极浅层稠油油藏油砂特征及潜力评价

吴兆徽，吴颖昊，郭金辉，翟麟秀，吴颖欣，徐守余

1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266580；2.胜利油田勘探开发研究院，山东东营257015；3.胜利油田长安集团，山东东营257000；4.胜利油田技术检测中心，山东东营257000；5.胜利油田胜机石油装备有限公司，山东东营257067

极浅层稠油油藏油砂特征及潜力评价

吴兆徽1，2，吴颖昊1，郭金辉3，翟麟秀4，吴颖欣5，徐守余1

1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266580；2.胜利油田勘探开发研究院，山东东营257015；3.胜利油田长安集团，山东东营257000；4.胜利油田技术检测中心，山东东营257000；5.胜利油田胜机石油装备有限公司，山东东营257067

油砂和浅层稠油是具有超低开发成本的两类非常规资源，非常规与历次油价下跌密切相关，使得这类资源成为了全球瞩目的焦点.春风油田兼具地表油砂和浅层稠油两类非常规，但岩心在地表会呈现极松散的不成型油砂，使得一些基础常规实验无法测定，影响到进一步分析评估.因此，需要针对这类非常规资源进行一系列新实验，即在常规实验的基础上，增加热物性、高温相渗、核磁共振等专项实验，并与常规实验结果进行比较.热物性实验发现，储层内部灰质、泥质夹层导热性良好，反映热波及效率会较高.相渗实验发现，油砂的油水相渗Kro和Krw的终点间距较大，两相覆盖范围宽，束缚水饱和度低，且孔隙越均匀，油相相对渗透率就越大.实验还发现，热物性、相渗、阵列感应实验得到的不同参数，相互之间存在一定相关性.利用新的核磁共振方法，可直接得到束缚水饱和度，获取原始含油饱和度，进而求取驱油效率，大大简化实验步骤和测试项目.最后，通过驱油效率计算和潜力评价发现，虽然经过多轮次吞吐，油砂目前的平均含油饱和度仍然很高，反映了稠油储量动用程度低，仍有很大的开发潜力.

非常规资源；浅层；稠油；油砂；核磁共振；潜力评价

0 引言

伴随国际各类能源价格下跌，与之密切相关的非常规资源逐步成为了全球瞩目的焦点.油砂和浅层稠油都是重要的非常规资源，其成本甚至低于致密页岩油［1-3］，具有更高的开采价值.加拿大Saskatchewan油砂的完全成本是44.3/bbl［4］，与近期油价底部44/bbl一致，间接反映了国际金融在压制油价的同时，确保了传统油砂行业的利益.加拿大部分地区油砂甚至存在更低的成本，操作费从25/bbl降至10/bbl［5］.由此可见，地表油砂和极浅层原油在较低油气价格的新常态、新形势下，仍具有明显的成本优势和竞争力.由于油砂通常埋藏极浅，处于极松散弱压实状态，难以进行精确的物性、含油饱和度实验测定，因此需要更多针对特超稠油的新实验进行综合评价，例如热物性、高温相渗、核磁共振等.热物性实验得到的导热系数反映了隔夹层导热情况，有助于开发决策和数值模拟［6］；相渗实验数据可以用于数值模拟开发过程中的渗流情况［7］；核磁共振可测得束缚水饱和度［8］，从而得到原始油饱和度，进一步求取驱油效率，进行开发潜力分析.

准噶尔盆地西北缘浅层油砂资源丰富［9-11］，具有较高开发价值.春风油田位于西北缘车排子凸起，含油层系为白垩系底部吐谷鲁群组（K1tg），以砂砾岩为主，属于开阔滨浅湖滩坝砂沉积，是具有边底水的浅层稠油油藏［12］.油砂一般埋深跨度大，从露头到600 m的极浅层［13-15］.研究区目前单井日油7.0 t/d，累积产油19.6×104t，是重要的先导试验区，同时正在进行油砂资源和极浅层稠油开发相关的技术攻关.由于该地区同时了涵盖了油砂、浅层稠油两种非常规资源，因此对其特征进行研究，具有较高的科研价值.

1 稠油油藏油砂特征分析

由于该块油藏埋深极浅，压实作用弱，取至地面全为不成形的松散油砂.另外，由于原油以特超稠油为主，因此除常规实验外，针对油砂热采［16］的实际情况，进行了热物性、高温渗流实验、核磁共振等专项实验项目.从开发角度看，开展各项实验的最终目的是分析不同区域的含油情况和动用程度，具体要明确储层物性、非均质性、热物性参数、原始和当前含油饱和度，进而计算驱油效率，为该块原油评价开采提供依据.

1.1 油砂镜下分析

岩性以棕褐色富含稠油细砂岩为主，铸体薄片砂岩疏松，颗粒之间不接触，被油质填充，磨圆呈棱角状，颗粒分选性差，反映了近物源扇体岩石快速混杂堆积的沉积环境.砂质以中细砂为主，岩屑成分主要为石英，泥质被油浸染，对应的含油饱和度高达81.3%.这一方面反映了由于油层埋藏浅、压实作用弱，造成砂质疏松；另一方面反映了由于含油饱和度过高，呈现出颗粒之间不接触、砂浮于油的情况.

扫描电镜中，岩石粒间孔分布较均匀，微孔隙发育.可见粒间孔隙充填石英、钠长石、碳质、片状绿泥石，钠长石有溶蚀现象（图1）.其中的水敏矿物伊蒙混层比较常见，有些呈蜂巢状分布在表面，还有些在颗粒间以黏土桥形式存在.长石有溶蚀现象，次生孔隙发育，使得储层物性较好.镜下还经常见到一些黄铁矿、绿泥石，这些矿物反映滨浅水体环境，具体属于开阔滨浅湖水下扇滩坝砂的沉积环境.

图1 扫描电镜下黏土矿物照片Fig.1 SEMphotographofclayminerals

通过全岩X衍射实验分析，K1tg全岩矿物组分平均含量稳定，黏土矿物平均2.36%，石英73.8%，长石18.9%，敏感性矿物主要以伊/蒙间层和高岭石为主（图2）.黏土矿物含量高的部位，伊蒙混层的含量百分比也较高，其他黏土矿物相对值较低；黏土矿物含量低的部位，伊蒙混层的百分比较低.伊蒙混层是水敏矿物，遇水后会胀大到原来的近千倍，即水驱目前不可行，但最新研究发现，高温热采条件下，会存在黏土矿物转化，水敏矿物会高温转换为非水敏矿物，孔渗没有降低，因此虽然黏土矿物表明存在水敏，但稠油的蒸汽热采仍然是可行的.

图2 X衍射实验黏土矿物垂向相对含量Fig.2 VerticalrelativecontentofclaymineralsinX-ray diffractionexperiment

2.2 油砂粒度分析

粒度特征是水动力特征的物质表现，可进行环境分析及相展布研究［17］.通过该块岩心粒度分析得出，K1tg粒度中值范围为0.21～0.73 mm，平均0.511 mm，以中、粗砂岩为主.粒度概率曲线呈近似圆弧状，为三段式，由悬浮、跳跃及过渡带次总体组成.数据汇总得到粒度概率累计曲线图，由跳跃向悬浮次总体斜角减小，反映分选逐渐变差.C－M粒度概率图上反映以递变悬浮段、滚动悬浮段为主，反映水体搬运能力相对较强，表明沉积作用以牵引流沉积为主（图3）.

1.3 油砂常规物性与热物性特征

从砂体形态上看，排601块K1tg砂体呈“条带”展布，SP测井曲线上多为箱型、钟型，具正韵律.根据物源、粒度、电性及砂体形态，推断该块K1tg砂体沉积模式为开阔滨浅湖滩坝砂沉积.目的层之上为滨浅湖泥，目的层是油性物性极好的滩坝砂，之下再次出现滨浅湖泥.

由常规资料可知，油砂孔隙度平均38.8%，渗透率平均6862mD，原始资料具有极高的孔渗性.由于油砂非常疏松，物性分析结果略高，需要对结果进行压实校正.根据覆压实验，给出了本块疏松油砂的体的孔渗压缩校正公式：

图3 K1tg油砂样品粒度概率曲线Fig.3 GrainsizeprobabilitycurveofK1tgoilsandsamples

式中，Φ地上：压缩前孔隙度；Φ地下：地下真实孔隙度；K地上：压缩前渗透率；K地下：地下真实渗透率.

经过覆压校正，K1tg孔隙度平均值由38.8%校正到35.0%，渗透率平均值由7862×10-3μm2，校正后为5723.6×10-3μm2，说明K1tg储层物性很好，属于高孔、高渗的滩坝砂沉积相.从开发上看，高孔高渗有利于在特超稠油热采过程中，蒸汽的扩展和稠油的流动，适合继续在极浅层采用热采方式开发.

由于该块油砂目前仍以热采开发为主，因此专门进行了岩石热物性参数实验.K1tg层内灰质含砾细砂岩导热系数1.6，比热系数1.7；泥岩导热系数平均1.23，比热系数平均2.0.导热、比热系数都较大，且油砂内的泥岩隔夹层传导能力略好于灰质夹层.实验还发现，热物性、相渗、阵列感应实验得到的不同参数，相互之间存在一定的相关性，比如导热系数与孔隙度相关，孔隙度稍大的砂岩，导热能力就不及孔隙度较小的泥岩.比热系数与油水饱和度也相关，含水比例越大，比热相对越大.由于该块影响流体流动的隔夹层以泥岩和泥质砂砾岩为主，而泥岩导热系数较低，该情况有助于油砂内部的热传导，并有利于蒸汽扩展和稠油黏度的降低.

1.4 油水渗流特征分析

首先从孔喉特征上看，镜下孔喉连通性、分选性都较好.从压汞孔隙结构参数表上看，孔喉半径大，为8.64～19.46 μm，平均15.78 μm，孔喉对渗透率主要贡献区间为16～100μm（图4）.K1tg油砂由于孔喉粗，排替压力较低，一般为0.011～0.029 MPa，利于油藏开发.毛管压力曲线有明显平台，反映储层喉道较粗，且比较集中，相对分选性好.

图4 白垩系吐谷鲁群组高渗样品压汞实验曲线图Fig.4 CapillarypressurecrossplotofK1tg

由于富含油油砂收获率较低，且油水相渗实验费用高昂，用于开展相渗试验的成型样品较少.选取工区观察井排601-观1、观3井约470 m K1tg的两块样品，通过相渗实验发现，油水两相渗流区间在20%～78%之间，油水等渗点的含水饱和度在52%左右，残余油饱和度约为21%（图5），反映了不可动用的残余油约占1/5.Kro和Krw的终点较大，两相覆盖范围宽，束缚水饱和度（Swi）低，说明孔隙大、连通性好.实验结果表明，孔隙分布越均匀，油相的相对渗透率越大，水相相对渗透率就越低.研究区的相渗实验曲线明显具有油相相对渗透率偏高的特点，反映砂砾岩体孔隙分布较均匀的特点.

2 油砂含油性评价及潜力预测

2.1 油砂含油饱和度

岩心呈现为极松散的富含油油砂，油饱和度范围较广，在46.6%～84.8%之间，平均64.7%.油、水饱和度之和在75%～95%之间.油砂层内部偏上的含油饱和度更高一些（图6）.油层主体部位饱和度之和存在约10%的误差，因此需要用数学方法对岩心油水饱和度的误差进行校正.

图5 油砂油水相渗曲线Fig.5 Crossplotofsaturationsandoilsandrelativepermeability

图6 实测油水饱和度之和的垂向分布Fig.6 Vertical So+Swdistribution

岩心从现场取心到冷冻、解冻放置、切割成样过程中，造成饱和度误差的因素有较多，具体有地面释压体积膨胀、水冷冻造成的孔隙膨胀、溶解气挥发、岩心长时间裸露放置、岩心切割产生高温挥发等.目前存在10多种饱和度校正方法［18-21］，但都存在加权分配、校正后油水饱和度之和等于100%的特征.此处对诸多校正方式求同存异，使用投影法进行校正，对数据点投影实现误差校正（图7）.投影法是一种与客观实际相符的数学方法，无需破解超越方程［22］或对数方程，具有较好的计算和应用的可行性，投影后的油水饱和度So＝（m－n+100）/2，Sw＝（n－m+100）/2，其中（m，n）为投影前的数据点，So、Sw为校正投影后的数据.通过对油砂的饱和度误差进行投影校正，对校正后的数据点平均，得出目的层K1tg平均油饱和度72%，平均水饱和度28%.

图7 油水饱和度投影法校正Fig.7 Regressioncrossplotof Sovs.Sw

2.2 驱油效率

驱油效率计算一般采用地下油法，即：驱油效率＝（1-Swi-So）/（1-Swi），Swi为束缚水饱和度，So为油饱和度.而对于Swi的求取，过去使用的方法比较繁琐，需要的资料也比较多，要利用油藏原始状态的油基泥浆井资料，采用线性多元回归的方法，建立不同相带Swi与孔隙度、粒度中值或泥质含量的关系式，从而求取Swi.

此次使用了新方法计算驱油效率，利用了最新的岩心核磁共振实验［23］.该实验本身可得到束缚水饱和度Swi，省去了大量繁琐步骤和难以获取的数据，从一定程度上减少了实验，降低了实验分析成本.通过实验测试得到平均弛豫时间T2截止值，根据束缚状态T2值，测得Swi为17.43%，从而得到原始油饱和度So平均82.57%（图8）.

结合前面算得的含油饱和度平均值75.2%，利用驱油效率计算公式，算出驱油效率为7.37%.由于排601块地广井稀，动用时间短，注蒸汽井对周边的驱替动用程度仍较低，目前仍有很大的开发潜力.从开发方式上看，该块受埋深跨度大（0～600m）、上部水层、环保要求等因素制约，仍不适合采用大量挖掘方式开采，进行稠油油藏热采开发仍是该块油砂最好的开发方式.

图8 核磁共振束缚水饱和度测试实验图谱Fig.8 NMRexperimentofirreduciblewatersaturation

2.3 剩余油分布

2.3.1 宏观分布特征

垂向上，层内灰质夹层之上的砂岩含油饱和度平均为77.7%，夹层之下含油饱和度为69.9%，说明可能由于水平井轨迹往往偏下，在层内灰质夹层之下开采，造成下部含油饱和度略低.

平面上，水平井井间岩石样品的含油饱和度平均为76.1%，水平井排间岩石样品的含油饱和度平均为75.5%，说明该块水平井排间剩余油饱和度略微高于井间剩余油饱和度，且热采时间短，开发程度低，不同部位含油饱和度差别不大.

2.3.2 微观分布特征

铸体薄片剩余油在孔隙、喉道中非常富集，主要以连片赋存方式为主，实验测得其对应的岩石样品含油饱和度一般在70%～82%之间，比较接近核磁共振算得的油藏原始含油饱和度82.57%.因此从这些方面也可看出油砂虽经过一段时间开采，仍具有很大的开发潜力.

3 结论

（1）由于油砂压实作用弱，处于富含油极松散的弱压实状态，不易进行精确物性、饱和度实验测定，进而影响到潜力分析评价.因此，在常规实验基础上，进行了一系列特殊的实验，即热物性、高温相渗、核磁共振等实验.油砂热物性和高温相渗特性不会受松散程度影响.核磁共振可直接测定束缚水饱和度，从而得到原始含油饱和度.这些新的特殊专项实验，不会因为样品松散影响测定，即都可用松散不成型的样品开展实验，能有效反映稠油油藏储层的热物性和原始含油情况，有助于对极浅层松散油砂进行有效分析和评价.

（2）热物性实验发现，比热系数、导热系数两类热物性参数是孔隙度、油饱和度的函数，储层内部灰质、泥质夹层导热性良好，反映热波及效率会较高.

（3）高温相渗实验反映了孔隙大小和连通性，孔隙大、连通性好的油水相渗Kro和Krw的终点间距较大，两相覆盖范围宽，束缚水饱和度低；孔隙越均匀，油相相对渗透率就越大，相渗实验还能顶替常规物性实验反映研究区油砂高孔高渗的情况，这与颗粒间不接触悬浮于稠油内部的镜下实际情况相对应.

（4）核磁共振可直接测得束缚水饱和度，得到原始油饱和度，经验证该方法可靠，不仅简化了计算步骤，而且减少了实验，降低了实验成本.通过驱油效率计算和潜力评价发现，由于油砂目前平均油饱和度仍很高，驱油效率低，反映了油藏虽然经过了多轮次吞吐，但动用程度仍然很低，含油饱和度仍然很高，具有极大的开发潜力.

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FEATURESANDASSESSMENTOFOILSANDINSHALLOWHEAVYOILRESERVOIRS

WU Zhao-hui1，2，WU Ying-hao1，GUO Jin-hui3，ZHAI Lin-xiu4，WU Ying-xin5，XU Shou-yu1
1.Geology Science and Technology Institute，China University of Petroleum，Qingdao 266580，Shandong Province，China；2.Geology Exploration and Development Institute，Shengli Oilfield，Dongying 257015，Shandong Province，China；3.Shengli Changan Co.，Ltd.，Dongying 257000，Shandong Province，China；4.Technology Supervisor Institute，Shengli Oilfield，Dongying 257000，Shandong Province，China；5.Shengji Petroleum Equipment Co.，Ltd.，Dongying 257067，Shandong Province，China

Oil sand and shallow heavy oil are low-cost unconventional resources，which greatly impact the oil prices.In Chunfeng Oilfield，which is the combination of both kind resources，the rich oil sand in shallow reservoirs is loose due to weak compaction.Therefore，it is difficult to carry out some routine experiments，such as physical properties and oil saturation.Beside conventional tests，some new experiments are necessary for these unconventional resources，i.e.thermal properties，high-temperature permeability analysis，NMR saturation test，etc.Thermal experiments show that both muddy and limy interlayers in reservoirs are usually high thermal conductivity，indicating a high thermal efficiency during development.Phase permeability experiment，which reflects pore sizes and connectivity，shows great difference between the ending values of Kroand Krw，with a wide range of 2-phase covers and low irreducible water saturation.The evener the pore sizes are，the higher the oil phase relative permeability is.NMR can directly obtain the value of Swiand original oil saturation，and then calculate the oil displacement efficiency.The potential assessment result shows that after many rounds of steam stimulation，the inter-well oil saturation is still high，which reflects the low oil displacement efficiency，suggesting a great potential of the oil sand.

unconventional resources；shallow layer；heavy oil；oil sand；nuclear magnetic resonance（NMR）；potential assessment

1671-1947（2016）03-0281-06

TE345

A

2015－06－03；

2015-11-09.编辑：张哲.

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（编号2011ZX05011）；中石化科研“极浅层特超稠油开发关键技术研究”（编号P13055）.

吴兆徽（1985—），男，在职博士，现从事油藏地质和稠油开发方面的科研工作，通信地址山东省东营市聊城路2号.E-mail//325117168@qq.com