張翔宇

(中油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院, 盤錦 124010)

開發(fā)后期油藏精細(xì)剩余油分布研究的主要內(nèi)容為剩余油分類、發(fā)育規(guī)律解析、剩余油成因和分布模式,剩余油分布規(guī)律,研究關(guān)鍵在于影響因素的分析[1]。前人的研究集中在宏觀剩余油分布影響因素探討,對于開發(fā)后期油藏的微觀剩余油分布影響因素分析較少且多分析不同儲層巖石相的儲層微觀剩余油分布規(guī)律[2-6]。鑒于油品性質(zhì)的特殊性,首次利用電子計算機斷層掃描(computed tomography,CT)技術(shù),恢復(fù)油藏微觀結(jié)構(gòu),分析不同含蠟量及不同的驅(qū)替程度對高凝油油藏的微觀剩余油分布影響,從而揭示此類油藏在開發(fā)后期微觀剩余油分布變化規(guī)律。

1 研究區(qū)概況

S84-A12塊為遼河油田高凝油主力區(qū)塊,位于沈陽采油廠大民屯凹陷靜安堡構(gòu)造帶南部,為斷鼻狀半背斜構(gòu)造[7]。整體含油面積為12.7 km2,動用石油地質(zhì)儲量為4 434×104t,主力含油層位為沙三3、沙三4油層。油層埋深1 275～2 375 m,地層溫度為71 ℃,油藏類型屬于構(gòu)造-巖性油藏。研究區(qū)主要原油類型為高凝油,分布于全部含油面積以內(nèi),地面高凝油性質(zhì)主要為高凝固點、高含蠟量,凝固點約47 ℃,含蠟量約36%,析蠟點58 ℃。本塊高凝油膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量約13%左右,含量較低。隨溫度升高,高凝油黏度迅速下降,高于析蠟點溫度后油品，與普通稀油近似。

經(jīng)過近30 a的開發(fā),目前該區(qū)塊采出程度為27.6%,可采儲量采出程度為88.6%,綜合含水高達94.7%。隨著該區(qū)塊全面進入高含水期,注水開發(fā)效果越來越差,因此在研究區(qū)開展化學(xué)驅(qū)先導(dǎo)試驗,但是由于高凝油的含蠟量較高,液體流變特性認(rèn)識不足,長期注水開發(fā)對油藏造成冷傷害[8-10],蠟晶粒析出改變了油藏孔喉結(jié)構(gòu)從而影響其剩余油分布,因此應(yīng)針對不同驅(qū)替介質(zhì)下微觀孔喉結(jié)構(gòu)及剩余油分布變化進行研究,為制訂高凝油油藏后續(xù)調(diào)整方案提供依據(jù)。

2 含蠟巖心原始微觀孔隙表征

研究區(qū)沉積類型為扇三角洲前緣沉積[11],剩余油分布優(yōu)勢相為辮狀分流河道,因此樣品選取位于辮狀分流河道相的S檢5井進行原始微觀孔隙研究。通過CT數(shù)字巖心微米級建模、形態(tài)學(xué)微觀孔隙特征提取及形態(tài)參數(shù)統(tǒng)計等方法實現(xiàn)微觀孔隙結(jié)構(gòu)三維可視化及定量描述。在該理論基礎(chǔ)上,通過溫控CT實驗完成對高凝油油藏微觀孔隙含蠟進行三維表征,并對不同溫度下蠟的含蠟及三維賦存狀態(tài)進行研究。選取樣品利用重構(gòu)CT數(shù)據(jù)方法[12],求得含蠟巖心原始孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(表1)。

表1 CT數(shù)據(jù)參數(shù)Table 1 CT data parameters

利用專業(yè)CT三維建模軟件掃描巖心同時進行數(shù)字化,將巖心孔隙和喉道進行分割,建立微觀孔隙體積連通模型(圖1)及孔喉關(guān)系球棍模型(圖2),獲得了該巖心微觀孔隙三維分布特征,求得孔喉比為4.079,配位數(shù)為4.28。在連通模型中顏色相同的空間代表連通,球棍模型中球代表孔隙分布,棍代表喉道分布。

圖1 孔隙體積連通模型Fig.1 Pore volume connectivity model

圖2 孔喉關(guān)系球棍模型Fig.2 Ball stick model of pore-throat relationship

3 含蠟量對微觀剩余油分布的影響

熱處理溫度對原油的析蠟點和蠟晶結(jié)構(gòu)有較大的影響,而孔隙中含蠟量不同會改變孔隙結(jié)構(gòu)，同時蠟晶的形態(tài)和結(jié)構(gòu)會改變含蠟原油的流變性影響[13-14],從而微觀剩余油的賦存狀態(tài),因此通過溫控CT實驗完成對高凝油油藏微觀孔隙含蠟進行三維表征,并對不同溫度下蠟的含蠟及三維賦存狀態(tài)進行研究。

3.1 不同溫度含蠟量變化規(guī)律

溫度影響高凝油油藏微觀孔隙中含蠟量的變化從而影響微觀剩余油分布[10],對巖心樣品不同的蠟滴直徑進行閾值分割,并進行直徑數(shù)據(jù)定量計算,得到不同溫度(室溫、凝固點、析蠟點、熔蠟點)下含蠟直徑變化特征(圖3)。

圖3 不同溫度下蠟滴直徑變化直方圖Fig.3 Histogram of wax droplet diameter change at different temperatures

隨著溫度降低,高凝油析出蠟含量升高,蠟滴大小不斷增大。平均蠟滴直徑由4.95 μm升至47.90 μm。蠟滴直徑變大減小孔隙空間進而增加孔隙中流體流動的阻力。

利用專業(yè)的CT分析軟件,對每一張截面上的面含蠟率進行計算,得到面含蠟率隨溫度變化曲線(圖4)。

圖4 面含蠟率隨溫度變化曲線Fig.4 Curve of surface wax content change with temperature

由圖4可知,溫度降低過程中孔隙含蠟量不斷減少,且降溫的過程中蠟滴析出的速度逐漸增大。

3.2 不同含蠟量下微觀剩余油空間表征

彩色渲染二維灰度切片,得到常溫下析出蠟和微觀剩余油分布形態(tài),對蠟進行灰度標(biāo)定(藍色為蠟,青色為油)。對不同溫度下孔隙中微觀剩余油和蠟進行三維建模(圖5),模型直觀展示高凝油微觀剩余油在不同含蠟量下空間分布變化狀態(tài),隨著溫度降低,孔隙中蠟逐漸析出,蠟滴由孤滴狀逐漸向網(wǎng)絡(luò)狀轉(zhuǎn)變,堵塞孔隙空間,將孔隙中的油分割,阻礙剩余油的流動,加大了開采難度。

圖5 高凝油含蠟三維微觀模型Fig.5 Three-dimensional micro-model of wax content in high pour point oil

4 驅(qū)替程度對微觀剩余油分布的影響

前人針對高凝油開采研究集中在不同溫度下水驅(qū)油規(guī)律、地層冷傷害及開采方式對儲層的影響[15-17],均是從儲層敏感性角度出發(fā)研究驅(qū)替方式對儲層宏觀剩余油的控制因素,缺少在同一溫度下不同驅(qū)替程度對微觀剩余油賦存狀態(tài)影響的分析,因此控制溫度變量,借助CT技術(shù),進行不同驅(qū)替程度下微觀剩余油賦存狀態(tài)的多維表征。

4.1 孔隙結(jié)構(gòu)變化分析

在控制溫度排除含蠟量的影響條件下,對不同驅(qū)替方式下的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進行對比,開展微巖心栓的驅(qū)替實驗,驅(qū)替倍數(shù)為0.5倍孔隙體積(PV)化學(xué)驅(qū)、1.0 PV化學(xué)驅(qū)及后續(xù)10 PV水驅(qū)。驅(qū)替結(jié)束后,進行CT實驗識別微觀孔隙結(jié)構(gòu)中的剩余油的存在形式。建立孔喉關(guān)系球棍模型(圖6),計算得到巖心孔喉比配位數(shù)等參數(shù),由此表征巖心孔喉連通性變化。分析驅(qū)替前后巖心CT數(shù)據(jù)得到了其孔隙度參數(shù)變化(表2)。

圖6 不同驅(qū)替方式下巖心微觀孔喉結(jié)構(gòu)變化模型Fig.6 Microscopic pore throat structure change model of core under different displacement models

表2 巖心驅(qū)替前后孔隙度參數(shù)變化Table 2 Porosity parameters before and after core displacement

由孔喉連通性數(shù)據(jù)表得到,隨著驅(qū)替進行,巖心孔喉比降低,配位數(shù)增大,巖心整體孔喉連通性變好。隨著驅(qū)替逐漸進行,孔喉比逐漸降低,孔隙配位數(shù)逐漸增加,儲層空間連通性變好。相對前期0.5 PV和1.0 PV化學(xué)驅(qū),后續(xù)10 PV水驅(qū)對孔隙結(jié)構(gòu)改造的程度減慢。

4.2 微觀剩余油二維變化特征

驅(qū)替過程微觀剩余油分布縱向切片(圖7),分析統(tǒng)計驅(qū)替過程中巖心含油飽和度變化情況(表3)。

灰色部分為巖石骨架；亮白色部分為化學(xué)試劑；紅色部分為孔隙微觀剩余油圖7 驅(qū)替前后微觀剩余油二維分布變化Fig.7 Two-dimensional distribution change of microscopic remaining oil before and after displacement

表3 驅(qū)替過程巖心含油飽和度數(shù)據(jù)Table 3 Oil saturation data of core in displacement process

經(jīng)0.5 PV、1.0 PV化學(xué)驅(qū)后,微觀剩余油減少明顯,剩余油平面分布相對較均勻。0.5 PV化學(xué)驅(qū)過程驅(qū)替效果最為明顯,1.0 PV化學(xué)驅(qū)效果稍微減弱,后續(xù)10 PV水驅(qū),微觀剩余油仍有減少,但效果減弱。

對原始及驅(qū)替后高滲巖心二維切片微觀剩余油進行識別和計算,得到巖心驅(qū)替方向上面含油率的變化情況(圖8)。

圖8 高滲巖心面含油率變化曲線Fig.8 Oil content Change curve of high permeability core surface

沿驅(qū)替方向,隨著驅(qū)替倍數(shù)增加,面含油率逐漸降低,降低幅度相對均勻。前期化學(xué)驅(qū)過程,面含油率明顯減少。后續(xù)10 PV水驅(qū),巖心面含油率進一步減少,減少幅度降低。

4.3 微觀剩余油三維變化特征

運用專業(yè)的CT建模軟件對巖心微觀孔隙中油水進行識別及建模(圖9),建立三維微觀油水模型分布模型,將驅(qū)替前后微觀剩余油賦存狀態(tài)進行對比。

藍色代表水； 紅色代表油圖9 驅(qū)替前后微觀剩余油分布模型Fig.9 Microscopic residual oil distribution model before and after displacement

飽和油狀態(tài)下微觀剩余油以塊狀和網(wǎng)絡(luò)狀分布；0.5 PV化學(xué)驅(qū)后,油滴直徑變小,主要以網(wǎng)絡(luò)狀分布,伴有少量的多孔狀分布；1.0 PV化學(xué)驅(qū)后,油滴分布更加分散,出現(xiàn)了大量多孔狀油滴；后續(xù)10 PV水驅(qū)后,油滴主要以孤滴狀分布。

對微觀剩余油驅(qū)替前后油滴直徑進行測量,得到驅(qū)替前后微觀油滴直徑分布變化特征。隨注入倍數(shù)增加,油滴直徑逐漸減少,平均油滴直徑由52.26 μm降低至20.90 μm,油滴逐漸向孤滴狀變化。

5 結(jié)論

(1)高精度CT樣品建立數(shù)字巖心模型,實現(xiàn)了微觀孔隙結(jié)構(gòu)的三維可視化?？紫吨泻灹肯炿S溫度變化而變化,隨溫度降低,含蠟量不斷提高,析出速度有逐漸加快的趨勢,面含蠟率不斷提高,提高的速度逐漸加快。

(2)三維表征不同溫度下析出蠟的直徑大小分布,隨著溫度不斷降低,蠟滴直徑由小變大,蠟晶逐漸析出,由散亂的點狀逐漸連接為網(wǎng)絡(luò)狀,最終將孔隙中的油分割,加大了開采難度。

(3)孔隙度、平均孔隙直徑、平均喉道直徑及面孔率都隨驅(qū)替倍數(shù)的提高而增大,孔喉比降低,配位數(shù)提高,孔喉連通性變好。

(4)隨著驅(qū)替進行,油的賦存狀態(tài)由塊狀、網(wǎng)絡(luò)狀逐漸向多孔狀及孤滴狀變化,油滴直徑同時逐漸變小,10 PV水驅(qū)后微觀剩余油主要呈孤滴狀分布。