研究背景
我國是世界上注水開發油田比例最高的國家,大多數油田都已經進入開發中後期高含水採油階段,東部油田更為甚之,而且我國油田地質情況複雜,原油性質差異大,儲層非均質性嚴重,注水開發以後地下仍然有60%～70%的油未采出,成為剩餘油。目前,勘探程度高,新增儲量少,且新增儲量中低滲透和稠油儲量所占比例大,同時,隨著國民經濟的發展,對石油和天然氣的需求逐年增大,供求矛盾日益突出。因此,加強剩餘油分布研究,對提高採收率具有重要的現實意義。我國東部注水開發的許多主力油田已進入中、高含水期。一方面新增儲量日益困難, 勘探程度高,新發現油田規模總體呈變小趨勢, 而且新增探明儲量中的低滲透與稠油儲量所占比例逐年加大, 儲量品質變差, 新增及剩餘儲量可動用性較差; 另一方面, 我國注水開發油田“三高二低”的開發矛盾突出, 即綜合含水率高、采出程度高、採油速度高、儲采比低、採收率低, 還有大量石油不能采出。這種開採程度高採收率低的嚴峻局面對石油開發領域的研究提出了更高要求。
我國油田地質情況複雜, 原油性質差異大, 水驅油過程不均勻, 到了勘探開發的後期, 尤其是在那些勘探程度較高的老油田, 經過一次、二次採油後, 僅能采出地下總儲量的30% 左右, 這意味著有60%～ 70% 的剩餘石油仍然殘留在地下成為剩餘油, 這些殘留在地下的剩餘石油儲量對於增加可采儲量和提高採收率是一個巨大的潛力。估計, 如果世界上所有油田的採收率提高1% , 就相當於增加全世界2 至3 年的石油消費量。因此, 加強剩餘油分布規律研究、提高石油採收率一直是油田開發地質工作者和油藏工程師研究的主題。我國油田多為陸相沉積多油層儲層, 層間、層內和平面上滲透率變化大, 而我國近90% 油田均採用注水開發方式,由於非均質性嚴重, 各層吸水量差異大, 注入水往往沿高滲透帶推進, 使縱向上和平面上水推進不均勻, 造成水驅波及體積小, 注入水過早向油井突進,油水分布犬牙交錯, 剩餘油分布既零散又有相對富集部位。因此, 在開發後期我們的主要任務就是要以剩餘油飽和度為主要內容, 進行精細化、定量化、動態化和預測化的油藏描述。同時, 要把工作重點逐漸轉向井間和整個油藏的剩餘油分布研究上。
剩餘油概念
在油田開發界，有學者將剩餘油定義為“殘留在地下的可采儲量，在數值上等於可采儲量與累積採油量之差”。這一定義顯然不當。
我們認為，剩餘油研究的目的，在於搞清剩餘資源的數量及分布，以便盡技術經濟之所能予以最大限度地采出，以獲取儘可能高的油氣採收率。因此，剩餘油應該取其本義，定義為：已開發油藏(或油層)中尚未采出的油氣。
它既包括此前認為的剩餘可采儲量，也包括此前認為的不可采出的油氣儲量(這部分儲量中的相當部分將成為提高採收率階段剩餘油研究的主要目標)。
事實上，在我國油田開發界，大多數同志長時期以來都在採用剩餘油的這一定義。
剩餘油分類
一些學者主張：“注水後地下的殘餘油應該包括兩部分——剩留油與殘餘油，所謂剩留油(或稱剩餘油)是指由於波及係數低，注入水尚未波及的區域內所剩下的原油…，而殘餘油是指注入水在波及區內或孔道內已掃過區域仍然殘留、未能被驅走的原油”。
顯然，他們所說的“剩留油”應是剩餘油的一種存在形式(一般多稱為“死油區”)；他們所說的“殘餘油”應屬廣義的殘餘油範圍，並非室內水驅油結束時的殘餘油，仍然應該歸入剩餘油範疇。
鑒於“剩留油”一詞在油田開發界很少使用；而剩餘油一詞已廣為使用，為免混亂，我們認為以擱置“剩留油”一詞為好。
剩餘油研究方法
俞啟泰把剩餘油研究分為4個級別:微規模、小規模、大規模和巨觀規模。冉啟佑將剩餘油的研究方法總結為:取心方法、開發地質學方法、測井解釋、地震、油藏工程、數值模擬、流線模型、生產測井、測試分析和檢查井資料分析等9種。微觀規模研究微規模油藏描述包括顆粒的研究、孔隙尺寸的分布、孔壁的粗糙度、充填的結構、孔喉的粘土襯、孔隙類型、礦物學、膠結影響以及在掃描電鏡和薄片中可以識別的其它特點。目的主要是研究剩餘油在孔隙內部的分布、數量和性質。研究的主要方法是掃描電鏡、薄片、光刻微物理模型、原油性質分析。微觀規模分布研究就是從微觀、小尺度或小到微米甚至納米級別研究剩餘油的分布。謝俊等的研究認為,目前研究剩餘油微觀分布主要採用微觀物理模擬、物理化學性質及組分分析、孔隙結構及微觀驅替機理分析和計算機模擬技術。高博禹等人的研究給出微觀剩餘油形成與分布的研究技術主要有含油薄片技術、岩心仿真模型驅替法、理想仿真模型驅替試驗方法和隨機網路模擬法。常用的方法主要有微觀物理模擬和計算機數值模擬2種。微觀物理模擬就是藉助顯微鏡的放大、錄像以及圖像處理技術研究儲層流體的微觀滲流過程,從而揭示儲層流體的微觀滲流特徵和剩餘油的微觀分布特徵。物理模擬的實驗條件與實際油藏的地質條件不能完全吻合,達不到真實的油藏條件,加之受到實驗人員的技術和經驗的限制,得出的實驗結果與真實情況存在誤差。油藏數值模擬是通過建立數學模型來研究油藏的物理性質及流體的流動規律。該方法雖然得到廣泛的套用,但仍存在明顯的不確定性,如儲層參數、動態數據的求取以及模擬人員的經驗,因此,在套用過程中應注意提高參數提取的精度,力求將誤差降為最小。
這一部分研究是在宏、大、小規模上研究剩餘油的分布。具體研究內容及方法如下。
(1)驅油效率與波及係數計算
一般在油藏、油田、油區甚至在全國的範圍內進行研究,求出驅油效率與波及係數的平均值,以提供剩餘油的巨觀分布特徵,為挖潛方向的決策提供依據。
(2)三維地震方法
在油田開發中主要有兩方面的作用:一是在高含水期油田或老油區中尋找有利的原油富集地區。利用三維地震等綜合解釋技術進行精細油藏描述,改善了開發效果的例子不勝枚舉。二是監測油田開發過程。
(3)油藏數值模擬方法
利用油藏數值模擬研究油層飽和度,可以計算整個油層中飽和度在空間上和隨時間的變化,並可預測未來飽和度的變化,因此有很大的實用價值。這一方法主要用於兩方面:①利用動態擬合的方法確定實際油藏中的含油飽和度分布,直接指導生產,這已在國內外油田開發中普遍使用;②進行不同地質條件、不同驅動方式油層內飽和度分布的機理研究,我國早在1980年就套用這種技術,揭示了微旋迴性對水驅油層飽和度分布的定量影響。
(4)動態分析方法
動態分析是利用油田生產的各種數據和測試資料來研究剩餘油分布,是一種直接而方便的方法。根據研究結果採取的調整措施,特別是單井調整措施,往往迅速見效,因而在我國套用十分普遍。早在1965年,由玉門石油管理局採油科學研究所和中國科學院蘭州地質研究所合作研製了一套小層動態分析方法,對我國第一個注水油藏—老君廟油田L層的剩餘油分布進行了研究,取得很大成功。國外研究者對動態分析方法也十分重視,例如前蘇聯就提出了稱之為水動力學的方法,用於確定剩餘油飽和度;文獻介紹了用不穩定試井資料製作油層飽和度圖的方法。
(5)沉積相方法
油層的沉積相類型以至層理等微沉積相類型不同,在注水開發後都會形成特定的剩餘油分布特點。河道沉積是我國陸相沉積油田中最普遍的一種沉積類型,又可分為河床相、過渡相、河漫相。油層注水後,注入水首先沿河床相主流線底部高滲透部位急劇突進,使剩餘油分布在河床相上部中低滲透部位和河漫相中。因此河床相的生產井水淹後,封堵出水層或轉注,將有利於剩餘油的開採,改善開發效果。我國許多油田都採用了這套方法並見到成效。
(6)檢查井、觀察井研究方法利用油基泥漿取心、密閉取心和大直逕取心方法,在水淹油層取心,研究剩餘油的分布,這種常用的方法在我國已大量使用。利用取心資料的試驗果,可以用於多方面的研究,例如提高採收率方法的油層飽和度評價,為水淹層飽和度的測井解釋提供基礎資料,為研究注水後油層參數的變化提供基礎數據,以及為剩餘油的微觀研究提供實物等。這種岩心的剩餘油研究雖屬於“小規模”範疇,但由於它的價值巨大而倍受重視。通過觀察井研究油層含油飽和度的變化和底水油藏油水界面的變化,是一種直接而又準確的方法,在油田開發特別是底水驅油藏的開發中起著重要的作用。例如我國底水驅的碳酸鹽岩油田—任丘油田共設油水界面觀察井8口,在研究水淹區采出程度、岩塊滲吸作用、水驅波及體積等方面提供了許多重要的數據,使任丘油田的數模生產動態擬合達到了很高的水平和準確度。
剩餘油分布影響因素
剩餘油分布主要受靜態儲層(地質的)和動態注采狀況(開發的)雙重因素影響。儲層因素是根本的、內在的因素,注采狀況是影響剩餘油分布的外部因素。地質因素主要由儲層的非均質性決定,如儲層砂體的孔隙結構、滲流係數、存儲係數、礦物成分、韻律類型、潤濕性、沉積相,等等。注采狀況指層系的組合與劃分、井網布置、射孔方案、注采強度以及開發方式、開採時間等 剩餘油分布影響因素。
地質因素
（1）斷層控制剩餘油的分布。
a、斷層邊角部位剩餘油富集。蘇北盆地多為小斷塊油藏，斷層發育，且多為多油水系統，靠近斷層的構造高部位控制井少，注水波及小，因此為剩餘油分布的重要場所。
b、小斷層遮擋作用形成剩餘油富集。對於複雜斷塊油田開發後期，低級序小斷層對剩餘油的分布具有重要的控制作用。由於小斷層的遮擋，在其兩盤可能有剩餘油富集。我們可通過三維地震精細解釋、精細地層對比、微構造以及動態矛盾來識別低級序小斷層。
（2）微構造控制剩餘油的分布。
微型構造是在圈閉構造背景上油層頂面（底面）細微的起伏變化，主要為正向構造、負向構造及斜面構造。微型構造影響剩餘油分布的理論依據是油層傾角及油水重力分異對注水開發的影響，使水線推進的速度趨於在平面上均勻分布，油水按重力分異，在構造高部位就留存較多的剩餘油。如果微型構造的高部位沒有井控制，就會形成剩餘油富集區。微型構造的局部起伏形態及幅度大小直接影響剩餘油的分布。
（3）儲層非均質控制剩餘油分布。
從巨觀的角度分析，剩餘油的形成是儲層非均質性對水驅油過程控制作用的綜合體現。研究表明，決定石油採收率的基本地質因素是儲層的非均質性。非均質性可以分為平面、層間和層內非均質性。
a、平面非均質影響，儲層邊緣相帶物性差，水驅效果較差，剩餘油富集。不同的沉積微相形成的沉積砂體具有不同的滲流物性，因此可以說沉積微相控制著注入水在油層中的運動，它是影響剩餘油平面分布的主要因素，如主河道等高滲流區，受注水波及程度高，采出程度也高，次河道及河道間等相對低滲流區剩餘油富集。
b、層內非均質性影響，正韻律油層頂部剩餘油富集。地層沉積韻律控制著儲層垂向滲透率的變化。油層一般是由幾個沉積單元疊加而成的多段、多韻律沉積，受油水重力分異作用的影響，當高滲部位位於砂體下部時，注入水沿少量高滲層突進，水驅縱向波及係數小，在油層頂部存在大量的剩餘油。岩心分析資料表明：在正韻律油層水驅過程中，底部高滲透部位水淹嚴重，向上水淹程度逐漸減輕，從而在多個沉積單元疊加的油層剖面上表現出多段水淹的特徵。
c、層間非均質性影響，開發層系內相對低滲透層剩餘油富集。層間非均質性形成剩餘油的機理與層內非均質性形成剩餘油的機理相似。由於層間滲透率的差異，開發層系內物性好的油層多采多注，注入水沿著高滲透層推進，低滲透層水驅效果差，從而造成低滲透層儲量動用差，剩餘油富集。
（4）厚油層夾層對剩餘油分布的影響。
厚油層中由於夾層的阻隔作用，形成夾層頂部遮擋型和上下隔層夾持型剩餘油類型。在層內發育有連續穩定的岩性或物性夾層的情況下，在緊靠夾層的下部或夾層之間物性相對較差的區域形成一定剩餘油分布，由於隔夾層的存在造成油井多段水淹核。
開發因素
1）斷層控制剩餘油的分布。
a、斷層邊角部位剩餘油富集。蘇北盆地多為小斷塊油藏，斷層發育，且多為多油水系統，靠近斷層的構造高部位控制井少，注水波及小，因此為剩餘油分布的重要場所。
b、小斷層遮擋作用形成剩餘油富集。對於複雜斷塊油田開發後期，低級序小斷層對剩餘油的分布具有重要的控制作用。由於小斷層的遮擋，在其兩盤可能有剩餘油富集。我們可通過三維地震精細解釋、精細地層對比、微構造以及動態矛盾來識別低級序小斷層
（2）微構造控制剩餘油的分布。
微型構造是在圈閉構造背景上油層頂面（底面）細微的起伏變化，主要為正向構造、負向構造及斜面構造。微型構造影響剩餘油分布的理論依據是油層傾角影響剩餘油分布的開發因素主要包括注采井網、生產壓差等。
（1）注采井網不完善。井網因素主要表現為井網及注采系統對儲量的控制程度以及對油層非均質性的適應程度，最重要的是注采系統的完善程度及其與地質因素的配置關係。對於砂體分布不穩定的油層，由於砂體發育不穩定，或規模小現有井網對油層控制程度低，造成注采不完善，或是有注無采，或是有采無注，從而形成剩餘油。另外，寬度小於目前的注采井距的砂體形成的“漏網”部分非主力層、井網控制差、儲量未很好動用以及被井鑽遇而未采或無井控制的油層，都成為油田開發後期剩餘油富集的重要部位。
（2）生產壓差不合理。生產壓差過小滿足不了補充地層能量及產能的需求，生產壓差過大導致注入水平面上沿主流線突進，縱向上單層突進，結果油井暴性水淹，水驅動用程度不高、驅油效率低，剩餘油富集。
剩餘油分布規律及分布模式
（1）分布規律
一般來說剩餘油主要存在於3個部位:構造高部位、砂岩邊部和斷層附近。但剩餘油的形成和分布受各種因素的影響,因此,其分布模式存在多樣化,不同的油田區塊、不同的地質環境和開發方式,其剩餘油的分布模式不同。剩餘油的縱向分布與砂體的韻律、開採方式、井網布置和層系劃分有關。如果是正韻律注水開採,剩餘油一般分布在油層的中上部,且易出現水淹,如果是利用底水能量開採,同樣剩餘油也會分布在上部,這種方式易出現底水錐進。剩餘油橫向分布特徵主要受沉積岩相、構造部位、開採時間和開採方式的影響。構造高部位易形成剩餘油富集區的主要因素是重力作用。
（2）分布模式
研究剩餘油的分布模式可以更好地確定剩餘油的富集部位,有的放矢地採取挖潛措施。不同的研究單位和個人劃分的模式不盡相同,總結歸納如下。前蘇聯從巨觀和微觀綜合劃分為滯留帶中的剩餘油、毛管力束縛的殘餘油、岩石表面的殘餘油、低滲層和繞流帶的剩餘油、未鑽透鏡體剩餘油和斷層遮擋形成的剩餘油。勝利油田根據河流相分為6種模式:水洗區剩餘油、弱水洗區剩餘油、未動用的薄油層、開發造成的剩餘油、微型圈閉內的剩餘油和斷塊外延棱形剩餘油。韓大匡院士根據剩餘油富集區的形成條件將其分為8種類型。俞啟泰教授根據剩餘油存在的地區將其分為斷層附近、構造高部位等6種,同時確定出了注水油藏未波及剩餘油的3大富集區:
①注水高粘正韻律油層頂部未波及剩餘油;
②邊角影響未波及剩餘油;
③層系內由於各小層物性差異開採不均衡形成的未波及剩餘油。由於剩餘油的分布規律受地質和開發等諸多因素的影響,不同的油田或區塊、不同的開發方式就會有不同的剩餘油分布模式,各油田應根據自己的實際情況劃分剩餘油的分布模式,採取相應的挖潛措施。
剩餘油主要研究技術
(1)油藏精細描述技術
油藏描述就是對油藏進行綜合研究和評價。它是以沉積學、構造地質學、儲層地質學和石油地質學的理論為知道，綜合運用地質、地震、測井和試油試采等信息, 最大限度地套用計算機手段, 對油藏進行定性、定量描述和評價的一項綜合研究方法和技術。其任務在於闡明油藏的構造面貌、沉積相和微相的類型和展布, 儲集體的幾何形態和大小、儲層參數分布和非均質性及其微觀待征、油藏流體性質和分布, 乃至建立油藏地質模型、計算石油儲量和進行油藏綜合評價。
油藏描述技術的綜合性、定量化和廣泛使用計算機手段是該項技術最突出的特色, 它涉及多種學科的專業知識。從科研和生產實踐來看, 油藏描述是以多學科的理論為指導, 綜合套用多種信息, 最大限度地套用計算機手段, 對油氣藏進行綜合研究和描述。它是綜合套用地質、地震、測井和油藏工程等資料, 研究全油田的構造面貌、儲集層的幾何形態和岩性岩相、儲層微觀特徵、流體性質和分布規律, 定量描述儲層參數的空間分布規律、儲層非均質性, 計算油氣地質儲量, 建立油藏地質模型, 進行油藏評價, 研究油田開發過程中油藏基本參數的變化, 從而實現對全油田油氣藏進行靜態和動態的詳細描述。
從長期的科研實踐來看, 特別是對那些複雜的油氣藏, 要正確揭示地下油藏的規律, 必須利用多種手段和多種信息, 以多學科的理論為指導, 才能做好油藏的綜合研究和描述, 達到預期的目的。故油藏描述的方法和技術涉及的內容很廣, 概括起來說, 可分為油藏描述的地質技術、油藏描述的地震技術、油藏描述的測井技術和油藏描述的計算機技術等4 個方面。上述4 個方面的技術目的是相同的，即對油藏進行整體或局部、巨觀或微觀、靜態或動態的研究, 去揭示複雜油藏的地質問題。由於各個技術屬於不同的學科, 所套用的原理、方法、手段和信息各不相同, 所以, 它們揭示油藏問題的側面也是不同的。
油藏描述技術發展至今已日趨完善, 實現了從巨觀到微觀、從定性到定量、從二維到三維、從靜態到動態的油藏描述, 標誌著油藏研究進入了一個新階段——精細油藏描述。精細油藏描述技術現已得到我國東西部油田的廣泛套用。其中, 儲層描述技術、儲層岩石物理相技術、河流相砂岩儲層建模及測井約束反演儲層預測技術、微構造研究技術、沉積微相定量描述技術、水淹層測井精細解釋技術、剩餘油描述及潛力評價技術等已迅速得到發展, 並在高含水、特高含水期整裝、斷塊和低滲透等油藏進行調整挖潛中發揮越來越重要的作用。
(2)油藏精細數值模擬技術
油藏數值模擬技術從20 世紀50 年代開始研究至今, 已發展成為一項較為成熟的技術。在油田開發方案的編制和確定、油田開採中生產措施的調整和最佳化以及提高油藏採收率方面, 已逐漸成為一種不可欠缺的主要研究手段。油藏數值模擬技術經過幾十年的研究, 有了很大的改進, 越來越接近油田開發和生產的實際情況, 油藏數值模擬技術隨著在油田開發和生產中的不斷套用, 並根據油藏工程研究和油藏工程師的需求, 不斷向高層次和多學科結合發展。
近年來, 油藏數值模擬技術在各個方面得到了不斷完善, 數值模型的自動化建模技術、精細建模與模擬計算中時間步精確控制技術、模擬參數場的互動更新技術以及工藝措施擬合的數位化技術也逐漸套用於油藏數值模擬研究。
(3)動、靜態描述相結合技術
國內過去開展的油藏描述側重於靜態描述。它主要利用原狀地層參數, 建立概念模型和靜態模型。而開發後期的剩餘油分布研究則必須開展動、靜態相結合的精細油藏描述, 在研究工作中充分利用動、靜態資料, 考慮儲層及流體參數在注水開發過程中的動態變化。動、靜態相結合的油藏描述要求地質模型和數值模擬進行一體化研究, 在油層描述和油井動態分析基礎上, 研究巨觀剩餘油分布。
(4)多學科結合技術
特高含水期油藏油水關係十分複雜, 剩餘油分布研究難度很大, 僅憑單一學科預測剩餘油分布存在很大局限性, 只有套用多學科理論、方法和技術才有可能準確地預測剩餘油分布。多學科綜合研究要求最大限度地採用綜合信息, 地質、地球物理和油藏工程等不同專業的專家共享一個資料庫, 以統一的地質模型為媒介, 以預測剩餘油分布為目的, 緊密配合, 協同攻關。要求每一學科從其他學科不可替代的側面為預測剩餘油分布提供依據, 而且允許各學科從自身角度出發來評價本學科和其他學科對剩餘油分布進行預測的結果是否一致。
(5)系統分析技術
在油田生產開發中, 可以將油田看作一個大系統, 在此系統中, 油水井生產動態是系統內各種因素作用的巨觀表現; 構造因素、沉積相、儲層物性、流體性質及開採中的水驅狀況則是控制系統變化規律的微觀因素。微觀因素髮生變化, 必然會在井的巨觀動態上反映出來, 反之井的生產動態發生變化時, 則反映系統內的微觀因素髮生了變化。要解決非均質砂岩油藏進入高含水階段的油田改造難題,必須按照“系統工程”的原則, 從油藏描述和沉積要素與剩餘油分布關係著手, 建立包括油藏地質分析—油藏工程研究—油藏數值模擬—水驅歷史擬合—油藏精細綜合描述—剩餘油的四維分布(時空分布關係) —適宜的調整措施—3 次採油等在內的配套技術, 才能正確認識油藏的生產潛力, 提高油藏採收率。
