張 陽(yáng) ，李 際，宋丙慧，黃金富，吳興旺

1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)石油學(xué)院，新疆 克拉瑪依 834000 2.中國(guó)石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆 克拉瑪依 834000 3.中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000 4.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 濱海新區(qū) 300280

引言

隨著開(kāi)發(fā)程度的不斷提高，國(guó)內(nèi)老油田綜合含水率普遍達(dá)到90% 以上，幾乎全面進(jìn)入特高含水期，長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)使得剩余油高度分散，挖潛難度不斷加大。中國(guó)原油產(chǎn)量70%來(lái)自于老油田，老油田穩(wěn)產(chǎn)是保持國(guó)內(nèi)原油產(chǎn)量穩(wěn)定的“壓艙石”，對(duì)保障國(guó)家能源安全具有重要意義。沖積扇是中國(guó)特高含水油田最主要的含油相類型。沖積扇水動(dòng)力條件復(fù)雜、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，在特高含水油田中研究程度較低，開(kāi)發(fā)潛力較大。以渤海灣盆地的大港油田為例，在其發(fā)育的河流、三角洲、灘壩及沖積扇等含油沉積相類型中，雖然沖積扇沉積平均采收率僅有20.45%，與河流相的34.96%相距甚遠(yuǎn)；但是其剩余油可采儲(chǔ)量相對(duì)較高，達(dá)到23.67%。因此，沖積扇儲(chǔ)層提高采收率及挖掘剩余油是特高含水油田效益穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

20 世紀(jì)60 年代至80 年代，中國(guó)陸相油田分層注水開(kāi)發(fā)理論和技術(shù)開(kāi)始建立[1]，油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中逐漸進(jìn)行了層系、井網(wǎng)的調(diào)整與完善，動(dòng)態(tài)開(kāi)發(fā)技術(shù)充分發(fā)展；20 世紀(jì)80 年代中后期到90 年代末期，面對(duì)注水開(kāi)發(fā)逐步暴露出的層間矛盾，針對(duì)中國(guó)陸相復(fù)雜油藏的描述方法開(kāi)始建立[2]，中國(guó)石油率先攻克了以密井網(wǎng)資料為核心的精細(xì)油藏描述技術(shù)并應(yīng)用于老油田，靜態(tài)儲(chǔ)層描述技術(shù)日趨完善；進(jìn)入21 世紀(jì)，“動(dòng)、靜態(tài)描述相結(jié)合”的宏觀剩余油研究技術(shù)被提出[3]，中國(guó)石油對(duì)老油田實(shí)施以“重構(gòu)地下認(rèn)識(shí)體系、重建井網(wǎng)結(jié)構(gòu)、重組地面工藝流程”為核心的“二次開(kāi)發(fā)”[4]，動(dòng)靜態(tài)因素初步有效結(jié)合。隨著老油田進(jìn)入特高含水期，雖然化學(xué)驅(qū)、氣驅(qū)、熱力驅(qū)及微生物驅(qū)等三次采油技術(shù)的發(fā)展為提高水驅(qū)油藏采收率提供了新思路[5-7]，但在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，水驅(qū)控制儲(chǔ)量仍占絕大部分。水驅(qū)剩余油的形成是注采井網(wǎng)及生產(chǎn)壓差等動(dòng)態(tài)條件作用在靜態(tài)儲(chǔ)層的綜合結(jié)果，控制水驅(qū)剩余油形成的主要因素既包括宏微觀孔喉結(jié)構(gòu)[8-9]、潤(rùn)濕性[10-11]及非均質(zhì)性[12]等內(nèi)在靜態(tài)因素，也包括水驅(qū)條件、井網(wǎng)及井型等外在動(dòng)態(tài)因素[13]。

近年來(lái)，儲(chǔ)層構(gòu)型、微觀儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)及內(nèi)部流體特征研究的不斷深入，使得油藏靜態(tài)儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)有了質(zhì)的飛躍。如何將傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)開(kāi)發(fā)因素與現(xiàn)今靜態(tài)儲(chǔ)層突破性新認(rèn)識(shí)相結(jié)合厘清其共控的剩余油賦存特征及動(dòng)用機(jī)理，將是特高含水油田沖積扇儲(chǔ)層剩余油挖潛的核心。

1 對(duì)沖積扇靜態(tài)儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)逐漸精細(xì)、精準(zhǔn)

沖積扇的概念最早由Drew 提出[14]，由于沖積扇成因復(fù)雜，油氣儲(chǔ)量相對(duì)較少，對(duì)其研究程度低于河流和三角洲。經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的探索，針對(duì)沖積扇的沉積和儲(chǔ)層特征、形成主控因素、時(shí)空演化規(guī)律和分布模式等有了清晰的認(rèn)識(shí)。

1.1 宏觀儲(chǔ)層特征研究逐漸精細(xì)化

近幾十年，儲(chǔ)層構(gòu)型研究的興起使得沖積扇宏觀儲(chǔ)層特征研究逐漸精細(xì)化。

首先，這種“精細(xì)化”體現(xiàn)在基本研究單元的精細(xì)化。針對(duì)沖積扇儲(chǔ)層構(gòu)型，前人根據(jù)形成沖積扇水動(dòng)力條件的不同，將沖積扇儲(chǔ)層構(gòu)型模式分為3 種并明確了其構(gòu)型特征：1）碎屑流主控的沖積扇[15-16]；2）河流主控的沖積扇[17]；3）碎屑流與辮狀水道控制的沖積扇[18-19]。上述沖積扇儲(chǔ)層構(gòu)型的研究是把扇根、扇中及扇緣3 個(gè)亞相作為基礎(chǔ)研究單元開(kāi)展對(duì)比。沖積扇水動(dòng)力條件復(fù)雜，在順物源方向上表現(xiàn)出非常強(qiáng)的非均質(zhì)性，它既保留了碎屑流特征，也發(fā)育著典型的辮狀河牽引流特征。將沖積扇亞相分別作為一個(gè)整體的研究精度已不能滿足特高含水期老油田的精細(xì)開(kāi)發(fā)對(duì)儲(chǔ)層認(rèn)知的需求，因此，有學(xué)者針對(duì)碎屑流與辮狀水道控制的沖積扇，將扇中－扇緣按順物源方向進(jìn)一步劃分為扇中內(nèi)帶、扇中中帶以及扇中外帶－扇緣帶，明確了各區(qū)帶不同級(jí)次構(gòu)型單元定量特征并建立了儲(chǔ)層構(gòu)型模式（圖1）[20]。

圖1 碎屑流和牽引流共同控制的沖積扇扇中－扇緣儲(chǔ)層構(gòu)型模式[20]Fig.1 Reservoir architecture mode of middle alluvial fan and edge alluvial fan belt controlled by debris flow and traction flow

其次，這種“精細(xì)化”也體現(xiàn)在構(gòu)型單元級(jí)次的精細(xì)化。儲(chǔ)層構(gòu)型研究的平臺(tái)是構(gòu)型級(jí)次劃分，吳勝和等[21]針對(duì)碎屑沉積體提出了12 級(jí)構(gòu)型分級(jí)方案。對(duì)于直觀可見(jiàn)的野外露頭，沖積扇儲(chǔ)層構(gòu)型已精細(xì)到單砂體內(nèi)部構(gòu)型甚至紋層級(jí)構(gòu)型[22]。而地下密井網(wǎng)工區(qū)受限于資料精度，其構(gòu)型研究大多停留在單砂體級(jí)次。陳歡慶等[23]探討了準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克下組不同亞相內(nèi)單砂體平面發(fā)育及縱向組合特征；馮文杰等[24]研究了克拉瑪依油田一中區(qū)沖積扇各亞相內(nèi)部不同單砂體的成因、規(guī)模、疊置關(guān)系及物性等。此外，也有部分學(xué)者探討了單砂體內(nèi)部構(gòu)型單元的特征：印森林等[25]以克拉瑪依油田一中區(qū)為例，研究了不同亞相不同級(jí)次隔夾層的形態(tài)、規(guī)模及其疊置樣式等。

最后，這種“精細(xì)化”還體現(xiàn)在對(duì)儲(chǔ)層特征描述的精細(xì)化。隨著分頻解釋、地層切片、地震屬性融合、地震正演反演等地球物理方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、數(shù)據(jù)挖掘等人工智能技術(shù)的興起及融合，儲(chǔ)層垂向識(shí)別的分辨率已達(dá)到單砂體或單砂體內(nèi)部構(gòu)型[20，26-30]，平面分布刻畫(huà)的精準(zhǔn)程度已基本滿足剩余油挖潛對(duì)儲(chǔ)層描述的需求。

1.2 微觀儲(chǔ)層特征研究逐漸精準(zhǔn)化

1.2.1 研究方法的精準(zhǔn)化

針對(duì)沖積扇儲(chǔ)層特征的描述逐漸由借助鑄體薄片、孔滲儲(chǔ)層物性參數(shù)的定性、半定量的二維描述轉(zhuǎn)向應(yīng)用掃描電鏡、恒速壓汞及CT 掃描等技術(shù)的多參數(shù)、全定量的三維孔喉結(jié)構(gòu)立體描述?？缀斫Y(jié)構(gòu)和連通性的表征方法主要分為流體注入和非流體注入兩大類[31]。流體注入技術(shù)又可分為壓力浸滲技術(shù)和無(wú)壓浸滲技術(shù)。前者主要包括氣體吸附法、高壓壓汞和恒速壓汞法，后者主要包括自發(fā)滲吸擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)和低場(chǎng)核磁共振技術(shù)；非流體注入技術(shù)主要包括小角散射成像技術(shù)、基于場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的二維成像技術(shù)和基于聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM）、微納米CT 技術(shù)的三維成像技術(shù)（表1）。

表1 微觀孔喉結(jié)構(gòu)表征方法及特點(diǎn)[31]Tab.1 Characterization methods and characteristics of micro pore throat structure

值得注意的是，每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)及局限性，單獨(dú)一種方法都不足以準(zhǔn)確地反映非常規(guī)儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜特征，因此，許多學(xué)者試圖結(jié)合多種方法來(lái)評(píng)價(jià)孔喉結(jié)構(gòu)[35]。比如，聚焦離子束掃描電鏡、核磁共振及高壓壓汞在定量表征頁(yè)巖孔隙連通性中的應(yīng)用[37]；掃描電鏡、高壓壓汞、恒速壓汞及核磁共振技術(shù)在考慮壓力敏感性表征致密砂巖氣儲(chǔ)層中的應(yīng)用[38-39]；掃描電鏡、高壓壓汞及CT 掃描技術(shù)在沖積扇儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)定量分析中的應(yīng)用[32-33]。利用不同技術(shù)的表征優(yōu)勢(shì)，結(jié)合多項(xiàng)技術(shù)對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)綜合分析，尤其是對(duì)于非均質(zhì)性極強(qiáng)的致密砂礫巖儲(chǔ)層，能夠有效提升復(fù)雜孔喉結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。

1.2.2 儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的精準(zhǔn)化

學(xué)者們逐漸認(rèn)識(shí)到?jīng)_積扇儲(chǔ)層在經(jīng)過(guò)成巖作用形成到水驅(qū)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，其微觀孔喉結(jié)構(gòu)并不是一成不變的，而是在動(dòng)態(tài)變化的。

首先，沉積物經(jīng)過(guò)廣義的成巖作用“形成儲(chǔ)層”的變化。前人針對(duì)沖積扇儲(chǔ)層形成過(guò)程及機(jī)理的研究較為成熟，研究表明，形成沖積扇的沉積機(jī)制較為復(fù)雜，因而具有泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、中－粗砂巖以及多種粒級(jí)礫巖相的巖石相類型；沉積相和后期埋深、壓力及溫度等外部因素控制了壓實(shí)、膠結(jié)及溶解等成巖作用，進(jìn)而影響了儲(chǔ)層質(zhì)量差異，而顆粒分選、顆粒含量、排列方式、雜基類型和膠結(jié)方式等內(nèi)因則進(jìn)一步復(fù)雜了孔隙結(jié)構(gòu)[40-42]。砂礫巖各種巖相類型的巖石結(jié)構(gòu)差異顯著，在后期經(jīng)歷的埋深、成巖作用也有所不同，這些直接導(dǎo)致形成的砂礫巖孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，非均質(zhì)性極強(qiáng)。為了表征致密砂礫巖復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)，前人通過(guò)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)技術(shù)直接獲取或聯(lián)合多種參數(shù)構(gòu)建了不同類型的參數(shù)，比如，表征大小的平均孔隙半徑和平均喉道半徑等，表征形狀的形狀因子及迂曲度等，表征連通程度的孔喉配位數(shù)、孔喉聯(lián)通體積百分比[21]等，表征綜合孔喉結(jié)構(gòu)綜合特征的流動(dòng)帶指數(shù)[43]、分形維數(shù)[44]、孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)[45]及模態(tài)結(jié)構(gòu)等[41]。應(yīng)用這些參數(shù)，學(xué)者們定量表征了不同成巖作用階段砂礫巖的孔喉特征，探討了砂礫巖儲(chǔ)層致密化機(jī)理，為尋找油氣勘探甜點(diǎn)提供了指導(dǎo)。

其次，儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)水驅(qū)開(kāi)發(fā)后“改變儲(chǔ)層”的變化。對(duì)于長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)的油田，注入水和儲(chǔ)層中的黏土礦物接觸時(shí)間不斷增加，物理及化學(xué)作用逐漸增多，使得孔喉內(nèi)部微粒產(chǎn)生改變，進(jìn)而影響儲(chǔ)層的孔喉結(jié)構(gòu)和滲透率發(fā)生變化[46-47]。研究表明，孔喉表面積下的微粒釋放速率主要取決于孔喉內(nèi)流體流速及孔喉壁面可脫離微粒的質(zhì)量濃度[48]；微粒被捕集沉降到孔喉壁面使儲(chǔ)層連通性變差主要是受到了重力、電荷引力等作用[49]；孔喉內(nèi)微粒流速主要受控于微粒半徑與孔喉半徑之比[50]。在探討水驅(qū)儲(chǔ)層變化機(jī)理的同時(shí)，學(xué)者們也初步研究了隨著水驅(qū)開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層物性的變化規(guī)律[51-53]。受限于研究方法及水驅(qū)儲(chǔ)層變化的復(fù)雜性，前人更多的是從宏觀油藏角度研究了水驅(qū)前后儲(chǔ)層孔隙度、滲透率的變化，有少部分學(xué)者針對(duì)不同滲透率砂巖儲(chǔ)層的潤(rùn)濕性、微觀孔喉大小、形狀及黏土礦物含量的變化做了深入研究[38，54-55]。

由上述分析不難看出，沖積扇靜態(tài)宏觀及微觀儲(chǔ)層的認(rèn)知得到了全方位提升，但是兩者之間卻相對(duì)獨(dú)立。事實(shí)上，前人針對(duì)沖積扇儲(chǔ)層質(zhì)量與縱向?qū)游恢g的關(guān)系、平面沉積微相和巖相之間的關(guān)系[31]等進(jìn)行過(guò)探討，但在儲(chǔ)層構(gòu)型分級(jí)研究體系下，無(wú)論是從構(gòu)型級(jí)次劃分還是最精細(xì)的紋層級(jí)研究，都停留在宏觀儲(chǔ)層的研究范疇，尚沒(méi)有建立起宏觀儲(chǔ)層構(gòu)型與微觀儲(chǔ)層特征之間相對(duì)完善的理論關(guān)系。宏微觀儲(chǔ)層之間關(guān)系認(rèn)識(shí)的相對(duì)缺乏制約著宏微觀儲(chǔ)層控制的剩余油的認(rèn)知，是造成“宏微觀不同維度剩余油關(guān)系認(rèn)識(shí)不清”這一問(wèn)題的原因之一。

2 剩余油研究方法向定量化、可視化發(fā)展

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，剩余油的研究方法逐漸由針對(duì)單砂層的整體化宏觀油藏表征向針對(duì)更高級(jí)次構(gòu)型單元的定量化、可視化宏微觀實(shí)驗(yàn)及模擬過(guò)渡。

20 世紀(jì)末至21 世紀(jì)初，剩余油表征多以油田開(kāi)發(fā)地質(zhì)中最小地層單元單砂層（6 級(jí)構(gòu)型單元）為研究單元[56-57]。除了通過(guò)地震和測(cè)井資料提取流體信息的方法外，示蹤劑技術(shù)及水驅(qū)曲線法等油藏工程方法也常用于剩余油的表征。地震技術(shù)表征剩余油最常用的方法包括反演[58]、井間地震等。測(cè)井技術(shù)廣泛應(yīng)用于確定井剖面上剩余油飽和度，根據(jù)井眼條件的不同，可以分為裸眼井測(cè)井和套管井測(cè)井兩大類[59]。井間示蹤劑研究剩余油的方法最早在1964 年提出，是通過(guò)分析示蹤劑產(chǎn)出曲線來(lái)描述剩余油飽和度分布[60-61]。水驅(qū)曲線法是利用油水相對(duì)滲透率曲線直接求得目前含油飽和度，并計(jì)算單井水驅(qū)控制儲(chǔ)量及剩余油飽和度等，同理可以計(jì)算區(qū)塊及油田的相關(guān)參數(shù)[62]。

以單砂層為基本單元的剩余油研究精度并不能滿足油田開(kāi)發(fā)需求，學(xué)者們將物理模擬、數(shù)值模擬、激光共聚、CT 掃描、核磁共振等模擬及成像技術(shù)引入到剩余油表征，再結(jié)合傳統(tǒng)光學(xué)技術(shù)，使得單砂體及單砂體內(nèi)部構(gòu)型單元及微觀剩余油的定量化、可視化研究得以實(shí)現(xiàn)[63-64]。

2.1 宏觀剩余油研究方法

宏觀角度，物理模擬技術(shù)最為直觀，岳大力等[65]通過(guò)水驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)（圖2），得到了采出程度、含水率隨時(shí)間變化的曲線及剩余油分布圖，探討了辮狀河內(nèi)部夾層控制的剩余油分布特征。數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用最為普遍，可應(yīng)用實(shí)際地下工區(qū)地質(zhì)模型或從實(shí)際地質(zhì)模型中抽象出的典型概念模型，結(jié)合開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬，從而得到單砂體內(nèi)部構(gòu)型控制的剩余油飽和度數(shù)據(jù)及圖像[66-67]。

圖2 水驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图斑^(guò)程[65]Fig.2 Model and process of water flooding physical simulation experiments

2.2 微觀剩余油研究方法

微觀剩余油研究方法可分為數(shù)值模擬以及物理實(shí)驗(yàn)方法兩大類。數(shù)值模擬方法可分為網(wǎng)格化、無(wú)網(wǎng)格化及孔隙網(wǎng)絡(luò)等3 種方法。各種微觀剩余油數(shù)值模擬方法正確性及適用性在很大程度上取決于CT掃描、核磁共振或聚焦離子束掃描電鏡等方法建立的三維孔喉結(jié)構(gòu)模型（圖3）[68]，只有模型的孔隙結(jié)構(gòu)能夠反映真實(shí)巖樣的孔隙結(jié)構(gòu)特征時(shí)，模擬結(jié)果才具有理論及應(yīng)用價(jià)值。網(wǎng)格化方法處理復(fù)雜多孔介質(zhì)邊界時(shí)會(huì)遭遇穩(wěn)定性問(wèn)題，在微觀剩余油模擬中應(yīng)用較少。格子玻爾茲曼方法直接基于圖像方法進(jìn)行處理后得到的微觀剩余油分布形態(tài)更加直觀，但目前在三維空間多孔介質(zhì)兩相流模擬中缺乏相關(guān)研究[64]。為了提高運(yùn)算效率，孔隙網(wǎng)絡(luò)方法在提取孔喉結(jié)構(gòu)時(shí)常采用幾何和拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)方法，將孔隙和喉道抽象為具有同等幾何特征的球棒模型[46]，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化過(guò)程丟失了一些物理結(jié)構(gòu)信息，導(dǎo)致無(wú)法捕捉流動(dòng)細(xì)節(jié)，因此，更傾向用于研究微觀剩余油的形成過(guò)程[64]。

圖3 應(yīng)用納米CT 重建的巖樣和孔隙三維結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Three-dimensional structure model of rock sample and pore reconstructed by nano-CT

物理實(shí)驗(yàn)方法包括基于真實(shí)巖芯的水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方法及基于仿真模型的水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方法，前者以油藏中具有代表性的巖芯進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)[69]并通過(guò)含油薄片、掃描電鏡[70]、CT 掃描[71-73]及核磁共振成像[63，74]等技術(shù)手段進(jìn)行研究，在二維及三維空間內(nèi)均能夠圖像化、定量化表征不同孔喉內(nèi)部油相的形態(tài)、賦存位置等特征，非常適合用于復(fù)雜孔喉結(jié)構(gòu)內(nèi)部剩余油研究。CT 掃描技術(shù)分辨率高、三維可視，結(jié)合真實(shí)巖芯水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，常用于研究不同階段三維剩余油的分布位置、形態(tài)特征及定量特征等。比如，鄧世冠等[75]利用CT 技術(shù)探討了礫巖水驅(qū)、聚合物驅(qū)不同階段剩余油動(dòng)用類型及驅(qū)油機(jī)理。侯健等[76]采用CT 技術(shù)利用剩余油塊數(shù)、平均體積及接觸面積比等指標(biāo)對(duì)孔隙尺度下剩余油進(jìn)行了定量表征。核磁共振技術(shù)可根據(jù)氫原子在低場(chǎng)條件下衰減與弛豫時(shí)間關(guān)系，通過(guò)反演快速獲得巖樣的T2截止值和含油飽和度等參數(shù)[73]，結(jié)合驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，也可獲得不同驅(qū)替階段的核磁共振含油飽和度圖像。比如，狄勤豐等[77]利用基于核磁共振成像技術(shù)的巖芯驅(qū)替可視化實(shí)驗(yàn)方法研究了重力舌進(jìn)產(chǎn)生的條件及影響因素；張振濤等[78]基于巖芯驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，利用核磁共振技術(shù)研究不同類型油水過(guò)渡帶中剩余油的啟動(dòng)機(jī)理和主要分布狀態(tài)。

與數(shù)值模擬方法相比，物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)的缺點(diǎn)也同樣明顯，由于應(yīng)用的是真實(shí)巖芯，因此，對(duì)于考慮孔喉結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，不能重復(fù)實(shí)驗(yàn)以進(jìn)行對(duì)比研究。仿真模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的模型是根據(jù)顯微鏡下儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征，在玻璃上刻畫(huà)出相同孔喉特征的模型[79]。實(shí)驗(yàn)中可對(duì)二維平面內(nèi)的驅(qū)替過(guò)程全程錄像并進(jìn)行孔喉內(nèi)部油相賦存的定量研究，模型可以多次重復(fù)使用進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，適用于不考慮驅(qū)替孔喉結(jié)構(gòu)變化的剩余油賦存機(jī)理研究。

此外，有學(xué)者嘗試著將人工智能的一系列方法應(yīng)用于精確識(shí)別復(fù)雜儲(chǔ)集層巖性和多相流體[80-82]、儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)[83-84]、沉積相劃分[26，85]及水淹層定量識(shí)別[86-87]等工作，為剩余油研究提供了新思路。

由以上分析可以看出，宏微觀剩余油研究方法已較為完善，且已有學(xué)者初步探究了動(dòng)態(tài)注采關(guān)系、井型與靜態(tài)構(gòu)型產(chǎn)狀對(duì)剩余油形成的控制作用[88]，但針對(duì)特高含水期，尚缺乏將動(dòng)靜態(tài)因素充分結(jié)合的針對(duì)性研究方法，制約了對(duì)特高含水期水驅(qū)油藏的剩余油認(rèn)知及挖潛。

3 剩余油的形成及動(dòng)用機(jī)理研究仍處于探索階段

在微觀剩余油的研究中，其分類、賦存特征和形成機(jī)理研究已取得了一定進(jìn)展，且開(kāi)始從不同角度嘗試探討微觀剩余油的動(dòng)用機(jī)理。

由于研究微觀剩余油的方法多樣、控制微觀剩余油形成的因素多種，微觀剩余油分類方法也較多。根據(jù)形態(tài)分類最常見(jiàn)，賈忠偉等[89]認(rèn)為，剩余油的分布主要有連片狀和分散狀兩類；陳琳[90]將特高含水期微觀剩余油分為油滴、油膜和片狀3 類；Mi等[91]則將其分為簇狀、多孔狀、柱狀、膜狀和滴狀剩余油。也有學(xué)者根據(jù)剩余油所在孔喉特征對(duì)其進(jìn)行了分類，徐守余等[92]基于仿真模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，提出了大孔粗喉型、中孔中喉型及小孔細(xì)喉型的微觀剩余油分布模式。再有根據(jù)形態(tài)、賦存位置多種因素的分類，楊釗[93]認(rèn)為，聚合物驅(qū)后微觀剩余油主要為簇狀殘余油、盲狀殘余油、角隅殘余油和親油巖石表面的油膜狀殘余油等類型。孫廷彬等[94]將水驅(qū)砂巖儲(chǔ)層微觀剩余油分為孔喉充填型、孔內(nèi)半充填型、分散油滴型、角隅型、孔壁油膜型和喉道滯留型。Zhang 等[32]則根據(jù)賦存狀態(tài)及成因?qū)⒍S獨(dú)立油滴尺度微觀剩余油分為孔內(nèi)孤立型、孔內(nèi)半充填型兩類運(yùn)移型剩余油，孔壁黏附型及角隅黏附型兩類黏附型剩余油以及孔隙滯留型、喉道滯留型兩類滯留型剩余油（圖4）。

圖4 基于賦存狀態(tài)及成因的微觀剩余油分類[95]Fig.4 Classification of micro remaining oil based on occurrence and cause

21 世紀(jì)以來(lái)，微觀剩余油形成機(jī)理或形成主控因素的研究得到發(fā)展，研究表明，靜態(tài)儲(chǔ)層物性特征對(duì)剩余油形成起到了明顯的控制作用。楊珂等[95]研究認(rèn)為，在水潤(rùn)濕儲(chǔ)層中，驅(qū)替和剝離機(jī)理在驅(qū)油過(guò)程中起主要作用；油潤(rùn)濕儲(chǔ)層中，驅(qū)替機(jī)理起主要作用。朱新宇等[96]指出，微觀滲流具有均勻推進(jìn)、指進(jìn)和網(wǎng)狀推進(jìn)等3 種方式，卡斷作用形成的分散油滴為剩余油的主要類型。楊山[97]認(rèn)為，在水潤(rùn)濕儲(chǔ)層中，驅(qū)油機(jī)理主要是驅(qū)替速度和剝離速度的不同步性導(dǎo)致的剝離；在油潤(rùn)濕儲(chǔ)層中，水驅(qū)油基本原理是驅(qū)替機(jī)理和貼壁流動(dòng)機(jī)理。Zhao等[98]則認(rèn)為，孔隙的形狀因子、喉道的迂曲度、喉道與驅(qū)替方向的夾角及孔喉比等儲(chǔ)層靜態(tài)參數(shù)控制了不同類型剩余油的形成。對(duì)于動(dòng)態(tài)因素，現(xiàn)有成果相對(duì)較少，研究認(rèn)為，注入速度越大，最大含水飽和度就越大；隨著含水飽和度增加，簇狀流體積分?jǐn)?shù)減小，是造成相對(duì)滲透率曲線呈非線性形態(tài)的內(nèi)在原因[74]。

結(jié)合最新的技術(shù)方法，剩余油的動(dòng)用機(jī)理也取得了一定的認(rèn)識(shí)。朱光普等[99]通過(guò)數(shù)值模擬求解N-S 方程，建立微觀流動(dòng)模型，認(rèn)為特高含水期增注與注入表面活性劑均是通過(guò)驅(qū)替出簇狀非均質(zhì)剩余油、孔喉殘余油以及孤立油滴達(dá)到提高剩余油采收程度的目的（圖5）。黃迎松[100]以受力分析為基礎(chǔ)，結(jié)合微觀水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為增加注水速度、增大水流和油膜間的剪切應(yīng)力，是提高束縛型和油膜型剩余油動(dòng)用程度的有效途徑。李俊鍵等[101]通過(guò)CT 掃描成像實(shí)驗(yàn)結(jié)合數(shù)值模擬，認(rèn)為水驅(qū)開(kāi)發(fā)油田中高含水期提高采收率的重點(diǎn)是提高非連續(xù)相剩余油的有效動(dòng)用率。

圖5 注入表面活性劑后多孔介質(zhì)內(nèi)剩余油分布[91]Fig.5 Remaining oil distributions in the porous media after injecting surfactant

盡管對(duì)宏觀剩余油的研究早已有之，但目前僅局限于剩余油的定量特征及定性分布模式，從宏觀角度解釋剩余油如何動(dòng)用的研究沒(méi)有太多的進(jìn)展。

最初的研究基于地震、測(cè)井技術(shù)及物質(zhì)平衡法，以油組、小層及單砂層為研究單元，識(shí)別剩余油飽和度及計(jì)算剩余油含量等[60，102]，這類方法沒(méi)有考慮沉積相類型造成的差異，研究精度上有所欠缺。實(shí)際上，宏觀剩余油的分布受到沉積相、沉積微相的控制非常明顯，在沖積扇中，剩余油主要賦存于扇根及扇中。在扇根內(nèi)帶及外帶，由于其平面沉積體及垂向儲(chǔ)層物性的差異，剩余油在平面及垂向上的賦存位置及分布形態(tài)均有所差異[103-104]；扇中為多種成因的砂體相互切割[105]，構(gòu)型界面的屏障作用不利于流體運(yùn)動(dòng)[25]，剩余油在平面上呈條帶狀分散于高能水道之間，垂向上分布于同一期次扇中沉積上部的低能水道中（圖6）[103]。此外，前人還從基準(zhǔn)面旋回[106]、流動(dòng)單元[107]等角度研究了其對(duì)剩余油分布的影響。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣三疊系沖積扇扇中、扇緣剩余油分布模式[103]Fig.6 Remaining oil distribution model of middle and distal fan in the Triassic at the northwest margin of Junggar Basin

由以上分析可知，在微觀及宏觀角度，雖然已有關(guān)于剩余油分布特征、形成機(jī)理甚至動(dòng)用機(jī)理的初步探討，但所考慮的因素以靜態(tài)因素為主，動(dòng)態(tài)因素較少涉及，且現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)尚不能準(zhǔn)確解釋在特高含水期內(nèi)受到動(dòng)靜態(tài)因素控制的剩余油有多少，賦存在哪，如何動(dòng)用，微觀與宏觀剩余油之間又是什么關(guān)系等一系列問(wèn)題，相關(guān)研究仍有很大的空間。

4 未來(lái)沖積扇儲(chǔ)層剩余油研究的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

4.1 宏微觀儲(chǔ)層及宏微觀剩余油的關(guān)系研究

宏觀油藏儲(chǔ)集層及油氣滲流特征是微觀儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)及其控制下各項(xiàng)流體運(yùn)移的綜合反映，巖石的微觀結(jié)構(gòu)及流體的性質(zhì)是根本，宏觀特征是表象[100]，微觀儲(chǔ)層特征及微觀剩余油賦存狀態(tài)的描述有助于從根本上認(rèn)識(shí)宏觀儲(chǔ)層發(fā)育及宏觀剩余油富集。不同級(jí)次構(gòu)型單元控制了不同規(guī)模的剩余油，雖然學(xué)者們針對(duì)宏觀儲(chǔ)層、微觀儲(chǔ)層、宏觀剩余油及微觀剩余油分別做了大量研究，但是由于沖積扇儲(chǔ)層的強(qiáng)非均質(zhì)性及跨維度的不確定性，宏微觀儲(chǔ)層以及宏微觀剩余油之間有什么定性及定量的聯(lián)系，如何應(yīng)用微觀特征來(lái)指導(dǎo)宏觀儲(chǔ)層及剩余油的認(rèn)識(shí)，一直是難以厘清且極具研究?jī)r(jià)值的問(wèn)題。隨著大量不同類型油藏儲(chǔ)層參數(shù)的獲取以及其控制剩余油的進(jìn)一步研究，已有學(xué)者對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了不同形式的初步探討[108-109]。

4.2 剩余油動(dòng)用機(jī)理的探討及應(yīng)用

對(duì)剩余油的研究歸根結(jié)底是為了剩余油的科學(xué)挖潛，因此，在明確宏微觀儲(chǔ)層及宏微觀剩余油關(guān)系的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從機(jī)理上研究如何動(dòng)用剩余油，是研究意義所在，也是研究需求所使。如前文所述，雖然已有學(xué)者對(duì)剩余油的形成及動(dòng)用機(jī)理做過(guò)系列研究，但對(duì)于剩余油動(dòng)用機(jī)理的研究仍有兩點(diǎn)值得在未來(lái)的研究中注意。

首先，與剩余油的形成一樣，動(dòng)用剩余油同樣是受到動(dòng)靜態(tài)因素共同控制的，因此，注重動(dòng)靜態(tài)因素結(jié)合下的剩余油動(dòng)用機(jī)理綜合研究是核心。

其次，剩余油動(dòng)用機(jī)理研究在注重微觀實(shí)驗(yàn)的同時(shí)關(guān)鍵要結(jié)合宏觀現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。微觀剩余油動(dòng)用機(jī)理側(cè)重于理論，目的是探討實(shí)驗(yàn)條件下不同動(dòng)態(tài)因素作用在不同靜態(tài)微觀儲(chǔ)層后剩余油被驅(qū)替排出的效果差異，并分析原因機(jī)理；宏觀剩余油動(dòng)用機(jī)理更側(cè)重于應(yīng)用，目的是探討實(shí)際生產(chǎn)中不同動(dòng)態(tài)因素作用在宏觀儲(chǔ)層后剩余油分布及動(dòng)用效果差異，并提出科學(xué)動(dòng)用對(duì)策。

4.3 多學(xué)科深度融合的研究方法創(chuàng)新

要研究上述兩個(gè)問(wèn)題勢(shì)必會(huì)涉及大量的數(shù)據(jù)信息，比如儲(chǔ)層分析測(cè)試數(shù)據(jù)、宏微觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)井及地震數(shù)據(jù)等。在處理分析這些數(shù)據(jù)并探討上述兩個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中，單獨(dú)的某一門(mén)學(xué)科或傳統(tǒng)的分析方法已無(wú)法滿足需求，因此，多學(xué)科交叉及研究方法的創(chuàng)新必不可少。多學(xué)科融合是在學(xué)科差異的基礎(chǔ)上不斷打破學(xué)科邊界，以知識(shí)、范式、方法及工藝技術(shù)等促進(jìn)學(xué)科間相互滲透、重疊、交叉、移植和借用活動(dòng)，是多學(xué)科綜合交匯的產(chǎn)物，是硬件和軟件環(huán)境、理論和技術(shù)的交融統(tǒng)一[110]。隨著智能搜索、圖像識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)的逐漸完善和成功應(yīng)用，基于人工智能的多學(xué)科深度融合勢(shì)必會(huì)為未來(lái)沖積扇儲(chǔ)層剩余油研究提供更廣闊的研究思路與方法。

5 結(jié)論

1）沖積扇儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)潛力較大，其內(nèi)部剩余油的科學(xué)挖潛是特高含水油田效益穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。如何將動(dòng)態(tài)開(kāi)發(fā)因素與現(xiàn)今靜態(tài)儲(chǔ)層新認(rèn)識(shí)相結(jié)合厘清其共控的剩余油賦存特征及動(dòng)用機(jī)理，將是特高含水油田沖積扇儲(chǔ)層剩余油挖潛的核心。

2）雖然沖積扇儲(chǔ)層的研究成果逐漸精細(xì)、精準(zhǔn)，剩余油的研究方法豐富多樣，使剩余油的形成可定量統(tǒng)計(jì)及可三維觀察，但是在沖積扇儲(chǔ)層剩余油的研究過(guò)程中，仍存在宏微觀不同維度剩余油關(guān)系認(rèn)識(shí)不清、動(dòng)態(tài)開(kāi)發(fā)與靜態(tài)儲(chǔ)層因素缺少有效結(jié)合、動(dòng)靜態(tài)因素共控的剩余油動(dòng)用機(jī)理有待進(jìn)一步深化與應(yīng)用等問(wèn)題。

3）宏微觀儲(chǔ)層及宏微觀剩余油的關(guān)系研究、動(dòng)靜態(tài)因素共控的剩余油動(dòng)用機(jī)理探討及應(yīng)用及多學(xué)科深度融合的研究方法創(chuàng)新是未來(lái)沖積扇儲(chǔ)層剩余油研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的3 個(gè)問(wèn)題。

致 謝：本文得到克拉瑪依市科技創(chuàng)新人才選拔培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目支持，在此表示感謝。