引言

ASP三元复合驱是自20世纪80年代以来发展起来的提高采收率技术，该技术集中表面活性剂、碱、聚合物的优势于一体，并充分发挥三者之间的协同作用，因而无论在室内实验或矿场试验中均能够大幅提高原油采收率^[1-6]。但由于三元复合体系化学组分较为复杂，且其中的碱组分会和储层中大部分矿物发生化学反应，有可能会导致井筒结垢、渗透率降低、润湿性反转、矿物颗粒释放等一系列不利影响，阻碍原油采收率的进一步提高。

有效了解三元复合驱对储层物性特征参数变化的影响是保证三元复合驱获得较高采收率的重要前提，有关此方面的研究前人多集中于对三元复合驱后储层的成垢与防垢机理等方面^[7-18]，对三元复合驱前、后储层物性参数变化规律等方面尚需进一步研究与讨论。为研究三元复合驱影响储层参数的变化规律，利用岩芯驱替实验和原子力显微镜探测^[19-20]等多种室内评价方法，对分别取自三元复合驱前、后岩芯的基础物性参数进行评价与验证，重点研究三元复合驱前、后储层岩芯的润湿性、敏感性、孔隙度和渗透率等物性参数的变化规律，为深化三元复合体系驱油机理相关认识和方案设计提供实验基础。

1 实验部分 1.1 实验材料

三元复合驱前、后岩芯样品，经加工后直径为25 mm，长约5$\sim$7 cm；孔隙度3%$\sim$34%，渗透率0.11$\sim$3 084.00 mD；取自大庆油田某三元复合驱试验区块，取样深度970$\sim$980 m，岩芯样品的埋藏深度和层位均基本一致。

三元复合体系配方为浓度1 650 mg/L聚合物溶液，质量分数为0.3%表面活性剂溶液以及1.2%NaOH溶液。

岩芯相对渗透率测定实验、孔渗性质测定实验以及敏感性实验(除水敏性实验外)注入水均采用矿化度为6 778 mg/L的KCl溶液，与大庆油田该三元复合驱试验区块地层水矿化度相一致。水敏性实验注入水采用KCl溶液，矿化度分别为6 000，4 000，2 000，0 mg/L(即蒸馏水)。

酸敏性实验用酸采用质量分数为15%的HCl溶液；碱敏性实验用碱采用质量分数为15% 的NaOH 溶液。

1.2 实验设备

TY-4型岩芯夹持器、HW-IIIA型双联恒温箱、ZR-3型活塞容器，均由江苏海安华达石油仪器厂生产；2PB00C系列平流泵，北京卫星制造厂生产；2XZ-4型旋片式真空泵，北京中兴伟业仪器有限公司生产；MCGS全中文工业自动化控制组态软件，北京昆仑通态自动化软件科技有限公司；SPM-9600型原子力显微镜，日本京都岛津公司生产；NSG-03型原子力显微镜单臂针尖，弹性系数为0.35$\sim$6.06 N/m，俄罗斯NT-MDT公司生产。

1.3 实验方法

采用中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5345—2007岩石两相相对渗透率非稳态测定方法测定油水相对渗透率曲线，进而对岩芯润湿性进行判断。具体方法是将岩样(已建立束缚水饱和度)用实验用水驱替至10倍孔隙体积，准确记录见水时间、见水时的累积产油量、累积产液量、驱替速度或岩样两端的驱替压差，并根据达西定理测定油相有效渗透率和残余油时的水相渗透率。

岩芯敏感性测定采用中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5358—2002储层敏感性流动实验评价方法。将装有符合规范岩芯的夹持器置于合适温度条件下，在不同敏感性实验所要求的不同变量条件下对岩芯进行驱替，随后进行渗透率的测定与对比，并计算对应的敏感指数，确定敏感性所属的强弱区间。

岩芯孔隙度和渗透率测定采用中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5336—2006岩芯分析方法；将加工完毕的岩芯放入夹持器中并置于恒温条件下，按照规范流程进行岩芯孔隙度和渗透率的测定。岩芯微观孔隙结构采用原子力显微镜进行测定和评价。在保证样品的清洁和直径不变的情况下将岩芯样品加工至厚度为4$\sim$5 mm，再放入原子力显微镜下进行测定和分析。

2 结果与分析 2.1 岩芯润湿性变化分析

润湿性是储层评价中的重要参数，它决定了毛细管力的方向并影响流体运动自由度和束缚水含量，对水驱油藏原油采收率具有很大影响^[21-23]。大量资料表明，大庆油田储层的原始润湿性属于偏亲油的非均匀性润湿性。王传禹等^[24]研究发现，在注水开发时储层润湿性会由偏亲油润湿性向偏亲水润湿性转变。对于采用三元复合驱开发的储层，通过测定三元复合驱后储层相对渗透率曲线，并与三元复合驱前相对渗透率曲线进行对比，分析三元复合驱对储层润湿性的改变程度。为此，对30组三元复合驱后岩芯相对渗透率进行测试，并分别选用3块层位相同相邻井驱前的相对渗透率曲线作为对比，逐段分析所得相渗曲线。

图 1为该某段储层所取的3段岩芯在三元复合驱后相对渗透率曲线。根据相渗曲线形态及油水等渗点位置可知该段储层岩石呈现出水湿性。统计分析全部三元复合驱后相对渗透率曲线发现，目的层中岩芯的相渗曲线均具有水湿的特征，岩石润湿性发生了反转。

造成这种情况的原因是由于三元复合体系中的表面活性剂组分在含油储层颗粒表面产生吸附后，使表面亲油储层颗粒向亲水转换，阻止亲油储层颗粒吸附残余油；同时注入储层的三元复合体系中的表面活性剂和碱可以改变油水界面张力，进而对润湿性产生影响；另外由于碱可以溶解岩石表面的油膜，这些油膜的减少也降低了亲油岩石的表面积^[25]。

2.2 储层敏感性变化特征分析 2.2.1 速敏性质评价

岩芯速敏性是指因流体流速变化引起地层中微粒运移、喉道堵塞而造成储层渗透率下降的现象。若储层存在速敏性，为了解储层中流体流速变化与渗透率改变的关系，则需测定临界流速并评定速敏性程度。

分别选取三元复合驱前、后样品进行对比分析，评价结果见图 2。由图可知驱前样品渗透率随着流体流速增加先缓慢增加而后迅速降低，有渗透率突降的临界点，临界速度在5$\sim$7 m⋅d^-1左右，经评价后确定为属于中等偏弱速敏；而在驱后当流动速度升高时，样品的渗透率趋于稳定并略有提高。

在驱前出现渗透率突降的原因是储层中微粒在大流速作用下脱落形成栓塞造成岩芯孔道被堵塞。而在驱后岩芯渗透率未降低说明驱后岩芯速敏性基本消失。据同期驱后岩芯取样矿物组成分析结果显示，高岭石在黏土矿物中的相对含量下降幅度较大，质量分数由最初的88.4%下降到三元复合驱之后的36.4%，这是造成三元复合驱后岩芯速敏性降低的主要原因。另外由于三元复合体系所造成的孔隙结构改变包括其他黏土矿物溶蚀和绿泥石形成胶结等也是造成速敏性消失的原因之一。

2.2.2 水敏性质评价

岩芯水敏性评价是通过测定不同矿化度下样品渗透率的变化来确定矿化度递减条件下样品渗透率明显下降的临界矿化度。

分别选取三元复合驱前、后天然岩芯，并根据地层水特征配制不同浓度模拟地层水，结果如图 3所示。结果表明，该区块在三元复合驱前地层临界盐度约为2 000 mg/L，为中等偏强水敏；在三元复合驱之后，地层水敏性增强，临界盐度为4 000 mg/L，变为强水敏性。

分析认为这是由于三元复合体系中表面活性剂及聚合物中Na$^+$与地层中阳离子交换，产生沉淀，同时化学剂在岩石表面吸附，改变了储层颗粒的表面性质，产生更亲水的钠型黏土，增加了储层黏土矿物对地层水矿化度的敏感性。

2.2.3 酸敏性质评价

岩芯酸敏性是因酸液与地层中的酸敏性矿物发生反应产生沉淀或释放出可动微粒，使地层渗透率下降的现象。分别选取三元复合驱前、后样品进行酸敏性评价，结果见表 1。根据酸敏性判断指标，表 1中数据表明三元复合驱前储层的酸敏指数在20%$\sim$30%，属于中等偏强酸敏伤害。而驱后的储层样品在注入酸之后岩芯渗透率反而略有上升，说明在三元复合驱后没有造成储层酸敏伤害。

酸敏性储层中孔喉堵塞的主要成分是Fe(OH)$_3$类沉淀物。当pH值较低时，绿泥石类矿物由于一般含Fe$^{2+}$，在氧化条件下可转化为Fe$^{3+}$，故易析出Fe(OH)$_3$类沉淀造成堵塞孔隙。三元复合驱过程中，地层长时间处在碱性条件下，不会生成此类Fe(OH)$_3$沉淀物。同时由于三元复合体系中碱会与地层产生碱垢^[26]，因此在三元复合驱后注入酸可起到酸洗的效果，故会造成相应岩芯渗透率的增加。

2.2.4 碱敏性质评价

碱敏性是由于高pH值流体进入储层后，对储层中黏土矿物和硅质胶结物的结构破坏，从而造成储层堵塞，发生渗透率伤害的现象。

分别取三元复合驱前、后样品进行碱敏性评价，结果见图 4。结果表明，三元复合驱前岩芯渗透率曲线随着pH值增加，呈现为初期较为平缓，随后迅速下降，然后再平缓的变化趋势，碱敏临界pH值大约为9，可确定岩芯碱敏指数为31.6%，属弱碱敏。

三元复合驱后岩芯注入碱液后，渗透率降低程度不太明显。说明经过三元复合驱后，储层碱敏性质程度降低。造成碱敏伤害的主要原因是碱与蒙脱石等黏土矿物表面上的Ca$^{2+}$、Mg$^{2+}$等进行交换，这些离子进入溶液中会生成不溶性沉淀物。而原本覆盖在黏土矿物表面的Ca$^{2+}$转化为沉淀，失去了Ca$^{2+}$ 覆盖的黏土矿物膨胀性增加。另外，碱可在温度较高时与高岭石等矿物反应，生成可堵塞储层喉道的产物造成渗透率降低^[27]。对于三元复合驱后的岩芯，由于驱替液中组分如碱等已与储层岩石发生了相应反应，生成的产物多不与碱发生反应，使得三元复合驱后岩芯对碱伤害的敏感性降低。

2.3 储层孔渗参数变化特征研究 2.3.1 岩芯孔渗参数变化分析

选取三元复合驱前、后岩芯样品进行孔渗相关性对比分析，结果见图 5。结果表明，三元复合驱前孔隙度分布在3%$\sim$33%，大部分岩芯渗透率小于200 mD；三元复合驱后孔隙度分布在15%$\sim$34%，渗透率基本大于200 mD，说明三元复合驱后储层物性明显改善。此外三元复合驱前后孔隙度、渗透率的相关性基本保持一致。

2.3.2 原子力显微镜岩芯微观孔隙结构分析

通过原子力显微镜获取三元复合驱后岩芯二维形貌，扫描范围为10 μm×10 μm，截取部分测试分析结果见图 6。并对岩芯二维形貌进行二值化，结果见图 7。经过二值化处理可较为清楚地分辨孔隙间连通关系，从而对孔隙结构及渗透率的分析提供佐证。

图 7中黑色的部分为岩芯，白色的部分为孔隙及喉道，其孔隙在微观形貌下表现出不规则连通状态。

由图 6和图 7分析可知，岩芯在经过三元复合驱之后孔道明显出现两极分化，存在明显的大孔道，且在少量大孔道里出现填充的细碎砂粒。出现大孔道的原因是三元复合体系中的碱组分所造成的溶蚀。而碱溶蚀同样会产生岩屑，造成孔道的充填，同时部分溶蚀的微粒随注入液体发生运移，堵塞较小的喉道，很多细碎的颗粒堆积形成许多小尺度喉道，最终导致渗透率很低。由此可以认为，三元复合驱会导致溶蚀矿物微粒发生运移，使得部分孔隙喉道因溶蚀而变大，一部分孔隙因微粒沉降而变小，造成孔隙尺度的两极分化。这与岩芯孔渗参数变化分析所得的结果是一致的。

3 结论

(1) 三元复合驱前后储层岩芯的润湿性由偏油湿向水湿转换。产生转换的原因包括各相之间界面张力的改变、各化学剂在岩石上的吸附、碱对岩石表面油膜溶解等。

(2) 三元复合体系对储层敏感性的影响主要表现在驱后储层水敏性增加，而速敏性、酸敏性、碱敏性有所降低。这主要是由于三元复合体系中碱组分与储层矿物发生反应，改变了储层结构与矿物组成，进而影响各类敏感性的变化。

(3) 三元复合驱前后储层物性差别较大且驱替前后孔隙度和渗透率相关性基本保持一致，可以认为是由于三元复合体系中碱的溶蚀作用形成的大孔道以及随之导致的溶蚀矿物生成的微粒发生运移造成部分喉道的堵塞，造成了孔隙尺度的两极分化。