高凝油油藏微观剩余油分布影响因素分析——以大民屯凹陷S84-A12块为例

张翔宇

(中油辽河油田分公司勘探开发研究院, 盘锦 124010)

开发后期油藏精细剩余油分布研究的主要内容为剩余油分类、发育规律解析、剩余油成因和分布模式,剩余油分布规律,研究关键在于影响因素的分析[1]。前人的研究集中在宏观剩余油分布影响因素探讨,对于开发后期油藏的微观剩余油分布影响因素分析较少且多分析不同储层岩石相的储层微观剩余油分布规律[2-6]。鉴于油品性质的特殊性,首次利用电子计算机断层扫描(computed tomography,CT)技术,恢复油藏微观结构,分析不同含蜡量及不同的驱替程度对高凝油油藏的微观剩余油分布影响,从而揭示此类油藏在开发后期微观剩余油分布变化规律。

1 研究区概况

S84-A12块为辽河油田高凝油主力区块,位于沈阳采油厂大民屯凹陷静安堡构造带南部,为断鼻状半背斜构造[7]。整体含油面积为12.7 km2,动用石油地质储量为4 434×104t,主力含油层位为沙三3、沙三4油层。油层埋深1 275～2 375 m,地层温度为71 ℃,油藏类型属于构造-岩性油藏。研究区主要原油类型为高凝油,分布于全部含油面积以内,地面高凝油性质主要为高凝固点、高含蜡量,凝固点约47 ℃,含蜡量约36%,析蜡点58 ℃。本块高凝油胶质沥青质含量约13%左右,含量较低。随温度升高,高凝油黏度迅速下降,高于析蜡点温度后油品，与普通稀油近似。

经过近30 a的开发,目前该区块采出程度为27.6%,可采储量采出程度为88.6%,综合含水高达94.7%。随着该区块全面进入高含水期,注水开发效果越来越差,因此在研究区开展化学驱先导试验,但是由于高凝油的含蜡量较高,液体流变特性认识不足,长期注水开发对油藏造成冷伤害[8-10],蜡晶粒析出改变了油藏孔喉结构从而影响其剩余油分布,因此应针对不同驱替介质下微观孔喉结构及剩余油分布变化进行研究,为制订高凝油油藏后续调整方案提供依据。

2 含蜡岩心原始微观孔隙表征

研究区沉积类型为扇三角洲前缘沉积[11],剩余油分布优势相为辫状分流河道,因此样品选取位于辫状分流河道相的S检5井进行原始微观孔隙研究。通过CT数字岩心微米级建模、形态学微观孔隙特征提取及形态参数统计等方法实现微观孔隙结构三维可视化及定量描述。在该理论基础上,通过温控CT实验完成对高凝油油藏微观孔隙含蜡进行三维表征,并对不同温度下蜡的含蜡及三维赋存状态进行研究。选取样品利用重构CT数据方法[12],求得含蜡岩心原始孔隙结构数据(表1)。

表1 CT数据参数Table 1 CT data parameters

利用专业CT三维建模软件扫描岩心同时进行数字化,将岩心孔隙和喉道进行分割,建立微观孔隙体积连通模型(图1)及孔喉关系球棍模型(图2),获得了该岩心微观孔隙三维分布特征,求得孔喉比为4.079,配位数为4.28。在连通模型中颜色相同的空间代表连通,球棍模型中球代表孔隙分布,棍代表喉道分布。

图1 孔隙体积连通模型Fig.1 Pore volume connectivity model

图2 孔喉关系球棍模型Fig.2 Ball stick model of pore-throat relationship

3 含蜡量对微观剩余油分布的影响

热处理温度对原油的析蜡点和蜡晶结构有较大的影响,而孔隙中含蜡量不同会改变孔隙结构，同时蜡晶的形态和结构会改变含蜡原油的流变性影响[13-14],从而微观剩余油的赋存状态,因此通过温控CT实验完成对高凝油油藏微观孔隙含蜡进行三维表征,并对不同温度下蜡的含蜡及三维赋存状态进行研究。

3.1 不同温度含蜡量变化规律

温度影响高凝油油藏微观孔隙中含蜡量的变化从而影响微观剩余油分布[10],对岩心样品不同的蜡滴直径进行阈值分割,并进行直径数据定量计算,得到不同温度(室温、凝固点、析蜡点、熔蜡点)下含蜡直径变化特征(图3)。

图3 不同温度下蜡滴直径变化直方图Fig.3 Histogram of wax droplet diameter change at different temperatures

随着温度降低,高凝油析出蜡含量升高,蜡滴大小不断增大。平均蜡滴直径由4.95 μm升至47.90 μm。蜡滴直径变大减小孔隙空间进而增加孔隙中流体流动的阻力。

利用专业的CT分析软件,对每一张截面上的面含蜡率进行计算,得到面含蜡率随温度变化曲线(图4)。

图4 面含蜡率随温度变化曲线Fig.4 Curve of surface wax content change with temperature

由图4可知,温度降低过程中孔隙含蜡量不断减少,且降温的过程中蜡滴析出的速度逐渐增大。

3.2 不同含蜡量下微观剩余油空间表征

彩色渲染二维灰度切片,得到常温下析出蜡和微观剩余油分布形态,对蜡进行灰度标定(蓝色为蜡,青色为油)。对不同温度下孔隙中微观剩余油和蜡进行三维建模(图5),模型直观展示高凝油微观剩余油在不同含蜡量下空间分布变化状态,随着温度降低,孔隙中蜡逐渐析出,蜡滴由孤滴状逐渐向网络状转变,堵塞孔隙空间,将孔隙中的油分割,阻碍剩余油的流动,加大了开采难度。

图5 高凝油含蜡三维微观模型Fig.5 Three-dimensional micro-model of wax content in high pour point oil

4 驱替程度对微观剩余油分布的影响

前人针对高凝油开采研究集中在不同温度下水驱油规律、地层冷伤害及开采方式对储层的影响[15-17],均是从储层敏感性角度出发研究驱替方式对储层宏观剩余油的控制因素,缺少在同一温度下不同驱替程度对微观剩余油赋存状态影响的分析,因此控制温度变量,借助CT技术,进行不同驱替程度下微观剩余油赋存状态的多维表征。

4.1 孔隙结构变化分析

在控制温度排除含蜡量的影响条件下,对不同驱替方式下的微观孔隙结构进行对比,开展微岩心栓的驱替实验,驱替倍数为0.5倍孔隙体积(PV)化学驱、1.0 PV化学驱及后续10 PV水驱。驱替结束后,进行CT实验识别微观孔隙结构中的剩余油的存在形式。建立孔喉关系球棍模型(图6),计算得到岩心孔喉比配位数等参数,由此表征岩心孔喉连通性变化。分析驱替前后岩心CT数据得到了其孔隙度参数变化(表2)。

图6 不同驱替方式下岩心微观孔喉结构变化模型Fig.6 Microscopic pore throat structure change model of core under different displacement models

表2 岩心驱替前后孔隙度参数变化Table 2 Porosity parameters before and after core displacement

由孔喉连通性数据表得到,随着驱替进行,岩心孔喉比降低,配位数增大,岩心整体孔喉连通性变好。随着驱替逐渐进行,孔喉比逐渐降低,孔隙配位数逐渐增加,储层空间连通性变好。相对前期0.5 PV和1.0 PV化学驱,后续10 PV水驱对孔隙结构改造的程度减慢。

4.2 微观剩余油二维变化特征

驱替过程微观剩余油分布纵向切片(图7),分析统计驱替过程中岩心含油饱和度变化情况(表3)。

灰色部分为岩石骨架；亮白色部分为化学试剂；红色部分为孔隙微观剩余油图7 驱替前后微观剩余油二维分布变化Fig.7 Two-dimensional distribution change of microscopic remaining oil before and after displacement

表3 驱替过程岩心含油饱和度数据Table 3 Oil saturation data of core in displacement process

经0.5 PV、1.0 PV化学驱后,微观剩余油减少明显,剩余油平面分布相对较均匀。0.5 PV化学驱过程驱替效果最为明显,1.0 PV化学驱效果稍微减弱,后续10 PV水驱,微观剩余油仍有减少,但效果减弱。

对原始及驱替后高渗岩心二维切片微观剩余油进行识别和计算,得到岩心驱替方向上面含油率的变化情况(图8)。

图8 高渗岩心面含油率变化曲线Fig.8 Oil content Change curve of high permeability core surface

沿驱替方向,随着驱替倍数增加,面含油率逐渐降低,降低幅度相对均匀。前期化学驱过程,面含油率明显减少。后续10 PV水驱,岩心面含油率进一步减少,减少幅度降低。

4.3 微观剩余油三维变化特征

运用专业的CT建模软件对岩心微观孔隙中油水进行识别及建模(图9),建立三维微观油水模型分布模型,将驱替前后微观剩余油赋存状态进行对比。

蓝色代表水； 红色代表油图9 驱替前后微观剩余油分布模型Fig.9 Microscopic residual oil distribution model before and after displacement

饱和油状态下微观剩余油以块状和网络状分布；0.5 PV化学驱后,油滴直径变小,主要以网络状分布,伴有少量的多孔状分布；1.0 PV化学驱后,油滴分布更加分散,出现了大量多孔状油滴；后续10 PV水驱后,油滴主要以孤滴状分布。

对微观剩余油驱替前后油滴直径进行测量,得到驱替前后微观油滴直径分布变化特征。随注入倍数增加,油滴直径逐渐减少,平均油滴直径由52.26 μm降低至20.90 μm,油滴逐渐向孤滴状变化。

5 结论

(1)高精度CT样品建立数字岩心模型,实现了微观孔隙结构的三维可视化。孔隙中含蜡量蜡随温度变化而变化,随温度降低,含蜡量不断提高,析出速度有逐渐加快的趋势,面含蜡率不断提高,提高的速度逐渐加快。

(2)三维表征不同温度下析出蜡的直径大小分布,随着温度不断降低,蜡滴直径由小变大,蜡晶逐渐析出,由散乱的点状逐渐连接为网络状,最终将孔隙中的油分割,加大了开采难度。

(3)孔隙度、平均孔隙直径、平均喉道直径及面孔率都随驱替倍数的提高而增大,孔喉比降低,配位数提高,孔喉连通性变好。

(4)随着驱替进行,油的赋存状态由块状、网络状逐渐向多孔状及孤滴状变化,油滴直径同时逐渐变小,10 PV水驱后微观剩余油主要呈孤滴状分布。