高含水期微觀剩余油賦存規(guī)律
——以大港油田小集區(qū)塊和港西區(qū)塊為例

李宜強(qiáng)，張津，潘登，燕云，劉明熹，曹涵，高文彬

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國(guó)石油 大港油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300280）

在油田開(kāi)采中，確定剩余油分布規(guī)律并準(zhǔn)確計(jì)算剩余油含量，對(duì)于油田的二次開(kāi)發(fā)具有重要意義[1]。對(duì)于大多數(shù)已經(jīng)開(kāi)采的油田而言，長(zhǎng)期的注水開(kāi)采使得油田進(jìn)入高含水階段[2]，油井只出水不出油，但油田內(nèi)仍存在大量剩余油[3-5]，明確剩余油的分布規(guī)律以及儲(chǔ)量，是油田開(kāi)發(fā)后期綜合調(diào)整、針對(duì)性挖掘的前提[6-7]，因此，亟需開(kāi)展微觀剩余油分布規(guī)律研究，為水驅(qū)后的化學(xué)驅(qū)提供依據(jù)。

隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)儀器的發(fā)展，研究微觀剩余油的方法較多。國(guó)外的剩余油研究多使用巖心分析、油氣示蹤劑測(cè)試、油藏?cái)?shù)值模擬等宏觀方法[8]，對(duì)微觀剩余油的研究較少。中國(guó)的微觀剩余油研究主要利用含油薄片技術(shù)、巖心仿真模型技術(shù)、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模擬法、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)等[9]，其中，含油薄片技術(shù)和巖心仿真模型技術(shù)的實(shí)驗(yàn)成本較高，隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模擬法和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的誤差較大，因此，需要實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度高、成本低的新方法。

現(xiàn)有的新方法包括核磁共振技術(shù)、冷凍制片熒光顯微鏡技術(shù)和激光共聚焦掃描顯微鏡技術(shù)。其中，冷凍制片熒光顯微鏡技術(shù)因?yàn)檎`差較小、成本較低而在剩余油識(shí)別方法中占重要地位。以往的定量過(guò)程多通過(guò)人工經(jīng)驗(yàn)判別圖像，工作量很大。因此，筆者綜合冷凍制片熒光顯微鏡技術(shù)和圖像識(shí)別處理方法，利用紫外熒光體視顯微鏡，對(duì)大港油田小集區(qū)塊和港西區(qū)塊不同驅(qū)替介質(zhì)、不同巖性的巖心進(jìn)行測(cè)試，明確剩余油分布規(guī)律，為后期的剩余油挖潛提供依據(jù)。

1 紫外熒光體視顯微鏡觀測(cè)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

紫外熒光體視顯微鏡觀測(cè)方法是指應(yīng)用冷凍制片技術(shù)，在低溫環(huán)境下對(duì)巖心樣品進(jìn)行切割和研磨，以確保巖石內(nèi)部的油水分布狀態(tài)不會(huì)遭到破壞，然后用熒光顯微鏡識(shí)別油水邊界，通過(guò)圖像處理分析，得到剩余油含量和剩余油賦存狀態(tài)。其中，所使用的冷凍制片相對(duì)于普通巖石薄片來(lái)說(shuō)，消除了一般巖石薄片過(guò)厚、無(wú)法實(shí)現(xiàn)單層觀測(cè)等弊端，能更清楚地觀察孔隙結(jié)構(gòu)和油水關(guān)系[10-11]。

實(shí)驗(yàn)儀器包括一臺(tái)彩色攝像機(jī)（Sony-A7S2）和一臺(tái)Axioplan體視顯微鏡（圖1a），放大倍數(shù)為4～150倍，觀測(cè)大小為微米級(jí)。

普通顯微鏡下觀測(cè)的巖石薄片只能區(qū)分巖石與非巖石，對(duì)于油、水不能準(zhǔn)確區(qū)分，顆粒邊緣不清晰，原油各組分無(wú)法區(qū)分。但采用紫外熒光體視顯微鏡拍攝的巖石薄片的紫外熒光圖像，能夠清晰看到油水界面，準(zhǔn)確區(qū)分微觀剩余油各種賦存狀態(tài)。紫外熒光體視顯微鏡能夠區(qū)分油、水和巖石的原理為[5，12]：原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等成分在紫外熒光下發(fā)出黃色、黃綠色、土黃色或褐色熒光；水相中的溶解物質(zhì)，如少量芳香烴等在紫外熒光下發(fā)出微弱藍(lán)色熒光，根據(jù)水相成分及礦化度差異，呈現(xiàn)深淺不同的藍(lán)色；巖石在紫外熒光的照射下不會(huì)發(fā)光，也不會(huì)激發(fā)出其他顏色，因此與水相和油相很容易區(qū)分。利用此原理，通過(guò)觀察發(fā)光部位即可辨別油、水和巖石，如圖1b 中為大港羊11-16-1 井深度1 488.87 m 的巖石薄片圖像，藍(lán)色部分為水相，黃色及黃褐色為油相，黑色及深灰色為巖石顆粒。

圖1 體視顯微鏡（a）及觀測(cè)巖石薄片圖像（b）Fig.1.(a)Stereo microscope and(b)observed image of rock slice

1.2 剩余油賦存狀態(tài)分類

微觀剩余油在儲(chǔ)集層中賦存狀態(tài)多種多樣[13]，根據(jù)其流動(dòng)性，可分為3 大類[14-15]：束縛態(tài)剩余油、半束縛態(tài)剩余油和自由態(tài)剩余油（圖2）。

圖2 剩余油賦存狀態(tài)示意Fig.2.Schematic diagram of remaining oil occurrences

（1）束縛態(tài)剩余油 主要分布在巖石孔喉的親油壁面上，包含孔表薄膜狀剩余油和狹縫狀剩余油。形成原因是水驅(qū)過(guò)程中，長(zhǎng)期水驅(qū)使得孔喉形成了優(yōu)勢(shì)通道，此時(shí)水對(duì)壁面的剪切力降低，并且由于巖石親油，剩余油附著在壁面上，形成束縛態(tài)剩余油?？妆肀∧钍Ｓ嘤托纬捎诳缀肀诿嫔?，呈狹長(zhǎng)狀，孔隙數(shù)大于1，常用的啟動(dòng)機(jī)制為改善巖石的潤(rùn)濕性和乳化攜帶；狹縫狀剩余油形成于狹縫的壁面上，顆粒數(shù)等于1，啟動(dòng)機(jī)制為改善巖石的潤(rùn)濕性。

（2）半束縛態(tài)剩余油 分布在孔隙不連通區(qū)域或復(fù)雜空間的隱蔽角落處，主要為角隅狀剩余油。多為水驅(qū)無(wú)法觸及、復(fù)雜細(xì)小孔喉等區(qū)域滯留的剩余油，其形態(tài)主要為三角形或圓形，孔隙數(shù)為1，因此，啟動(dòng)機(jī)制為垂向應(yīng)力法和乳化攜帶。

（3）自由態(tài)剩余油 主要分布在被大孔喉包圍的小孔喉中，由簇狀剩余油和粒間吸附狀剩余油組成。簇狀剩余油的相連顆粒數(shù)不小于4，被四周的顆粒所包圍；粒間吸附狀剩余油相連顆粒數(shù)不大于3，通常集中在相鄰顆粒所形成的夾縫中。多使用控制流體注入流度和降低巖石界面張力開(kāi)采該類剩余油。

1.3 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)主要包括以下幾個(gè)步驟：①鉆樣切片，使用液氮冷凍鉆樣，用冷凍制片技術(shù)切片，然后進(jìn)行膠固、磨制巖石薄片等工作；②巖石薄片觀察，在紫外熒光體視顯微鏡下對(duì)巖石薄片進(jìn)行觀察，拍攝紫外熒光圖像，每個(gè)巖石薄片的紫外熒光圖像不少于8 張；③數(shù)據(jù)處理，對(duì)紫外熒光圖像進(jìn)行分析。

2 微觀剩余油量化方法

2.1 不同級(jí)別剩余油量化方法

在以往的紫外熒光圖像分析中，只能識(shí)別出油、水和巖石，無(wú)法進(jìn)一步對(duì)微觀剩余油賦存狀態(tài)進(jìn)行分類。在紫外熒光圖像中，因?yàn)轵?qū)替液的波及程度不同，剩余油熒光特性不同，不同波及程度下熒光強(qiáng)度和顏色會(huì)有所差異[16-17]，表現(xiàn)為顏色深淺不同。顏色較深表明剩余油含量較高，驅(qū)替液很少或者幾乎沒(méi)有波及到該區(qū)域，對(duì)應(yīng)的熒光特性為能量較高，屬于弱波及剩余油；顏色較淺表明剩余油含量較低，驅(qū)替液主要波及該區(qū)域但仍有滯留的剩余油，熒光特性為能量低，屬于強(qiáng)波及剩余油（圖3a）。因此，按照熒光強(qiáng)度和顏色，將剩余油分為強(qiáng)波及、中波及和弱波及3個(gè)級(jí)別[18]。在熒光照射下，剩余油的電子發(fā)生躍遷，形成相應(yīng)波長(zhǎng)的激發(fā)光，激發(fā)光波長(zhǎng)越短，能量越高，顏色越接近紅褐色，對(duì)應(yīng)的剩余油含量越高。對(duì)港西9-9-10 井深度為1 113.45 m 的取心巖心進(jìn)行紫外熒光圖像處理，發(fā)出波長(zhǎng)為570～660 nm 激發(fā)光的剩余油區(qū)域劃分為弱波及剩余油，660～730 nm對(duì)應(yīng)著中波及剩余油，730～820 nm 對(duì)應(yīng)著強(qiáng)波及剩余油（圖3b）。

圖3 紫外熒光圖像（a）和剩余油級(jí)別（b）Fig.3.(a)Ultraviolet fluorescence image and(b)levels of remaining oil

2.2 不同賦存狀態(tài)剩余油量化方法

進(jìn)一步在剩余油級(jí)別圖像上對(duì)剩余油賦存狀態(tài)進(jìn)行分類，依據(jù)剩余油形狀、剩余油與孔隙和顆粒的接觸關(guān)系來(lái)確定其賦存狀態(tài)。粒間吸附狀剩余油一般存在于顆粒內(nèi)部，喉道狀剩余油存在于巖石的喉道中，二者難以識(shí)別，且不易采出，因此，僅識(shí)別孔表薄膜狀剩余油、狹縫狀剩余油、角隅狀剩余油、簇狀剩余油和粒間吸附狀剩余油。對(duì)小新14-19 井深度為2 987.60 m 的巖心用紫外熒光體視顯微鏡進(jìn)行測(cè)試，將不同剩余油賦存狀態(tài)用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)注，可以將不同賦存狀態(tài)的剩余油直觀地呈現(xiàn)在圖像中（圖4）。

將圖4 中相同賦存狀態(tài)剩余油的像素?cái)?shù)量按照相對(duì)比例進(jìn)行計(jì)算，可以得到不同波及程度和不同賦存狀態(tài)剩余油的相對(duì)含量。按照級(jí)別分類，強(qiáng)波及剩余油占51.00%，中波及剩余油占8.35%，弱波及剩余油占40.65%（圖5）。

圖4 不同賦存狀態(tài)剩余油分布Fig.4.Distribution of the remaining oil in different occurrence states

圖5 不同賦存狀態(tài)剩余油占比Fig.5.Percentages of the remaining oil in different occurrence states

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

大港油田經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的水驅(qū)開(kāi)發(fā)后，出現(xiàn)了水驅(qū)采收率低和含水率高的現(xiàn)象。在使用化學(xué)驅(qū)后，含水率有小幅度下降，但持續(xù)一段時(shí)間后又進(jìn)入高含水階段。為了探究不同驅(qū)替液以及不同巖性下的剩余油賦存狀態(tài)，選取小集區(qū)塊和港西區(qū)塊共20 塊巖心，對(duì)不同賦存狀態(tài)剩余油進(jìn)行識(shí)別。

3.1 水驅(qū)后高含水階段剩余油賦存狀態(tài)

大港油田小集區(qū)塊灰色粗砂巖樣品來(lái)自小新14-19井深度為2 987.78 m 的巖心，開(kāi)采方式為水驅(qū)。對(duì)該巖心的巖石薄片紫外熒光圖像進(jìn)行量化處理，得到不同賦存狀態(tài)剩余油含量（表1）和剩余油分布（圖6a，圖6b）。

圖6 小集區(qū)塊和港西區(qū)塊不同巖性不同賦存狀態(tài)剩余油分布Fig.6.Distribution of the remaining oil in different lithologies and different occurrence states in Xiaoji block and Gangxi block

水驅(qū)后剩余油含量為38.39%（表1），其中，簇狀剩余油含量為22.06%，占總剩余油的57.46%，孔表薄膜狀剩余油次之，為10.31%，占總剩余油的26.86%。簇狀剩余油是高含水階段油藏開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)對(duì)象。

表1 小集區(qū)塊和港西區(qū)塊不同巖性不同賦存狀態(tài)剩余油含量 %Table 1.Remaining oil contents in different lithologies and different occurrence states in Xiaoji block and Gangxi block %

按波及程度來(lái)看，弱波及、中波及和強(qiáng)波及剩余油含量分別為19.58%、3.20%和15.61%，弱波及剩余油相對(duì)含量為51.00%，強(qiáng)波及剩余油相對(duì)含量為40.66%。無(wú)論是弱波及還是強(qiáng)波及剩余油，簇狀剩余油含量均遠(yuǎn)高于其他賦存狀態(tài)剩余油?？紤]到簇狀剩余油是由于驅(qū)替液繞流后形成的，表明隨著水驅(qū)的進(jìn)行，孔隙內(nèi)油水的接觸關(guān)系更加復(fù)雜，這種復(fù)雜的接觸關(guān)系也加劇了驅(qū)替液均勻推進(jìn)的難度。因此，如何均衡驅(qū)替錯(cuò)綜復(fù)雜的孔隙網(wǎng)絡(luò)和縮小日趨復(fù)雜的阻力差異，是高含水老油田提高采收率的關(guān)鍵。

3.2 聚/表復(fù)合驅(qū)后剩余油賦存狀態(tài)

大港油田港西區(qū)塊細(xì)砂巖樣品來(lái)自西9-9-10 井深度為1 101.87 m 的巖心，開(kāi)采方式為聚/表復(fù)合驅(qū)。對(duì)該巖心的巖石薄片紫外熒光圖像進(jìn)行量化處理，得到不同賦存狀態(tài)剩余油含量（表1）和剩余油分布（圖6c，圖6d）。

聚/表復(fù)合驅(qū)后剩余油含量為21.90%（表1），其中，簇狀剩余油含量為12.60%，占總剩余油的57.53%，其次為孔表薄膜狀剩余油，為6.82%，占總剩余油的88.68%。

按波及程度來(lái)看，弱波及、中波及和強(qiáng)波及剩余油含量分別為0.68%、0.62%和20.60%，弱波及剩余油相對(duì)含量為3.11%，強(qiáng)波及剩余油相對(duì)含量為94.06%。與水驅(qū)后剩余油分布相比，弱波及剩余油含量明顯降低，說(shuō)明聚/表復(fù)合驅(qū)可明顯降低弱波及剩余油含量，使其轉(zhuǎn)換為強(qiáng)波及剩余油，提高了驅(qū)油效率。另一方面，相比水驅(qū)后，聚/表復(fù)合驅(qū)后的簇狀剩余油和孔表薄膜狀剩余油含量有所降低，但孔表薄膜狀剩余油相對(duì)含量從26.86%增加到31.14%。因此，如何驅(qū)替強(qiáng)波及下的簇狀剩余油和孔表薄膜狀剩余油是提高聚/表復(fù)合驅(qū)后采收率的關(guān)鍵，而簇狀剩余油和孔表薄膜狀剩余油多使用改善潤(rùn)濕性的方法，所以后續(xù)應(yīng)采用聚表劑改善巖石的潤(rùn)濕性。

3.3 不同巖性的剩余油賦存狀態(tài)

大港油田港西區(qū)塊含砂底礫巖樣品來(lái)自西9-9-10 井深度為1 113.77 m 的巖心，開(kāi)采方式為聚/表復(fù)合驅(qū)，含油飽和度為21.54%。用紫外熒光體視顯微鏡觀測(cè)技術(shù)對(duì)巖石薄片進(jìn)行處理，觀察其剩余油分布（圖6e，圖6f）。

聚/表復(fù)合驅(qū)后剩余油含量為21.54%（表1），其中，簇狀剩余油含量為12.82%，占總剩余油的59.52%，其次為孔表薄膜狀剩余油，占總剩余油的21.54%。

按波及程度來(lái)看，弱波及、中波及和強(qiáng)波及剩余油含量分別為2.48%、1.56%和17.50%，弱波及剩余油相對(duì)含量為11.51%，強(qiáng)波及剩余油相對(duì)含量為81.24%。

相比于港西區(qū)塊砂巖油藏，礫巖油藏聚/表復(fù)合驅(qū)后弱波及剩余油含量增大，原因是砂巖分選好，巖石內(nèi)部顆粒排列均勻，驅(qū)替液流度高，波及體積大；而礫巖分選較差，巖石內(nèi)部顆粒排列復(fù)雜多樣，具有復(fù)模態(tài)結(jié)構(gòu)。因此，巖石的分選越好，強(qiáng)波及剩余油含量越高；分選越差，弱波及剩余油含量越高。另外，礫巖顆粒排列復(fù)雜，大礫石的存在使得簇狀和粒間吸附狀剩余油含量增加，而孔表薄膜狀剩余油含量下降。這表明顆粒的分選對(duì)束縛態(tài)剩余油和自由態(tài)剩余油含量有影響，分選越好，束縛態(tài)剩余油含量越高，自由態(tài)剩余油含量越低。所以對(duì)于不同的巖性，礫巖的開(kāi)采要更關(guān)注自由態(tài)剩余油含量，采用控制注入流體的流度來(lái)開(kāi)采。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)紫外熒光體視顯微鏡觀測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高含水巖心的微觀剩余油定量分析，可將剩余油劃分為弱波及、中波及和強(qiáng)波及3 個(gè)級(jí)別，利用圖像處理技術(shù)可進(jìn)一步將剩余油賦存狀態(tài)劃分為簇狀、粒間吸附狀、角隅狀、狹縫狀和孔表薄膜狀。

（2）通過(guò)紫外熒光體視顯微鏡觀測(cè)技術(shù)分析大港油田巖心，水驅(qū)進(jìn)入高含水階段后，剩余油賦存狀態(tài)以簇狀剩余油為主，相對(duì)含量超過(guò)50.00%，微觀剩余油含量從大到小依次為：簇狀、孔表薄膜狀、角隅狀、粒間吸附狀和狹縫狀。

（3）對(duì)聚/表復(fù)合驅(qū)后的砂巖巖心用紫外熒光薄片技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，大量弱波及剩余油被轉(zhuǎn)換為強(qiáng)波及剩余油；開(kāi)采的剩余油多為簇狀剩余油和孔表薄膜狀剩余油，但這2 種剩余油占比仍較多，后續(xù)應(yīng)考慮改善巖石的潤(rùn)濕性方法開(kāi)采，如使用聚表劑驅(qū)。

（4）用紫外熒光薄片技術(shù)對(duì)礫巖巖心進(jìn)行測(cè)試，礫石的存在使孔隙結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，加劇了剩余油分布的不均勻程度，與砂巖相比，礫巖巖心的弱波及剩余油含量較高，簇狀剩余油和粒間吸附狀剩余油含量較高，后續(xù)應(yīng)考慮采用控制流度的方法來(lái)開(kāi)采，如使用聚合物梯次降黏方法開(kāi)采。