牛保倫 齊桂雪 譚肖

1.中原油田石油工程技術(shù)研究院 2.中原油田勘探開發(fā)研究院 3.成都理工大學(xué)

微觀模型作為一種描述微觀剩余油的重要手段，常用于提高采收率技術(shù)的室內(nèi)實驗評價。微觀模型依據(jù)填充介質(zhì)可分為夾微粒模型[1]、巖石薄片模型[2-5]、微觀刻蝕介質(zhì)模型[6-7]。其中，夾微粒模型和巖石薄片模型承壓一般小于0.3 MPa，不適用于CO2的混相研究；化學(xué)刻蝕法制作周期較長、精度較低，且模型容易損壞，故該方法難以推廣。

微觀刻蝕模型是一種可視化的儲層孔隙結(jié)構(gòu)物理模型，采用激光刻蝕技術(shù)，將油層巖心鑄體薄片上的實際孔喉網(wǎng)絡(luò)刻蝕在玻璃板制成的模型上，其可視化與孔隙幾何形態(tài)和尺寸更接近儲層孔隙結(jié)構(gòu)，克服了化學(xué)刻蝕法的缺點。孔喉級的刻蝕模型操作簡易，受人工影響較小，目前的應(yīng)用主要受限于微觀模型的加工、模型的耐溫耐壓性能[8-12]。普通玻璃硬度較低，經(jīng)激光刻蝕的孔道邊緣有明顯裂痕。亞克力材料若低強度激光刻蝕，模型的孔道較淺，但提高激光照射強度后，孔道透光性又明顯變差。因此，需要采用一種耐溫耐壓效果好的特制玻璃制作模型。

1 耐溫耐壓微觀可視化驅(qū)替模型

1.1 可視化模型

與湖北創(chuàng)聯(lián)儀器廠聯(lián)合篩選并研制出一種具有耐溫耐壓性能的特種玻璃材料，該材料制作出的模型不但透光性較好，而且孔隙結(jié)構(gòu)接近巖心鑄體薄片的孔隙聯(lián)通情況，具備耐溫(100 ℃)、耐壓(20 MPa)性能。巖心夾持設(shè)備采用液壓式旋轉(zhuǎn)設(shè)計，保證模型可以任意角度放置；引入圍壓自動追蹤設(shè)備，保證驅(qū)替過程圍壓的平穩(wěn)；改進了流量控制系統(tǒng)，采用低流速、小排量泵和高精度單向閥。此外，借助顯微鏡放大裝置、微觀攝像圖片采集系統(tǒng)、計算機圖像處理技術(shù)，在驅(qū)替過程中實現(xiàn)從儲層流體微觀滲流過程的定性分析到定量描述的轉(zhuǎn)變，更好地揭示了儲層內(nèi)流體微觀滲流特征及剩余油微觀分布特征，深化了對流體驅(qū)油微觀機理的認識。

采用繪圖軟件將天然巖心薄片(見圖1)和鑄體薄片圖像(見圖2)轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)文件(見圖3)，根據(jù)數(shù)據(jù)文件加工制作具備不同孔喉特征的微觀可視化模型，如圖4所示。

1.2 剩余油定量描述

在宏觀剩余油分布基礎(chǔ)上，通過對顏色的篩選，編制剩余油分析軟件，定量描述不同驅(qū)替條件下剩余油分布情況，以水驅(qū)后剩余油分布為例，對剩余油定量分析。受光源、流體顏色等色差影響，圖片的宏觀顏色存在較大差異。室內(nèi)觀察及攝像系統(tǒng)的圖片對比結(jié)果顯示，米白色光源的投射效果好，拍攝的圖片清晰。但是，微觀模型不同位置與光源的距離不同造成模型圖片中不同位置存在差異，為了盡量縮小這種差異造成的誤差，提出九宮格法拆分模型圖片，分別比對后續(xù)組合計算剩余油飽和度，如圖5所示。通過對顏色多次篩選優(yōu)化，將原始圖片劃分為油、水、孔隙及其他(四角、邊框等影響因素)，并將每一類物質(zhì)劃分為6種顏色范圍，計算出每種物質(zhì)所占比例，如圖6所示，單圖計算各類物質(zhì)所占百分含量分別為油18.8%、水34.9%、孔隙34.7%、其他11.5%。

將單圖計算出的油水比例采用歸一化方法，將多張圖的計算結(jié)果進行累加，得出剩余油飽和度計算結(jié)果，如表1所列，水驅(qū)后剩余油飽和度為51.33%。

表1 剩余油飽和度計算結(jié)果Table 1 Result of residual oil saturation圖片序號123456789合計剩余油飽和度/%25.731.332.521.418.218.821.622.721.151.33剩余水飽和度/%18.817.422.523.739.734.98.518.518.248.67

2 微觀可視化驅(qū)替實驗

2.1 微觀可視化驅(qū)替實驗材料及方案

材料：原油、混相壓力調(diào)節(jié)劑、煤油、油溶性染色劑、高純CO2(體積分數(shù)99.9%)。非混相驅(qū)方案：實驗溫度60 ℃，壓力9 MPa?；煜囹?qū)方案：實驗溫度60 ℃，壓力9 MPa，原油中添加混相壓力調(diào)節(jié)劑。

2.2 微觀可視化驅(qū)替實驗步驟

(1) 制作模型：將天然巖心的電鏡掃描圖像繪清成數(shù)據(jù)文件并導(dǎo)入刻蝕軟件，制作可視化孔隙模型。

(2) 連接流程，檢漏：按圖7連接好管線流程，測試管線的密封性，同時分段測量管線的內(nèi)體積。

(3) 飽和油：可視化孔隙模型飽和模擬油。為達到飽和原油的最佳效果，消除原油的流動性造成的飽和不充分而帶來的誤差，以0.005 mL/min的流速緩慢飽和模擬油。飽和后的微觀可視化模型見圖8，微觀模型圖片上下對稱，有利于描述驅(qū)替劑的波及范圍。從注入端與采出端的差異來看，注入井孔道粗且密，貼近生產(chǎn)實際。模型盲端為單流道盲端和區(qū)域性盲端，孔喉配位數(shù)1～7、多集中于3～5，孔喉比差異大。顯微鏡及攝像系統(tǒng)拍攝的圖像顯示微觀可視化玻璃模型飽和原油的效果較好，除極個別微小盲端外，絕大部分孔道都均勻地飽和了模擬油，孔喉的連通性較好。

(4) 加壓：設(shè)置回壓、加圍壓，然后逐步給可視化裝置加壓。

(5) 驅(qū)替過程：平穩(wěn)注入驅(qū)替劑，直至出口端不出油為止。

(6) 泄壓及清理：關(guān)泵，放空圍壓和回壓，清掃管線，關(guān)閉閥門，清理儀器并歸位。

(7) 圖像數(shù)據(jù)處理及分析：利用軟件篩選圖片顏色，定量描述剩余油飽和度。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 混相對CO2氣體運移規(guī)律的影響

CO2非混相驅(qū)與混相驅(qū)的運移規(guī)律如圖9及圖10所示。

CO2非混相驅(qū)時，由于存在氣液密度差，注入的CO2沿模型的上部和大孔道向采出端運移，造成在氣驅(qū)結(jié)束時仍有大量的未波及區(qū)域，氣體波及效率低。CO2混相驅(qū)時，注入的CO2與模擬油接觸的初始階段主要以傳質(zhì)、溶解為主，混相的流體類似活塞驅(qū)油，因此，CO2波及區(qū)域明顯大于非混相驅(qū)。隨氣體注入量的增加，模型中的油不足以維持混相，出現(xiàn)了超臨界CO2單一相(見圖10(d))，CO2沿模型上部運移。當氣驅(qū)結(jié)束時，模型下部仍有部分混相區(qū)域。

3.2 混相對CO2驅(qū)油效率及剩余油類型的影響

實驗結(jié)果表明，CO2非混相驅(qū)替過程中主要沿模型上部的大孔隙竄逸，生產(chǎn)井見氣快。通過軟件計算，得到CO2非混相驅(qū)的最終驅(qū)油效率為43.12%。當CO2與模擬油實現(xiàn)混相時模型內(nèi)CO2類似活塞推進，此時驅(qū)油效率高，最終驅(qū)油效率達到95.73%。

在CO2非混相驅(qū)過程中，油氣密度差造成CO2向上運移，因此CO2波及范圍主要集中在油藏的頂部。CO2波及區(qū)域內(nèi)，存在區(qū)域性富集(如圖11所示)，剩余油類型以柱狀剩余油、盲端剩余油為主，并伴有少量油膜狀剩余油(如圖12所示)。CO2混相驅(qū)后，沒有明顯剩余油，存在的少量剩余油主要是盲端類剩余油、已混相油氣未被驅(qū)替至生產(chǎn)井的剩余油(見圖13)、靠近生產(chǎn)井邊角的剩余油(見圖14)。

4 結(jié) 論

(1) 耐溫耐壓微觀可視化模型孔喉大小及分布與實際地層情況相吻合，可以用于對比評價不同驅(qū)替方式的微觀剩余油類型及分布。改進的巖心夾持設(shè)備可以任意角度旋轉(zhuǎn)模型，能夠模擬具有不同傾角的地層。自動圍壓追蹤系統(tǒng)能夠持續(xù)提供可靠穩(wěn)定的圍壓環(huán)境，氣驅(qū)實驗特制玻璃材質(zhì)具有透光性好的優(yōu)點，優(yōu)選的米白色光源拍攝效果清晰，有利于觀察和總結(jié)。引用九宮格圖像拆分處理方法，通過軟件計算定量描述剩余油。

(2) 通過該模型分析CO2混相與非混相驅(qū)剩余油分布情況、可動用剩余油變化。CO2驅(qū)存在大片氣驅(qū)未波及剩余油，盲端類剩余油、柱狀剩余油、油膜及受邊界影響的等勢點類剩余油，最終驅(qū)油效率為43.12%，采出程度低。CO2驅(qū)實現(xiàn)混相驅(qū)時氣驅(qū)剩余油明顯減少，模型內(nèi)存在少量的盲端類剩余油、生產(chǎn)井邊角的剩余油及極少量的CO2驅(qū)已混相但未被采出的剩余油，最終驅(qū)油效率達到95.73%。