稠油油藏蒸汽吞吐轉火驅開發儲層變化特征研究

于雪峰，戶昶昊

（1. 長江大學 地球科學學院，湖北 武漢 430100； 2. 中國石油 遼河油田公司勘探開發研究院，遼寧 盤錦 124010）

石油化工

稠油油藏蒸汽吞吐轉火驅開發儲層變化特征研究

于雪峰1，戶昶昊2

（1. 長江大學 地球科學學院，湖北 武漢 430100； 2. 中國石油 遼河油田公司勘探開發研究院，遼寧 盤錦 124010）

火燒油層又稱“火驅”，是稠油蒸汽吞吐開發后期主要接替技術之一，火驅過程中原油在地層中高溫燃燒，發生復雜的物理化學反應，儲層內部會發生固相、液相、氣相的物化、地化反應，造成巖石礦物溶解、沉淀和蝕變以及油、水組分的變化，進而影響儲層內巖石礦物、孔隙結構、物性流體性質。運用巖石薄片、X-衍射全巖、鑄體薄片、全烴色譜等十余項分析測試技術進行研究，揭示蒸汽吞吐轉火驅開發儲層巖石礦物變化規律，儲層物性變化特征、孔隙結構變化特點、流體組分變化特征，為稠油蒸汽吞吐轉火驅開發儲層變化研究提供了較好技術借鑒。

火驅； 儲層； 礦物； 物性； 孔隙結構

D66塊杜家臺油層油藏埋深800～1 200 m，油層厚度44.5 m，孔隙度19.3%，滲透率774 mD，屬于中高孔、中高滲儲層，50 ℃地面脫氣原油粘度為325～2846 mPa?s，為中深層薄互層狀邊水油藏。為探尋蒸汽吞吐后提高采收率技術，2005年6月開展火驅試驗，火驅經歷了火線形成上產階段，目前處于熱效驅替穩產階段，火線前緣溫度大于300 ℃，主力層段實現了高溫氧化燃燒。為進一步認識火驅油藏內部的物理化學反應[1,2]，分析儲層火驅前后傷害的機理和程度、判斷地下燃燒狀態，2013年8月在該塊實施一口密閉取心井S037，該井距離注氣井8.5 m，取心前注氣井累積注入空氣207.3×104Nm3。

1 儲層基本特征

1.1 巖石學特征

巖心粒度分析表明S037井粒級砂巖均有分布，其中以中、細砂較為發育，分別占20.13%、16.2%，其次為細粉砂、極細砂、中礫。碎屑分選性為中等，磨圓度以次棱-次圓為主，接觸關系以點接觸為主,膠結類型以孔隙型為主。碎屑成分主要以石英、長石、巖屑為主，含量分別為28%、36%、35%，巖屑以變質巖巖屑為主，含量為15%，次為酸性噴出巖巖屑。 X衍射全巖分析認為，儲層石英、鉀長石、斜長石含量平均為63.24%、8.31%、14.66%，方解石、白云石、菱鐵礦含量較低，含量平均為1%～2%。綜合該井巖石礦物成分來看，分布較為穩定，成巖自生礦物較少，含量低，成巖作用較弱。

1.2 儲層物性與孔隙特征

該井巖心分析表明，儲層孔隙較為發育，孔隙度14.3%～49.4%，平均為31.5%，滲透率0.165～11 218 mD，平均為22 15.4 mD，該儲層屬于中高孔、高滲、特高滲型儲層。鑄體薄片分析[3]認為，該井儲集空間主要為粒間孔，粒間孔以原生孔隙為主，次生孔隙次之，孔隙較發育（圖1）組分內溶孔是次生成因，孔隙大小與溶蝕程度有關，該井長石及部分噴出巖巖屑溶蝕變深[4,5]，組分內溶孔以長石和噴出巖巖屑溶孔為主（圖2）。

圖1 980.30 m鑄體薄片（單偏光25倍）Fig.1 980.30 m the casting thin sections (single polarization 25 times)

圖2 883.85m掃描電鏡（2 400倍）Fig.2 Scanning electron microscopy (sem), 883.85 m(2 400 times)

2 儲層變化特征

2.1 巖石礦物變化

表1 S037三個不同層段礦物含量表Table 1 S037 three different interval mineral content tables %

常規薄片鑒定及X-衍射全巖定量分析結果（表1）研究認為，火驅后S037井主要礦物成分（組成為石英，次為長石及粘土礦物，少量碳酸鹽）含量發生變化，由于熱采過程中溫壓逐漸增大，蒸汽吞吐溫度250 ℃，火驅溫度370 ℃以上，有利于生成性質穩定的石英，進而吞吐和火驅層段石英含量增加，由57.3%上升至70.4%。

粘土礦物對溫壓的變化反應相對敏感，對孔隙結構及滲透率的變化起關鍵作用，研究認為細粒運移%和粘土膨脹是造成儲層傷害的主要原因。地層中孔隙充填粘土礦物，在高溫蒸汽及空氣的作用下，高嶺石和伊利石，從孔隙表面釋放，隨液體流動，蒙脫石和混合層粘土，先膨脹，然后分離、運移。引起儲層傷害的主要為粘土膨脹、孔隙度減小，引起多孔地層滲透率降低，流體流動所夾帶的顆粒堵塞孔喉，滲透率降低。研究發現，吞吐和火驅層段中的伊蒙混層逐漸減少，伊利石、高嶺石及綠泥石逐漸增加（表2），分析認為溫壓增大有利于伊蒙混層向伊利石轉化，高嶺石則由酸性條件下的鉀長石轉化而來，綠泥石由皂石轉化而來，而隨著伊蒙混層的減少，伊利石、高嶺石及綠泥石的增加，火驅后粘土的膨脹性能減弱，儲層連通性將隨之變好[6]。

碳酸鹽礦物分析表明，火驅后碳酸鹽礦物含量變少（表3）?；痱屵^程中，隨著溫度的升高，火驅高溫（＞370 ℃）的作用碳酸鹽礦物會有一定程度的分解，與空氣中氧氣發生氧化反應，轉化為CO2及相應的氧化物（圖3）。

圖3 S037井三個不同層段代表性陰極薄片Fig.3 S037 well three different typical cathode chip interval

表2 S037三個不同層段粘土礦物相對含量表Table 2 S037 three different interval mineral content tables %

相關文獻[7,8]表明，碳酸鹽在不同環境下，會發生一些水巖反應，在高溫條件下，作為非膨脹性礦物的碳酸鹽能轉化為蒙皂石，方解石與高嶺石、石英和水反應生成鈣蒙皂石和CO2，白云石能接替方解石發生前述反應；在低溫蒸汽下，菱鐵礦也能與高嶺石反應，生成綠泥石（可逆反應）。

表3 S037三個不同層段碳酸鹽平均含量表Table 3 Average carbonate content of S037 well in three different stages %

2.2 物性變化

物性特征的變化主要體現在孔隙度、滲透率及含油飽和度的變化，巖心測試資料（表4）研究認為，由于儲層礦物含量發生變化，火驅后儲層物性隨之改變，孔隙度變化相對較小，滲透率變化較大，即火驅在一定程度上改善了儲集性能，使儲層向開發有利的方向轉化。在火驅波及層段975～978 m，含油飽和度，最低降至13.3%，與吞吐層段巖心顏色偏黑對比，火驅層段巖心顏色明顯變淺（圖4）。

表4 S037三個不同層段物性特征Table 4 S037 interval three different physical characteristics

圖4 吞吐、火驅層段巖心圖片Fig.4 Throughput, fire flooding zone core image

2.3 孔隙結構變化

采用鑄體薄片圖像方法研究儲層空間的微觀結構特點及孔隙在儲集層中的存在方式，對比平均孔隙直徑、面孔率、喉道總數、平均配位數四個參數，火驅后孔隙直徑由160.03μm增至208.49μm，吞吐和火驅兩種熱采方式能夠使儲層孔隙結構變好(表5)。

表5 S037井孔隙圖像分析統計表Table 5 S037 well pore image analysis TAB

2.4 孔隙結構變化

巖石學研究只能通過熒光薄片得到儲集空間及碎屑顆粒含瀝青的情況，分析認為，三個階段流體性質變化較小，巖石瀝青以油質瀝青、瀝青質瀝青為主，含量中低-較高，部分碎屑受油質瀝青、瀝青質瀝青浸染，有熒光顯示，粒間以中亮褐色、褐黃色、黃色熒光為主，呈斑塊狀、環狀（圖5）。

圖5 S037井三個不同層段代表性熒光薄片Fig.5 Representative fluorescence chip of S037 well in three different stages

為了進一步認識流體性質變化，采用全烴色譜進行吞吐層段、火驅層段流體譜圖分析，二維非均質物理模擬研究認為當原油高溫裂解后，火驅后飽和烴的主峰碳向低碳數方向轉移，原油出現了豐富的正構烷烴和異構烷烴。從取心井段975～978 m原油全烴色譜分析發現，火驅層段原油組成變化特征較為明顯，正構烷烴含量相對增加，主峰碳前移（圖6-7），符合高溫氧化燃燒的反應特征，也同樣顯示火驅高溫過火。

圖6 火驅層段全烴色譜圖Fig.6 Fire flooding zone of hydrocarbon chromatogram

圖7 吞吐層段全烴色譜圖Fig.7 Throughput interval of hydrocarbon chromatogram

3 認識與結論

（1）D66塊儲層巖性以巖屑長石砂巖及長石巖屑砂巖為主，碎屑成分為石英、長石、巖屑，結構成熟度及成分成熟度均為中等，屬于高孔、特高孔，高滲、特高滲儲層。

（2）受儲層高溫的影響，吞吐轉火驅后生成了性質穩定的石英，長石及碳酸鹽減少，粘土礦物互相轉化，伊蒙混層相對含量降低，高嶺石、伊利石、綠泥石相對含量增加，碳酸鹽礦物與空氣中的氧化反應，生成CO2及氧化物含量降低。

（3）火驅在一定程度上改善了儲集性能，儲層孔隙度、滲透率升高，含油飽和度大幅降低，喉道平均值變大，分布更均勻，孔喉連通性變好，使儲層向著對開發有利的方向轉變。

（4）火驅后巖石瀝青質變化不明顯，但原油組成變化特征最為明顯，正構烷烴含量相對增加，主峰碳前移，顯示高溫氧化燃燒的特征。

［1］張方禮．火燒油層技術綜述[J]．特種油氣藏,2011，18(6)：2-5.

［2］張方禮，劉其成，趙慶輝，張勇，程海清．火燒油層燃燒反應數學模型研究[J]．特種油氣藏,2012，19(5)：56-59.

［3］趙明，郭志強，卿華，張伶俐，劉偉. 巖石鑄體薄片鑒定與顯微圖像分析技術的應用[J].西部探礦工程,009(3):66-68.

［4］程宏杰，廉桂輝，毛小茵，李霞，胡小冬. 火驅過程中儲集層變化［J］. 特種油氣藏，2014，21(3)：132-135.

［5］蔡文斌，李友平，李淑蘭，等. 勝利油田火燒油層現場試驗［J］.特種油氣藏，2007，14(3)：88-90.

［6］楊興華.低滲透油藏注水開發中粘土礦物的變化及作用分析[M].北京:石油工業出版社，2006.

［7］馬紅.超稠油油藏高溫水巖反應研究與應用[J]. 油田化學，2013，30（1）:87-91.

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Research on Characteristics of Heavy Oil Reservoirs With Fire-flooding After Steam Injection

YU Xue-feng1，HU Chang-hao2
(1. College of Earth Science, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China; 2. PetroChina Liaohe Oilfield Company Exploration and Development Research Institute, Liaoning Panjin 124010, China)

In-situ combustion, also called combustion drive, is one of replacing technologies after steam injection for heavy oil. During the combustion process, crude oil burns under high temperature, and physical and chemical reactions occur. In the reservoir, physicochemical and geochemical reactions of solid, liquid and gas phase can result in rock dissolution, deposition, alteration and the change of oil and water, which will affect the properties of rock，pore configuration and liquid in the reservoir. In this paper, rock slice, X-diffraction bulk rock analysis, image analysis of cast slice and analysis of physical and chemical properties were utilized to reveal variation mechanism of rock mineral, variation characteristics of physical property in reservoir, variation features of pore configuration and fluid composition in the reservoir with fire-flooding after steam injection.

Combustion drive; Reservoir; Mineral; Physical property; Pore configuration

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）10-2454-03

渤海灣盆地遼河坳陷中深層稠油開發技術示范工程，項目號：2011ZX05053。

2015-05-05

于雪峰（1993 -），男，遼寧盤錦人，長江大學地球科學學院資源勘查工程專業在讀。

戶昶昊，中國石油遼河油田公司勘探開發研究院，E-mail：huch6@petrochina.com.cn。