李宜強，張津，潘登，燕云，劉明熹，曹涵，高文彬

（1.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2.中國石油 大港油田分公司 勘探開發(fā)研究院，天津 300280）

在油田開采中，確定剩余油分布規(guī)律并準確計算剩余油含量，對于油田的二次開發(fā)具有重要意義[1]。對于大多數(shù)已經(jīng)開采的油田而言，長期的注水開采使得油田進入高含水階段[2]，油井只出水不出油，但油田內仍存在大量剩余油[3-5]，明確剩余油的分布規(guī)律以及儲量，是油田開發(fā)后期綜合調整、針對性挖掘的前提[6-7]，因此，亟需開展微觀剩余油分布規(guī)律研究，為水驅后的化學驅提供依據(jù)。

隨著實驗技術和實驗儀器的發(fā)展，研究微觀剩余油的方法較多。國外的剩余油研究多使用巖心分析、油氣示蹤劑測試、油藏數(shù)值模擬等宏觀方法[8]，對微觀剩余油的研究較少。中國的微觀剩余油研究主要利用含油薄片技術、巖心仿真模型技術、隨機網(wǎng)絡模擬法、計算機模擬技術等[9]，其中，含油薄片技術和巖心仿真模型技術的實驗成本較高，隨機網(wǎng)絡模擬法和計算機模擬技術的誤差較大，因此，需要實驗準確度高、成本低的新方法。

現(xiàn)有的新方法包括核磁共振技術、冷凍制片熒光顯微鏡技術和激光共聚焦掃描顯微鏡技術。其中，冷凍制片熒光顯微鏡技術因為誤差較小、成本較低而在剩余油識別方法中占重要地位。以往的定量過程多通過人工經(jīng)驗判別圖像，工作量很大。因此，筆者綜合冷凍制片熒光顯微鏡技術和圖像識別處理方法，利用紫外熒光體視顯微鏡，對大港油田小集區(qū)塊和港西區(qū)塊不同驅替介質、不同巖性的巖心進行測試，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方法

1.1 實驗原理

紫外熒光體視顯微鏡觀測方法是指應用冷凍制片技術，在低溫環(huán)境下對巖心樣品進行切割和研磨，以確保巖石內部的油水分布狀態(tài)不會遭到破壞，然后用熒光顯微鏡識別油水邊界，通過圖像處理分析，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于普通巖石薄片來說，消除了一般巖石薄片過厚、無法實現(xiàn)單層觀測等弊端，能更清楚地觀察孔隙結構和油水關系[10-11]。

實驗儀器包括一臺彩色攝像機（Sony-A7S2）和一臺Axioplan體視顯微鏡（圖1a），放大倍數(shù)為4～150倍，觀測大小為微米級。

普通顯微鏡下觀測的巖石薄片只能區(qū)分巖石與非巖石，對于油、水不能準確區(qū)分，顆粒邊緣不清晰，原油各組分無法區(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、瀝青質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，如少量芳香烴等在紫外熒光下發(fā)出微弱藍色熒光，根據(jù)水相成分及礦化度差異，呈現(xiàn)深淺不同的藍色；巖石在紫外熒光的照射下不會發(fā)光，也不會激發(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

微觀剩余油在儲集層中賦存狀態(tài)多種多樣[13]，根據(jù)其流動性，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。形成原因是水驅過程中，長期水驅使得孔喉形成了優(yōu)勢通道，此時水對壁面的剪切力降低，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。孔表薄膜狀剩余油形成于孔喉壁面上，呈狹長狀，孔隙數(shù)大于1，常用的啟動機制為改善巖石的潤濕性和乳化攜帶；狹縫狀剩余油形成于狹縫的壁面上，顆粒數(shù)等于1，啟動機制為改善巖石的潤濕性。

（2）半束縛態(tài)剩余油 分布在孔隙不連通區(qū)域或復雜空間的隱蔽角落處，主要為角隅狀剩余油。多為水驅無法觸及、復雜細小孔喉等區(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，啟動機制為垂向應力法和乳化攜帶。

（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采該類剩余油。

1.3 實驗流程

實驗主要包括以下幾個步驟：①鉆樣切片，使用液氮冷凍鉆樣，用冷凍制片技術切片，然后進行膠固、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巖石薄片進行觀察，拍攝紫外熒光圖像，每個巖石薄片的紫外熒光圖像不少于8 張；③數(shù)據(jù)處理，對紫外熒光圖像進行分析。

2 微觀剩余油量化方法

2.1 不同級別剩余油量化方法

在以往的紫外熒光圖像分析中，只能識別出油、水和巖石，無法進一步對微觀剩余油賦存狀態(tài)進行分類。在紫外熒光圖像中，因為驅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度和顏色會有所差異[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，驅替液很少或者幾乎沒有波及到該區(qū)域，對應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，屬于強波及剩余油（圖3a）。因此，按照熒光強度和顏色，將剩余油分為強波及、中波及和弱波及3個級別[18]。在熒光照射下，剩余油的電子發(fā)生躍遷，形成相應波長的激發(fā)光，激發(fā)光波長越短，能量越高，顏色越接近紅褐色，對應的剩余油含量越高。對港西9-9-10 井深度為1 113.45 m 的取心巖心進行紫外熒光圖像處理，發(fā)出波長為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對應著中波及剩余油，730～820 nm 對應著強波及剩余油（圖3b）。

圖3 紫外熒光圖像（a）和剩余油級別（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

進一步在剩余油級別圖像上對剩余油賦存狀態(tài)進行分類，依據(jù)剩余油形狀、剩余油與孔隙和顆粒的接觸關系來確定其賦存狀態(tài)。粒間吸附狀剩余油一般存在于顆粒內部，喉道狀剩余油存在于巖石的喉道中，二者難以識別，且不易采出，因此，僅識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行測試，將不同剩余油賦存狀態(tài)用不同的顏色進行標注，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)剩余油的像素數(shù)量按照相對比例進行計算，可以得到不同波及程度和不同賦存狀態(tài)剩余油的相對含量。按照級別分類，強波及剩余油占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 實驗結果分析

大港油田經(jīng)過長期的水驅開發(fā)后，出現(xiàn)了水驅采收率低和含水率高的現(xiàn)象。在使用化學驅后，含水率有小幅度下降，但持續(xù)一段時間后又進入高含水階段。為了探究不同驅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，對不同賦存狀態(tài)剩余油進行識別。

3.1 水驅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自小新14-19井深度為2 987.78 m 的巖心，開采方式為水驅。對該巖心的巖石薄片紫外熒光圖像進行量化處理，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發(fā)的重點對象。

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 %

按波及程度來看，弱波及、中波及和強波及剩余油含量分別為19.58%、3.20%和15.61%，弱波及剩余油相對含量為51.00%，強波及剩余油相對含量為40.66%。無論是弱波及還是強波及剩余油，簇狀剩余油含量均遠高于其他賦存狀態(tài)剩余油。考慮到簇狀剩余油是由于驅替液繞流后形成的，表明隨著水驅的進行，孔隙內油水的接觸關系更加復雜，這種復雜的接觸關系也加劇了驅替液均勻推進的難度。因此，如何均衡驅替錯綜復雜的孔隙網(wǎng)絡和縮小日趨復雜的阻力差異，是高含水老油田提高采收率的關鍵。

3.2 聚/表復合驅后剩余油賦存狀態(tài)

大港油田港西區(qū)塊細砂巖樣品來自西9-9-10 井深度為1 101.87 m 的巖心，開采方式為聚/表復合驅。對該巖心的巖石薄片紫外熒光圖像進行量化處理，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/表復合驅后剩余油含量為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%。

按波及程度來看，弱波及、中波及和強波及剩余油含量分別為0.68%、0.62%和20.60%，弱波及剩余油相對含量為3.11%，強波及剩余油相對含量為94.06%。與水驅后剩余油分布相比，弱波及剩余油含量明顯降低，說明聚/表復合驅可明顯降低弱波及剩余油含量，使其轉換為強波及剩余油，提高了驅油效率。另一方面，相比水驅后，聚/表復合驅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含量從26.86%增加到31.14%。因此，如何驅替強波及下的簇狀剩余油和孔表薄膜狀剩余油是提高聚/表復合驅后采收率的關鍵，而簇狀剩余油和孔表薄膜狀剩余油多使用改善潤濕性的方法，所以后續(xù)應采用聚表劑改善巖石的潤濕性。

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自西9-9-10 井深度為1 113.77 m 的巖心，開采方式為聚/表復合驅，含油飽和度為21.54%。用紫外熒光體視顯微鏡觀測技術對巖石薄片進行處理，觀察其剩余油分布（圖6e，圖6f）。

聚/表復合驅后剩余油含量為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%。

按波及程度來看，弱波及、中波及和強波及剩余油含量分別為2.48%、1.56%和17.50%，弱波及剩余油相對含量為11.51%，強波及剩余油相對含量為81.24%。

相比于港西區(qū)塊砂巖油藏，礫巖油藏聚/表復合驅后弱波及剩余油含量增大，原因是砂巖分選好，巖石內部顆粒排列均勻，驅替液流度高，波及體積大；而礫巖分選較差，巖石內部顆粒排列復雜多樣，具有復模態(tài)結構。因此，巖石的分選越好，強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。所以對于不同的巖性，礫巖的開采要更關注自由態(tài)剩余油含量，采用控制注入流體的流度來開采。

4 結論

（1）通過紫外熒光體視顯微鏡觀測技術，實現(xiàn)了對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、中波及和強波及3 個級別，利用圖像處理技術可進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）通過紫外熒光體視顯微鏡觀測技術分析大港油田巖心，水驅進入高含水階段后，剩余油賦存狀態(tài)以簇狀剩余油為主，相對含量超過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）對聚/表復合驅后的砂巖巖心用紫外熒光薄片技術進行測試，大量弱波及剩余油被轉換為強波及剩余油；開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)應考慮改善巖石的潤濕性方法開采，如使用聚表劑驅。

（4）用紫外熒光薄片技術對礫巖巖心進行測試，礫石的存在使孔隙結構更加復雜，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)應考慮采用控制流度的方法來開采，如使用聚合物梯次降黏方法開采。