润湿性密切相关，如果油藏岩石是水湿的，通过自然渗析作用油藏的采收率就能得到改进。20世纪50年代，一些学者提出了注入化学剂改变油藏岩石润湿性提高采收率的基本观点，有关经济、高效化学剂研制及其对岩石润湿性改变的机理研究一直备受关注[2，3]。

储层岩石的润湿性与原油、岩石性质与组成、地层水特性及pH值、地层环境条件等有关，即岩石所处条件不同，其润湿性不同，油藏润湿性改变机理也呈现多重性变化。文献表明[4]，岩石润湿性的改变主要包括以下机理：①极性交互作用，主要是极性有机分子的吸附作用。②表面沉淀作用。原油中的沥青质、胶质在岩石表面形成沉淀，改变岩石润湿性。③酸基交互作用，它通过控制岩石表面界面电荷，影响水膜的亲和性，进而影响极性作用与吸附行为，改变岩石润湿性。④离子结合作用，主要是盐水中的多价离子。大部分试验证实了岩石的润湿性与原油采收率有着密切的联系，但是润湿性改变提高采收率的机理和主控因素还缺乏强有力的理论支持。笔者在广泛调研的基础上，讨论了影响润湿性改变的因素，分析了润湿性的改变使采收率提高的机理，并指出利用表面活性剂驱提高低渗油藏原油采收率意义重大。

1 润湿性改变的影响因素

1.1 内在因素

1.1.1 岩石矿物组成

油藏岩石矿物成分不同，其表面的荷电性、酸碱性及表面基团的极性不同，其吸附离子的性质和吸附离子的能力就不同。当它们与周围环境中的各种无机离子或分子接触时，形成不同形态的络合物和配合物，矿物表面的络合物和配合物的稳定性和存在形态因矿物类型不同而表现出较大的差异，这样就导致了不同类型的矿物表现出不同的润湿性[5]。

1.1.2 原油成分

原油的组分非常复杂，影响岩石润湿性的物质有：原油中的极性化合物、非极性的烃类、原油的酸值。传统观点认为，原油中的胶质和沥青质在岩石表面的吸附是使岩石的润湿性变化的主要原因。王业飞等[6]用漫反射红外光谱分析了沥青质甲苯溶液处理前后石英粉表面化学性质的变化，由此推断出了沥青质改变石英表面润湿性的机理，认为沥青质聚集体在石英片表面的吸附和沉积是使石英片表面由亲水向亲油方向转变的原因之一，石英片表面水膜不能阻止但能减少沥青质在石英片表面的吸附；彭钰等[7]认为水膜不稳定破裂是引起润湿性改变的关键环节，只有当水膜的稳定性被破坏时，矿物才能与原油中的胶质和沥青质作用使油藏油湿。

进一步的研究表明，原油中酸性物质的含量是影响润湿性改变的关键因素，而与胶质沥青质含量关系不大。通过试验对比发现了用高酸值低胶质沥青质含量的原油饱和岩心后表现出强的亲油性[8]。在原油开采过程中，应采取相应的措施避免沥青质在岩石表面的吸附，阻碍润湿反转的发生。

1.1.3 地层水的组成和pH值

地层水的离子组成、浓度和pH值大小影响着油藏润湿性的改变程度，这些因素影响着岩石－流体界面上的表面电荷分布，而表面电荷是影响极性物质在岩石表面吸附的主要因素。Rezaei Gomar等[9]试验研究表明，组分中的Mg2＋或SO影响岩石表面的润湿性：当pH＞7时，加入Mg2＋会使体系的亲水性增强，而加入SO会使体系的亲油性增强；当pH＜7时，加入Mg2＋或SO固体表面的润湿性由亲油变为亲水，Na＋在pH值增大的过程中会使固体表面的亲水性增强。

1.2 外界因素

1.2.1 温度的影响

研究表明，温度影响着岩石表面的润湿性[10，11]。Roosta应用玻璃微模型研究温度对岩石表面润湿性影响，在温度升高时，方解石、石英等表面沉淀的有机组成物质通过解吸附，使岩石表面恢复到原始水湿状态。但至今温度引发的润湿性改变的机理仍有待进一步的研究确定。

1.2.2 老化时间的影响

为了研究老化时间对润湿性的影响，Roosta、Kerman将矿物在原油中浸泡不同的时间，并测量其接触角的变化。试验结果表明，随老化时间的增加，矿物的油湿性逐渐增加。即矿物在原油中老化，其油湿性增强。

此外，油藏岩石润湿性的改变还受试验方法、油藏束缚水饱和度、岩石矿物表面的粗糙度、水驱和化学驱流体的性质及注入速度等因素的影响。总之，油藏岩石的润湿性是岩石与地层流体相互作用的结果，是地层－流体的综合特性。研究油藏润湿性的改变机理，对提高原油采收率意义重大。

2 润湿性改变提高原油采收率的机理

油藏岩石的润湿性决定了储层中油、水相对分布情况及毛细管力的大小和方向，并影响油、水相对渗透率，对采收率具有重要影响[12～14]。因此，开展了不同润湿性条件下低渗岩心流动试验以及对不同润湿性条件下油水相渗曲线的分布特征进行了分析。

2.1 润湿性改变程度对提高原油采收率的影响

选择具有不同润湿性的低渗岩心，考察不同润湿性岩心对采收率的影响。试验中所用岩心的基本参数见表1，不同润湿性岩心驱油试验结果见表2。

表1 试验用岩心的基础数据

表2 不同润湿性岩心的水驱采收率

从表1、表2中可以看出：不同润湿类型低渗岩心的采收率是有差别的，其中中性润湿的采收率最高，强水湿岩心其次，强油湿岩心最低。当油藏为中性润湿时，对提高原油采收率最有利。

图1为不同润湿性低渗岩心采收率对比，可以看到，中等润湿条件下最终采收率最高，亲水的油藏也有利于水驱采收率的提高，但其幅度不如中性润湿油藏大。这种趋势可以解释如下：在亲水低渗岩心中，毛细管力是驱油的动力，但因黏土吸水膨胀，产生的贾敏效应阻碍了原油在孔隙中流动，相对中性润湿岩心，其采收率不高；在中性润湿岩心中，由于产生的贾敏效应不显著，此外由于润湿滞后，毛细管力降低，水在孔隙中处于动力学稳定状态，提高了注入水的波及系数，从而提高了采收率；在低渗油湿性岩心中，毛细管力是驱油的阻力，同时又由于低渗油藏复杂的孔隙结构中的油水界面产生的毛细管力使得渗流阻力方向混乱，而且油膜影响着最终采收率，使得水驱采收率相对较低。因此，强亲油低渗油藏在开采过程中不要过多地采取水驱方法开采。

2.2 润湿性的改变对油水相对渗透率曲线的影响

图2为两组润湿性不同的岩心的相对渗透率曲线：①随着岩心由亲油向亲水方向转化，油水相渗曲线右移，残余油饱和度下降，可动油饱和度范围明显增加。如SWC1－c11、SWC1－c12两块岩心，由于润湿性由亲油向亲水方向的变化，残余油饱和度由原来的0.4变为0.3，下降了25%，油、水两相共渗区范围明显扩大，采出程度提高；②随着岩心由亲油向亲水转化，油相相对渗透率逐渐增高。如SWC1－b11、SWC1－b12两块岩心，当含水饱和度为50%，由于润湿性的改变，亲水岩石的油相渗透率上升了50%左右。总趋势可以作如下解释：岩石润湿性不同，油水在孔隙结构中的分布规律不同。在亲水岩石中，水通常分布于细小孔隙和岩石壁面处，对油的渗流妨碍较小；而在亲油岩石中，水以液滴形式分布在大孔道中，由于孔隙结构的复杂性，水滴流动到孔道窄口时便遇阻，产生贾敏效应，阻碍油相的渗流，使油相的相对渗透率降低。岩石润湿性发生变化，油水在岩石中的分布发生了变化，油水相对渗透率因此发生变化，油藏的开发效果得到改善。

图1 不同润湿性岩心采收率与注入孔隙体积倍数的关系

图2 润湿性对相对渗透率 （Kr）的影响

3 改变润湿性提高采收率举措

目前油田主要在注入水中加入表面活性剂改变油藏岩石的润湿性，表面活性剂主要有阴离子、阳离子和非离子表面活性剂。现对3种表面活性剂进行评价，找到其各自的优劣。阴离子和非离子表面活性剂通过离子或极性基团吸附在固体表面，表面活性剂分子的单层膜覆盖在岩石表面上吸附原油中的极性物质，并且表面活性剂分子的亲水基指向水相，而使岩石表面变为水湿。阴离子表面活性剂并不会使极性分子彻底脱附固体表面，这一过程是可逆的，容易脱附而失效，但其所需要的浓度相对阳离子表面活性剂要低。阳离子表面活性剂主要通过吸附作用吸附在带负电的固体表面来改变润湿性，通过吸附作用，使得水相渗透率降低，油相渗透率增大，使孔隙中的残余油聚集并脱离岩石表面，起到了选择性堵水的作用[15]。阳离子表面活性剂也可以与原油中带负电的羧基作用，使其脱离岩石表面，溶于胶束中，这就要求阳离子表面活性剂有较高的临界胶束浓度。阳离子作用机制较为简单，但经济上价格较高且存在环境污染问题。目前，很多学者着力于表面活性剂的研究，通过调节润湿性来提高采油效率。

此外，现场还使用海水驱、低矿化度水驱、分子沉积膜 （MD膜）驱、CO2驱以及微生物法等改变油藏岩石的润湿性以提高原油采收率。因此，研究油藏开发过程中润湿性改变对采收率的贡献具有深远意义。

4 结 论

1）深入研究岩石的矿物成分、原油的性质、地层水的性质、pH值、温度对岩石润湿性的影响以及润湿性的改变对提高原油采收率的影响，对今后判断油藏的润湿类型和分析水驱开发效果具有重要意义。

2）改变润湿性可以改善油、水在油藏岩石中的分布和相对渗透率，但是目前没有一种行之有效的方法将碳酸盐油藏润湿性控制在一个合理的润湿范围内，油藏润湿性的改变还需要深入的理论研究和现场试验以尽快满足实际生产的需要。

3）改变低渗油藏润湿性是提高油藏原油采收率的一个较可行的方法，因此，寻找廉价、高效的表面活性剂可能成为今后工作的重点。

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