冷凍制片熒光分析法在分析聚驅(qū)后剩余油賦存狀態(tài)中的應(yīng)用

張西龍

（中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

大慶油田主力開發(fā)層系已經(jīng)進(jìn)入聚驅(qū)開發(fā)后期，采出程度高達(dá)60%，仍有近40%的剩余油滯留地下，迫切需要開展聚驅(qū)后微觀剩余油分布規(guī)律研究[1]。目前，研究巖心微觀孔隙內(nèi)流體特征的方法主要有利用掃描電鏡、鑄體薄片、核磁共振、熒光顯微鏡、玻璃刻蝕驅(qū)油實(shí)驗(yàn)等方法，前三種方法是對巖石礦物和孔隙總體特征進(jìn)行研究，后兩種方法是對有機(jī)物的特征進(jìn)行研究。為了能夠觀察天然巖心孔喉分布規(guī)律，以及剩余油分布與天然巖心孔喉分布之間的關(guān)系，研究創(chuàng)建了剩余油冷凍制片熒光分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)方法

剩余油冷凍制片熒光分析方法：①在較低溫度下，對樣品進(jìn)行切磨，以保證在磨片時(shí)，樣品孔隙內(nèi)流體原有形態(tài)沒有被破壞；②綜合鑄體圖像分析顯微鏡、偏光顯微鏡和熒光顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)，通過鑄體圖像分析顯微鏡識(shí)別礦物性質(zhì)，利用不同組分的熒光特性，以顏色劃分水、油、巖石等水邊界，利用已有的計(jì)算機(jī)分析軟件，將不同類型剩余油賦存位置、含量及剩余油飽和度等信息提取出來，并根據(jù)熒光圖像顯示結(jié)果，判斷識(shí)別巖心樣品中不同類型微觀剩余油分布的狀態(tài)。通過以上研究結(jié)果，綜合表征微觀剩余油的分布、量化含量等特征[2–3]。剩余油冷凍制片熒光分析法能夠保持樣品的油水巖原始狀態(tài)及油水界面清晰。

2 分析方法

2.1 樣品制備

制備流程為：冷凍切片、膠結(jié)、打磨平面、貼片、磨薄、編號(hào)。

切片前，利用液氮對樣品冷凍保存，切片時(shí)，切割孔、洞、縫發(fā)育處，切片后，將樣品放置在5 ℃以下進(jìn)行風(fēng)干，然后在真空環(huán)境用502膠膠結(jié)。制作樣品時(shí)，若巖石疏松、裂縫發(fā)育，使用T2型502膠膠結(jié)；針對油砂滲膠較差的情況，使用K1型502膠膠結(jié)；如果膠仍無法滲入，可改用提純石蠟來膠結(jié)平面。在粗磨平面時(shí)，如果遇到掉顆粒的巖石時(shí)，需要使用膠重新進(jìn)行膠結(jié)，再打磨平面，直至無孔洞為止。待樣品水分干后，再進(jìn)行載片。含油巖樣中如果存有氣泡，氣泡含量不能超過巖樣面積的3%，一般巖樣中氣泡含量不應(yīng)超過巖樣面積的1%。磨片時(shí)，厚度粗磨到0.10 mm，細(xì)磨到0.06～0.07 mm，精磨到0.04～0.05 mm。薄片不蓋片，但易潮解、易揮發(fā)的巖樣樣品需蓋片。

2.2 確定方法

不同組分的原油，熒光特性不同，熒光顏色、強(qiáng)度都會(huì)有所不同，因此，可以根據(jù)熒光的顏色判斷原油組分。紫外光激發(fā)條件下，飽和烴類不發(fā)熒光；芳烴主要呈藍(lán)色和藍(lán)白色；非烴一般顯示黃色、棕色、橙色、橙黃色；瀝青質(zhì)呈紅色、棕紅色甚至黑褐色。水在熒光顯微鏡下不發(fā)光，但水溶解了微量的芳烴，就會(huì)發(fā)出淺藍(lán)色。因此，利用發(fā)出的熒光顏色可以判別水和油（表1）。

表1 不同組分與激發(fā)發(fā)光顏色的關(guān)系

2.3 結(jié)果對比

普通熒光顯微鏡在照相時(shí)，熒光薄片的厚度為1.00 mm，在顆粒小于1.00 mm時(shí)，難以區(qū)分孔隙和顆粒。使用常規(guī)的熒光分析方法，區(qū)分不明顯（圖1a）。制片冷凍后，可以保持油水分布的初始狀態(tài)[4]；薄片厚度小于0.05 mm，避免顆粒上下遮擋和熒光干擾。使用紫外熒光激發(fā)全波段熒光信息采集，巖石不發(fā)熒光，呈現(xiàn)黑色，原油發(fā)黃褐色熒光，水發(fā)藍(lán)色熒光，可以清晰地區(qū)分油水界面（圖1b）。目前，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖像分析，可以求解含油面積、含水面積，以及聚驅(qū)后剩余油飽和度和微觀剩余油類型及含量，通過冷凍制片后的熒光圖像進(jìn)行剩余油分布詳細(xì)描述[5–6]。

圖1 普通熒光和冷凍制片熒光的油水巖分布特征

3 剩余油賦存狀態(tài)

儲(chǔ)層中，微觀剩余油的賦存狀態(tài)復(fù)雜，根據(jù)孔隙中剩余油與水的分布狀態(tài)，將剩余油分為三種類型[7–17]，第一種是自由態(tài)類型剩余油，有粒內(nèi)狀、淡霧狀、粒間吸附狀和簇狀剩余油；第二種是在束縛態(tài)類型的外層或離礦物表面較遠(yuǎn)的半束縛態(tài)類型剩余油，有孔隙中沉淀狀、角隅狀和喉道狀剩余油；第三種是吸附在礦物表面的束縛態(tài)類型剩余油，分為顆粒吸附狀、狹縫狀和孔表薄膜狀剩余油。

3.1 自由態(tài)剩余油

簇狀剩余油部分處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，賦存在孔隙內(nèi)，水驅(qū)后，主要?dú)埩粼诒淮罂椎腊鼑男『淼揽紫吨校垓?qū)時(shí)，形成穩(wěn)定的油絲通道，將此類剩余油驅(qū)替出來（圖2a）。粒內(nèi)狀剩余油多賦存在粒內(nèi)孔中（圖2b）。粒間吸附狀剩余油多分布在泥雜基或黏土礦物含量，處于開放的孔隙中，吸附在黏土表面，易堵塞喉道，但可以被油藏內(nèi)流動(dòng)的流體帶出（圖2c）。淡霧狀剩余油是高水淹儲(chǔ)層經(jīng)過反復(fù)沖刷后，仍然吸附在顆粒表面的剩余油（圖2d）。

圖2 自由態(tài)剩余油（J2–351井，20×10倍冷凍制片紫外熒光）

3.2 半束縛態(tài)剩余油

角隅狀剩余油孔道不連通的部位分布為主，多存在于孔隙復(fù)雜的空間角落處，一側(cè)依附在顆粒的接觸角處，另一側(cè)位于孔隙空間內(nèi)，呈自由態(tài)（圖3a）。聚驅(qū)過程中，角隅狀的剩余油在受到聚合物的剝離、拉拽作用后，部分會(huì)被驅(qū)替出來。喉道狀的剩余油主要存在于細(xì)小喉道處，多賦存在碎屑顆粒緊密接觸的細(xì)長狀喉道內(nèi)部，因毛細(xì)管作用而形成了束縛態(tài)，在物性交差的弱、未水洗巖心中廣泛分布（圖3b）。孔隙中沉淀狀剩余油的主要成分是瀝青質(zhì)和膠質(zhì)，多以微小孔隙、連通不暢孔隙中分布為主（圖3c）。

圖3 半束縛態(tài)剩余油（J2–351井，20×10倍冷凍制片紫外熒光）

3.3 束縛態(tài)剩余油

孔表薄膜狀剩余油以分布在巖石顆粒親油的孔道表面為主，由于巖石的親油性，水的驅(qū)替作用難以驅(qū)替此類殘余油，油膜的分布范圍較廣，而聚合物溶液的剝離作用，使聚驅(qū)后剩余油明顯減少（圖4a）。由于顆粒表面吸附能力較強(qiáng)，且孔喉中已形成連續(xù)水相，致使顆粒表面的剩余油難以被驅(qū)替，從而形成了吸附狀的剩余油，多分布在泥雜基或黏土礦物含量較高的部位（圖4b）。狹縫狀剩余油存在于云母、長石等片狀礦物溶孔內(nèi)，或顆粒裂隙及片狀礦物的解理縫隙中，以碎屑成分成熟度低，及粒內(nèi)溶蝕孔發(fā)育的層段分布為主（圖4c）。

圖4 束縛態(tài)剩余油（J2–350井，1 220 m，20×10倍冷凍制片紫外熒光）

4 剩余油量化分布特征

聚驅(qū)后微觀剩余油分布特征表現(xiàn)為整體零散分布，存在局部富集區(qū)域的特征。隨著聚驅(qū)后水洗程度的增加，自由態(tài)剩余油的含量減少，束縛態(tài)剩余油的含量增多，這部分剩余油難以動(dòng)用（表2）。從弱水洗樣品中剩余油分布來看，聚驅(qū)后顆粒間的剩余油一部分被驅(qū)替，微觀剩余油仍以自由態(tài)剩余油類型為主，主要包括簇狀和粒間吸附狀剩余油；從中水洗樣品中剩余油分布來看，自由態(tài)剩余油大部分被驅(qū)替，孔表薄膜狀和顆粒吸附狀等束縛態(tài)剩余油所占比例達(dá)42.7%以上，但自由態(tài)剩余油中的簇狀和粒間吸附狀剩余油所占比例仍較高，達(dá)46.7%；從強(qiáng)水洗樣品中剩余油分布來看，粒間、孔內(nèi)等自由態(tài)剩余油基本全部被驅(qū)替，束縛態(tài)剩余油占比高，其中孔表面薄油膜狀占比達(dá)59%。由于溶蝕作用，在強(qiáng)水洗的巖樣中云母等片狀礦物形成了粒內(nèi)的溶孔和溶隙，聚驅(qū)過程中，部分原油被運(yùn)移到溶孔中，形成了粒內(nèi)狀的剩余油，其占比相對較高，達(dá)10.0%。

表2 不同水洗部位巖心樣品微觀剩余油分布比例 %

5 結(jié)論

（1）利用先進(jìn)的剩余油冷凍制片熒光分析法，觀察巖心內(nèi)孔喉分布規(guī)律及其與剩余油分布之間的關(guān)系，量化表征了自由態(tài)、半束縛態(tài)和束縛態(tài)三種類型微觀剩余油賦存狀態(tài)的分布特征，在定量化分析聚驅(qū)后微觀剩余油分布方面取得較大進(jìn)步，對聚驅(qū)后剩余油挖潛具有重要指導(dǎo)意義。

（2）細(xì)化表征了聚驅(qū)后微觀剩余油的賦存狀態(tài)。自由態(tài)剩余油細(xì)分為淡霧狀、粒內(nèi)狀、簇狀和粒間吸附狀；束縛態(tài)剩余油細(xì)分為狹縫狀、孔表薄膜狀和顆粒吸附狀；半束縛態(tài)剩余油細(xì)分為喉道狀、有角隅狀和孔隙中沉淀狀。

（3）聚驅(qū)后微觀剩余油的分布表現(xiàn)為整體零散分布，存在局部富集區(qū)域特征，水洗程度從弱水洗向強(qiáng)水洗變化時(shí)，粒間吸附狀和簇狀的自由態(tài)剩余油含量逐漸減少，孔表薄膜狀的束縛態(tài)剩余油含量逐漸增多。