劉 恒，熊青山，李成龍，吳 勝，楊加偉

(長(zhǎng)江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

油田進(jìn)入高含水開發(fā)期后，由于歷史上缺乏各種油藏監(jiān)測(cè)資料，剩余油高度分散，對(duì)剩余資源分布狀況認(rèn)識(shí)不明確，尤其是對(duì)于動(dòng)態(tài)的剩余油研究以及油水賦存狀態(tài)認(rèn)識(shí)不足。高博禹等[1]學(xué)者通過(guò)分析密閉取心含油巖心薄片來(lái)觀察分析剩余油分布形態(tài)；高輝等[2]學(xué)者利用核磁共振技術(shù)對(duì)巖樣水驅(qū)前后T2譜測(cè)試分析，揭示了影響水驅(qū)油效果的主要因素；李俊鍵等[3]學(xué)者通過(guò)CT掃描技術(shù)，對(duì)不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的巖心進(jìn)行CT掃描成像，探究了非均質(zhì)性對(duì)剩余油分布以及形態(tài)的影響。本文以低滲透油藏油水賦存狀態(tài)及分布規(guī)律研究為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)核磁共振實(shí)驗(yàn)技術(shù)，利用低場(chǎng)核磁共振實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)量巖樣核磁弛豫參數(shù)，計(jì)算受巖性影響較小的孔隙度、滲透率、可產(chǎn)流體類型、自由流體指數(shù)、束縛水飽和度等參數(shù)[4-6]。結(jié)合微觀孔隙結(jié)構(gòu)和研究結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料，明確目標(biāo)儲(chǔ)層巖心的可動(dòng)流體飽和度分布特征，分析油層在開發(fā)中后期油水賦存狀態(tài)與其影響因素的關(guān)系，為提高開發(fā)效果、提高采收率的各種方案的決策提供了理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)巖心選取及設(shè)計(jì)

1.1 巖心基本數(shù)據(jù)

選取DB油田具有代表性的巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將巖心制成直徑為2.48 cm左右的巖心柱，長(zhǎng)度不小于直徑的1.5倍，切割時(shí)避免產(chǎn)生缺角或其他結(jié)構(gòu)缺陷。然后將巖心洗油至親水并烘干48 h以上，依據(jù)SY/T 5336—2010規(guī)定進(jìn)行孔隙度和滲透率測(cè)試，最后將巖心樣品進(jìn)行抽空并加壓，使巖心充分飽和。為真實(shí)模擬地層條件，實(shí)驗(yàn)用水為現(xiàn)場(chǎng)取回地層水，實(shí)驗(yàn)用油為氟油[7]。巖心基本數(shù)據(jù)見表1。

表1 巖心基本數(shù)據(jù)Tab.1 Basic core data

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)研究?jī)?nèi)容，選取4塊不同滲透率范圍的巖心開展核磁共振測(cè)試，選取3塊巖心，對(duì)比研究壓力梯度影響。巖樣核磁共振測(cè)試的實(shí)驗(yàn)流程及裝置如圖1所示。

圖1 核磁共振實(shí)驗(yàn)流程及設(shè)備示意Fig.1 Schematic diagram of NMR experiment process and equipment

(1)將飽和巖心進(jìn)行核磁共振掃描，通過(guò)繪制此時(shí)的T2譜圖得到其核磁共振圖像；

(2)將巖心根據(jù)SY/T 5358—2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》先進(jìn)行油驅(qū)水實(shí)驗(yàn)，得到束縛水狀態(tài)下巖心的T2譜圖；再對(duì)巖心進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，繪制巖心整個(gè)過(guò)程中的T2譜圖，保存核磁共振圖像。

(3)在巖樣達(dá)到殘余油的狀態(tài)下，即注水后無(wú)油產(chǎn)出時(shí)，通過(guò)繪制這個(gè)情況下的T2譜圖來(lái)得到其核磁共振圖像。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 T2譜形態(tài)特征研究

巖石中飽和流體的弛豫時(shí)間受孔徑大小的影響。隨著孔徑逐漸變大，流體的弛豫時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。反之孔徑越小的情況下，流體的弛豫時(shí)間也會(huì)越來(lái)越短[8-9]。同時(shí)砂粒的粗細(xì)程度又會(huì)對(duì)孔徑產(chǎn)生直接的影響，砂粒較粗的情況下其孔徑也就會(huì)越大，整個(gè)孔隙主要被顆粒較小的物質(zhì)所填充，這是導(dǎo)致非均質(zhì)性產(chǎn)生的主要原因；反之砂越細(xì)，形成的孔徑也就越小[10]。所以，綜合各種因素的影響，T2譜的形態(tài)特征主要如下。

(1)粉砂巖的巖性比較細(xì)，分選性比較好，孔徑之間的分布比較均勻、集中。所以T2譜形態(tài)主要呈單峰結(jié)構(gòu)，整體主要分布在0.3～300 ms內(nèi)，其峰值在70 ms左右。

(2)細(xì)砂巖對(duì)于粉砂巖來(lái)講，其沉積環(huán)境的能量相對(duì)較高，導(dǎo)致其T2譜呈較為明顯的雙峰式，左側(cè)為束縛不可動(dòng)流體，右側(cè)為自由可動(dòng)流體，右側(cè)的T2譜峰值>100 ms，孔徑結(jié)構(gòu)較粉砂巖好[11-12]。

(3)礫巖的T2譜形態(tài)一般表現(xiàn)為三峰結(jié)構(gòu)，是因?yàn)槠渲泻懈鞣N大小不同的礫石，表面孔隙較大導(dǎo)致礫巖的孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)。

(4)特低滲砂巖T2譜的主峰主要表現(xiàn)為向右單峰式拖尾，集中分布在10 ms以下；低滲砂巖T2譜主要成雙峰形態(tài)，均勻分布在1～1 000 ms；高滲砂巖T2譜主峰主要表現(xiàn)為向左單峰式拖尾，整體分布在30 ms以上。孔隙度相對(duì)差距較小時(shí)，T2譜主峰分布從右到左巖樣的滲透性逐漸變差[13-15]。

通過(guò)對(duì)原始核磁共振實(shí)驗(yàn)衰減曲線進(jìn)行學(xué)習(xí)與推理得到DB區(qū)塊4塊巖樣的T2核磁共振譜，如圖2所示。

(1)油田巖樣中除了DB-2號(hào)巖樣的T2譜圖為三峰型結(jié)構(gòu)外，剩余巖樣的T2譜圖都是雙峰型結(jié)構(gòu)，表明DB-2號(hào)巖樣具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。

圖2 不同巖性不同滲透率級(jí)別巖樣譜型特征分析對(duì)比曲線Fig.2 Analysis and comparison curve of spectral characteristics of rock samples with different lithology and permeability levels

(2)譜型為三峰型的巖樣其T2譜主要分布在0.3～110.0 ms，分布范圍比較小，其地層水信號(hào)幅度峰值分別對(duì)應(yīng)1、10、100 ms。而雙峰型樣品的T2譜分布范圍較大，主要分布在0.1～1 000.0 ms。

(3)由于只有DB-2號(hào)巖樣的T2譜為三峰型結(jié)構(gòu)，所以對(duì)3塊雙峰型巖樣的T2圖譜峰值進(jìn)行對(duì)比可得，隨著巖樣滲透率逐漸增大，左峰峰值越來(lái)越低，即不可動(dòng)峰的面積越??；右峰峰值越來(lái)越高，即可動(dòng)峰的面積越大。研究表明，隨著巖樣滲透率的增大，小孔隙被越來(lái)越少的不可動(dòng)束縛水依附，大孔隙被越來(lái)越多的自由可動(dòng)流體依附[16-17]。

通過(guò)對(duì)不同巖性、不同滲透率水平巖樣的譜型特征分析，認(rèn)為此區(qū)塊的巖樣具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，契合低滲透巖樣的特征。

2.2 巖心可動(dòng)流體飽和度及剩余油分布狀態(tài)

通過(guò)處理不同驅(qū)替階段后流體飽和度的變化范圍可以明確得知巖心中可動(dòng)流體的分布情況，其結(jié)果如圖3所示。

(1)巖心可動(dòng)流體飽和度分布狀態(tài)。由圖3可知，滲透率范圍在1×10-3～5×10-3μm2的巖心其可動(dòng)流體主要分布在0.01～10.00 μm的孔隙中，滲透率范圍在5×10-3～9×10-3μm2的巖心可動(dòng)流體主要分布在0.1～20.0 μm的孔隙中，滲透率范圍在9×10-3～20×10-3μm2的巖心可動(dòng)流體主要分布在0.1～50.0 μm的孔隙中，滲透率在20×10-3μm2以上的巖心可動(dòng)流體主要分布在0.1～100.0 μm的孔隙中。

可動(dòng)流體飽和度即為可動(dòng)流體體積占總賦存流體體積的比值[16-17]。此比值可從巖心在束縛水和飽和水兩種狀態(tài)下的T2譜圖像與橫軸的包絡(luò)面積中計(jì)算得到[18]?？蓜?dòng)流體飽和度Sm可表示為：

(1)

巖心的Sm值可以從式(1)中求出，詳情見表2。

(2)巖心剩余油分布狀態(tài)。剩余可動(dòng)油百分比(POMR)是指注水后可動(dòng)油剩余量占巖樣原始總含油量的百分比，主要是指水驅(qū)后剩余油的可動(dòng)部分，可以清晰地表示水驅(qū)程度。水驅(qū)后剩余油的可動(dòng)部分可以通過(guò)總的可動(dòng)油量減去驅(qū)出油的量求得[19-20]。通過(guò)剩余可動(dòng)油百分比還可以看出注水后儲(chǔ)層的開發(fā)潛力如何。

圖3 巖心流體不同滲透率級(jí)別的分布狀況Fig.3 Distribution of core fluid with different permeability levels

表2 巖心各項(xiàng)T2譜參數(shù)詳情Tab.2 Details of the T2 spectral parameters of the core

通過(guò)劃分孔徑分布求得不同孔徑大小的情況下各個(gè)巖心的剩余油分布情況，從表3及圖4中得到以下規(guī)律：①在0.1～10.0 μm內(nèi)的孔隙之中，巖心的剩余油含量接近總量的90%，說(shuō)明后期剩余油的挖潛主要依靠中小孔隙；②當(dāng)滲透率增大后，分布在0.1～1.0 μm的孔隙中的剩余油含量越來(lái)越少，在1～10 μm的孔隙中越來(lái)越多。說(shuō)明隨著滲透率的增加，剩余油挖潛空間逐漸向中孔方向改變。

DB-2巖心氟油飽和度隨驅(qū)替時(shí)間的變化曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，在驅(qū)替初期，采收率迅速提高，剩余油飽和度大大降低；后期，趨勢(shì)減緩，但減緩速度不趨于零，說(shuō)明后期仍有剩余油開采潛力。

表3 巖心剩余油在不同孔徑范圍內(nèi)的分布情況Tab.3 Distribution of remaining oil in core in different pore sizes μm2

2.3 壓力梯度對(duì)微觀賦存狀態(tài)的影響

對(duì)DB-1、DB-4、DB-5三塊巖心開展水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)該區(qū)塊0.01mL/min的實(shí)際注水量，通過(guò)壓力梯度的變化來(lái)研究得出驅(qū)油效率與剩余油飽和度、壓力梯度之間的關(guān)系。

圖4 剩余油分布頻率Fig.4 Frequency of remaining oil distribution

圖5 DB-2號(hào)巖心氟油飽和度隨驅(qū)替時(shí)間變化曲線Fig.5 Variation curve of fluorine oil saturation of DB-2 core with displacement time

隨著壓力梯度的增大，驅(qū)油效率先快速增加后接近平穩(wěn)，低滲透儲(chǔ)層驅(qū)油效率提高明顯，當(dāng)壓力梯度增加到52.13 MPa/m后，增幅效果開始減弱，剩余油達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；滲透率大的儲(chǔ)層在壓力梯度增加到17.92 MPa/m后就基本無(wú)增幅，剩余油也相對(duì)保持穩(wěn)定(圖6、表4)。

圖6 核磁測(cè)試驅(qū)油效率與壓力梯度的關(guān)系曲線Fig.6 Relationship between the oil displacement efficiency and pressure gradient in the nuclear magnetic test

表4 巖心驅(qū)油效率變化Tab.4 core displacement efficiency changes

表4中，DB-1滲透率為2.958×10-3μm2，原始含油飽和度39.15%；DB-4滲透率為16.247×10-3μm2，原始含油飽和度44.28%；DB-5滲透率為22.760×10-3μm2，原始含油飽和度47.72%。

由表4可知，在17.92 MPa/m的壓力梯度下進(jìn)行驅(qū)油有較好的效果，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合井網(wǎng)井距等因素進(jìn)行綜合分析，確定最佳壓力梯度。

對(duì)比各個(gè)滲透率級(jí)別下的巖心，得出在不同的驅(qū)替方式下所產(chǎn)出的剩余油分布頻率如圖7所示。由圖7可知，通過(guò)改變驅(qū)替速度，增大驅(qū)替壓力梯度的方式，可以增加驅(qū)油效率從而抑制剩余油的產(chǎn)生。由于超過(guò)85%的剩余油存在于0.1～10.0 μm的孔隙中，但增大壓力梯度，產(chǎn)出油卻較少。因此，依靠增加壓力梯度開發(fā)剩余油來(lái)增加產(chǎn)能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。結(jié)合油藏實(shí)際孔隙度，計(jì)算由0.1～5.0 μm孔隙中的儲(chǔ)層滲透率為0.1×10-3～10.0×10-3μm2，即為該類儲(chǔ)層中可通過(guò)改變驅(qū)替流速，增加驅(qū)替的壓力梯度來(lái)提高原油采收率，而針對(duì)滲透率大于10×10-3μm2的儲(chǔ)層應(yīng)考慮進(jìn)行有效封堵，如采用泡沫驅(qū)、聚合物驅(qū)等調(diào)驅(qū)的方式。對(duì)于滲透率相對(duì)較低的儲(chǔ)層，產(chǎn)能較差，可考慮采用壓裂改造或水平分支井等方式進(jìn)行提高泄油面積，從而擴(kuò)大波及范圍提高采收率。

3 結(jié)論

(1)對(duì)比雙峰型巖樣的T2譜形態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，隨著滲透率的增大，占據(jù)小孔隙的束縛水越來(lái)越少，占據(jù)大孔隙的可動(dòng)流體越來(lái)越多。

圖7 不同滲透率巖心在不同驅(qū)替狀態(tài)的剩余油分布Fig.7 Residual oil distribution of cores with different permeability in different displacement states

(2)后期剩余油主要存在于小孔隙中，隨著滲透率的增大，剩余油挖掘空間應(yīng)向中孔方向轉(zhuǎn)變。

(3)在驅(qū)替初期，采收率迅速提高，剩余油飽和度大大降低；后期，趨勢(shì)減緩，但減緩速度不趨于零，說(shuō)明后期仍有剩余油開采潛力。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1] 高博禹，彭仕宓，王建波.剩余油形成與分布的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].特種油氣藏，2004，11(4)：7-11，22.

Gao Boyu，Peng Shimi，Wang Jianbo.Research status and development trend of residual oil generation and distribution[J].Special Oil & Gas Reservoirs，2004，11(4)：7-11，22.

[2] 高輝，王小鵬，齊銀.特低滲透砂巖的核磁共振水驅(qū)油特征及其影響因素——以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組為例[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2013，19(2)：364-372.

Gao Hui，Wang Xiaopeng，Qi Yin.Characteristics of NMR water displacing oil and influencing factors in extra-low permeable sandstone：taking the Yanchang Group in Ordos basin as an example[J].Geological Journal of China Universities，2013，19(2)：364-372.

[3] 李俊鍵，劉洋，高亞軍，等.微觀孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對(duì)剩余油分布形態(tài)的影響[J].石油勘探與開發(fā)，2018，45(6)：1043-1052.

Li Junjian，Liu Yang，Gao Yajun，et al.Effects of microscopic pore structure heterogeneity on the distribution and morphology of remaining oil[J].Petroleum Exploration and Development，2018，45(6)：1043-1052.

[4] 李海波.巖心潤(rùn)濕性對(duì)核磁共振可動(dòng)流體T2截止值的影響[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015(30)：43-47.

Li Haibo.Influence of core wettability on NMR T2cutoff value of movable fluid[J].Journal of Xi′an Shiyou University(Natural Science Edition)，2015(30)：43-47.

[5] 黨文斌，周思賓，王少朋，等.紅河油田37井區(qū)長(zhǎng)8致密砂巖油藏油水微觀賦存狀態(tài)及產(chǎn)出規(guī)律研究[J].石油化工應(yīng)用，2016，35(8)：104-109.

Dang Wenbin，Zhou Sibin，Wang Shaopeng，et al.Study on microscopic occurrence and production law of oil and water in Chang 8 tight sandstone reservoir in well block 37 of Honghe Oilfield[J].Petrochemical Industry Application，2016，35(8)：104-109.

[6] 王曉梅，趙靖舟，劉新社.蘇里格地區(qū)致密砂巖地層水賦存狀態(tài)和產(chǎn)出機(jī)理探討[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2012，34(4)：400-405.

Wang Xiaomei，Zhao Jinzhou，Liu Xinshe.Occurrence state and production mechanism of formation water in tight sandstone reservoirs of Sulige area，Ordos Basin[J].Petroleum Geology & Experiment，2012，34(4)：400-405.

[7] 劉焯.基于核磁共振和室內(nèi)相滲實(shí)驗(yàn)的低滲透油藏油水滲流規(guī)律研究[D].武漢：長(zhǎng)江大學(xué)，2019.

[8] 王為民，趙剛，谷長(zhǎng)春，等.核磁共振巖屑分析技術(shù)的實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用研究[J].石油勘探與開發(fā)，2005，32(1)：56-59.

Wang Weimin，Zhao Gang，Gu Changchun，et al.Experiment and application of NMR technology on cuttings[J].Petroleum Exploration and Development，2005，32(1)：56-59.

[9] 鄧瑞健.核磁共振技術(shù)在水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].斷塊油氣田，2002，9(4)：33-37.

Deng Ruijian.Application of nuclear magnetic resonance imaging technology in water driving oil experiment[J].Fault-Block Oil & Gas Field，2002，9(4)：33-37.

[10] 劉紅現(xiàn)，許長(zhǎng)福，胡志明.用核磁共振技術(shù)研究剩余油微觀分布[J].特種油氣藏，2011，18(1)：96-97.

Liu Hongxian，Xu Changfu，Hu Zhiming.Research on microcosmic remaining oil distribution by NMR[J].Special Oil and Gas Reservoir，2011，18(1)：96-97.

[11] 肖立志.巖心的核磁共振微成像及其應(yīng)用[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，16(1)：29-41.

Xiao Lizhi.Nuclear magneticresonance microscopy and its application in cores[J].Journal of Jianghan Petroleum University，1994，16(1)：29-41.

[12] 王志戰(zhàn)，許小瓊，周寶潔.孔隙流體核磁共振弛豫特征及油水層識(shí)別方法[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(2)：41-44.

Wang Zhizhan，Xu Xiaoqiong，Zhou Baojie.Relaxation features of pore fluid and water-oil bed recognition with NMR technology[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2011，18(2)：41-44

[13] 劉曰強(qiáng)，朱晴，梁文發(fā)，等.利用核磁共振技術(shù)對(duì)丘陵油田低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)油的研究[J].新疆地質(zhì)，2006，24(1)：52-54.

Liu Yueqiang，Zhu Qing，Liang Wenfa，et al.Research on the movable oil in reservoirs with low permeability in Qiuling oilfield with nuclear magnetic resonance technology[J].Xinjiang Geology，2006，24(1)：52-54.

[14] 熊偉，雷群，劉先貴，等.低滲透油藏?cái)M啟動(dòng)壓力梯度[J].石油勘探與開發(fā)，2009，36(2)：232-236.

Xion Wei，Lei Qun，Liu Xiangui，et al.Pseudo threshold pressure gradient to flow for low permeability reservoirs[J].Petroleum Exploration and Development，2009，36(2)：232-236.

[15] 王欣然，李紅英，谷志猛，等.非均質(zhì)微觀模型驅(qū)替剩余油分布規(guī)律研究[J].石油地質(zhì)與工程，2018，32(5)：87-90，124-125.

Wang Xinran，Li Hongying，Gu Zhimeng，et al.Remaining oil distribution of polymer flooding by heterogeneous microscopic model[J].Petroleum Geology and Engineering，2018，32(5)：87-90，124-125.

[16] 陳歡慶，胡海燕，吳洪彪，等.精細(xì)油藏描述中剩余油研究進(jìn)展[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2018，18(29)：140-153.

Chen Huanqing，Hu Haiyan，Wu Hongbiao，et al.Research progress of remaining oil in fine reservoir description[J].Science and Technology and Engineering，2018，18(29)：140-153.

[17] 朱秋秋.核磁共振巖心實(shí)驗(yàn)技術(shù)在JS油田的基礎(chǔ)研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，37(21)：180-181.

Zhu Qiuqiu.Basic research of nuclear magnetic resonance core experiment technology in JS Oilfield[J].China Petroleum and Chemical Standard and Quality，2017，37(21)：180-181.

[18] 周尚文，郭和坤，薛華慶.特低滲油藏水驅(qū)剩余可動(dòng)油分布特征實(shí)驗(yàn)研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015(2)：9-10，77-80.

Zhou Shangwen，Guo Hekun，Xue Huaqing.Experimental research of remaining movable oil in ultra-low permeability reservoir after water flooding[J].Journal of Xi′an Shiyou University(Natural Science Edition)，2015(2)：9-10，77-80.

[19] 邢曉霞，劉永河，姜玲玲，等.羊二莊油田河流相儲(chǔ)集層構(gòu)型與剩余油分布規(guī)律[J].油氣地質(zhì)與采收率，2004，11(2)：9-11.

Xing Xiaoxia，Liu Yonghe，Jiang Lingling，et al.Structure of the facies reservoir and the distribution of remaining oil in Yangerzhuang oilfield[J].Oil and Gas Geology and Oil Recovery，2004，11(2)：9-11.

[20] 宋剛練，劉燕，劉斐，等.斷塊剩余油分布規(guī)律及控制因素[J].斷塊油氣田，2009，16(2)：64-66.

Song Ganglian，Liu Yan，Liu Fei，et al.Distribution and control factors of residual oil in fault blocks[J].Fault-Block Oil & Gas Field，2009，16(2)：64-66.