碳酸盐储层润湿性变化

据统计，世界上50%-60%的石油储存于碳酸盐储层。所有储层类型的平均采收率即可采储量占原始储量的35%。然而，已知砂岩储层的采收率要高于碳酸盐储层。为提高碳酸盐储层的采收率，目前正在研究提高碳酸盐储层平均采收率的方法。目前认为润湿性的变化是影响采收率的关键因素。

碳酸盐岩润湿润湿性理论基础

碳酸盐岩是在海洋环境中沉积的沉积岩，多为生物成因。在储层中由于碳酸盐的孔隙率、渗透率和流动机制各不相同，因此很难对其进行表征。碳酸盐储层集中层通常包含裂缝通道，这导致水的快速突破，但从另一角度来说，裂缝通道可以在非均质基质岩石中创造更广泛的连通性。通常对于碳酸盐层采收率并没有很大的需求导致碳酸盐层的采收率很低。

碳酸盐层的特性一般为混合润湿或者是油性润湿。由于上述特性导致了油在盐酸盐层表面粘度很强，从而抑制了水驱等非润湿相注入采油。润湿性与不同相间的接触角和界面张力息息相关。在图1中可以看到，在环绕相为油的固体表面（例如岩石）上滴水。在图1中也可以将不同的润湿性进行区分：<75°水润湿、75°-105°混合润湿、>105°油润湿。

图1 岩石表面水润湿、混合润湿和油润湿

提高碳酸盐储层采油率

润湿性的改变是提高碳酸盐储层采油率的重要因素。影响润湿性变化的因素有原油组成、卤水化学、岩石表面形态、系统温度、压力和饱和度。提高碳酸盐储层采油率的方法可以分为三方面：气体法、化学法和热法。

气体法

注入气体是最为广泛使用的提高碳酸盐储层采油率的方法。注入二氧化碳在成熟碳酸盐层和注水碳酸盐层中均已成功应用。如果二氧化碳是可用的，那么它将是提高碳酸盐层采油率的最可靠的办法。使用二氧化碳的另一个好处是可自发获得二氧化碳并且可储存。无论是二氧化碳提高采油率还是二氧化碳易获得且易储存，二氧化碳-水-岩石三相间的相互作用是十分复杂的。注入的二氧化碳溶解在地层水中生成碳酸，碳酸会与储层发生反应。二氧化碳也可溶解在石油中，从而导致石油和二氧化碳的混合（降低二氧化碳和石油的界面张力），进而提高采油率。

采用二氧化碳面临的挑战是，与水和大多数原油相比，二氧化碳的粘度要低很多。这可能会导致移动问题和不稳定问题。此外，二氧化碳密度低会导致重力的覆盖。将上述两个问题结合起来会导致低体积波及效率，因为储层低渗透部分的石油并没有与二氧化碳接触。其中一种解决方案是使用泡沫增强型的二氧化碳，即表面活性剂溶液与溶解在超临界二氧化碳中的二氧化碳或表面活性剂交替注入储层。这些水-二氧化碳乳液形成了一种更为粘稠的注入介质，从而解决了二氧化碳注入相关的流动性问题。目前的挑战是开发一种能够在高温下稳定的适用于二氧化碳-水界面的表面活性剂。二氧化碳-水界面的界面张力是活性剂开发过程中的重要参数。

化学法

化学方法包括注入不同类型的表面活性剂、聚合物和地矿化度水。注入化学物质以提高流动性、降低界面张力或者改变储层的润湿性。注入聚合物是目前提高碳酸盐储层采油率的唯一行之有效的化学方法。在注水的过程中加入聚合物会增加水的粘度，降低注水的流动性，提高了清扫效率。

不同类型的表面活性剂的注入是提高碳酸盐储层采油率的有效手段。表面活性剂既能降低界面张力，又能通过吸附改变岩石的润湿性。表面活性剂研究的一个特殊分支是利用纳米颗粒或纳米流体作为提高采油率的助剂。纳米颗粒制剂的优点是在低浓度下是具有活性的，可以穿透最小的孔隙。然而，这种配方的效率受到多种因素的影响，例如纳米颗粒的大小和类型等。

另一种目前广泛研究的方法是低盐度或智能注水。与砂岩储层相比，碳酸盐储层在低盐度方面的研究较少。研究表明，碳酸盐储层的卤水组成和一定程度降低盐度有利于提高采油效率。低盐注入改变碳酸盐储层润湿性的机理尚不清楚，目前正在积极深入的研究机理。

热法

热法包括蒸汽驱动、蒸汽吞吐和原位燃烧等技术。热法主要用于降低油品的粘度，但与此同时，碳酸盐储层的润湿性会发生变化，变得更加亲水。润湿性改变的主要机理为：增加吸附材料在表面的溶解度，降低水-油、水-储层表面的界面张力。在碳酸盐储层中，热法提高采油效率的方法并不是很普遍。碳酸盐储层的裂缝会导致热波及不均匀，进而降低采油效率。高压注入空气的方法在生产中已经进行了试验，这些试验将决定热法在碳酸盐储层中提高采油效率的应用前景。

结论

由于地球上大部分石油保存在底层中的碳酸盐储层中，因此碳酸盐油藏在世界石油生产中的地位稳固攀升。同时碳酸盐的第一次和第二次采油率都较低，因此需要采用一些方法来提高采油率。提高采油率的主要机理是降低界面张力和改变储层的润湿性。因此，本文结合所选择的提高采油率的方法，对油藏条件下的这些现象进行了充分的研究。