致密油藏CO2驅微觀孔隙結構變化規律研究

欒茂興

致密油藏CO2驅微觀孔隙結構變化規律研究

欒茂興

（中法渤海地質服務有限公司，天津 300457）

注CO2已經成為致密油藏提高采收率的重要手段之一。通過搭建致密巖心CO2驅核磁共振測試平臺，研究了致密油藏CO2驅過程巖心微觀孔喉的變化規律。結果表明，CO2驅替后在堵塞大孔喉同時，會產生新的小孔喉，反應時間越長，大孔喉堵塞和小孔喉產生越明顯。在注入溫度和壓力較高時，CO2處于超臨界態，超臨界CO2和地層水及儲層巖石的化學反應速度大幅提高，產生了大量新的微小孔喉，對巖心微觀孔隙結構的影響更加明顯。

致密油；CO2驅；孔隙結構；核磁共振

隨著全球常規油氣資源日漸減少，以致密油氣、頁巖油氣為主的非常規油氣逐漸成為勘探開發的主戰場[1-2]。致密油是非常規油氣中的重要組成部分，數據表明，中國的致密油儲量分布面積達50×104km2，資源量預計高達2.0×1010t，可采儲量達2.0×109～2.5×109t，致密油正逐漸成為中國油氣行業新的增長點[3-4]。

致密油藏儲層物性極差，天然能量有限且衰減速度快。補充能量開發是提高開發效果的重要手段之一[5]。但常規的注水開發在致密儲層中應用難度大且易導致水淹等問題，因此，注氣，特別是注CO2，成為致密油藏提高采收率方法的首選。然而，由于CO2特殊的物理化學性質，在其進入儲層后，會和地層水及儲層巖石發生一系列的反應，進而對儲層物性造成影響。但目前對于致密儲層注CO2的影響研究，主要集中在對滲透率、孔隙度等的宏觀影響方面，缺乏對反應前后儲層微觀孔隙結構的變化研究[6-7]。本文通過搭建致密巖心CO2驅核磁共振測試平臺，研究了致密油藏CO2驅過程巖心微觀孔喉的變化規律，為研究致密油藏CO2驅內在機理提供理論依據。

1 實驗方法與流程

1.1 實驗材料

選取鄂爾多斯盆地某致密油藏天然巖心為實驗巖心，巖石類型為巖屑石英砂巖。實驗用水由地層水樣配置而成，水型為CaCl2型，總礦化度21 355 mg/L。實驗用CO2氣體為純度大于99.999%的高純CO2。

1.2 實驗設備

為研究CO2驅過程巖心微觀孔隙結構的變化特征，搭建了巖心驅替核磁共振測試平臺，實驗設備流程如圖1所示。

巖心驅替核磁共振測試平臺主要由注入系統、圍壓/回壓控制系統、溫度控制系統、核磁共振檢測系統、流量采集系統等模塊組成。測試平臺核心為MesoMR核磁共振檢測系統，通過該系統對巖心進行核磁共振檢測，分析不同驅替階段前后的致密巖心孔隙結構特征。

圖1 巖心驅替核磁共振測試平臺

1.3 方法與流程

為了研究不同條件下致密油藏CO2驅前后巖心孔隙結構的變化規律，制定具體實驗步驟如下：清洗烘干實驗巖心，并測量巖心氣測滲透率和孔隙度；對巖心飽和地層水進行核磁共振測試，提取2譜；將圍壓和恒溫箱溫度設定為預定值，待夾持器中溫度恒定后開始進行CO2驅替，按照設定的注入壓力開展恒壓驅替，將回壓設定為低于注入壓力 0.3 MPa，驅替100PV后結束；將驅替后的巖心清洗烘干，測試巖心的氣測滲透率和孔隙度，并將飽和地層水，再次進行核磁共振測試，提取2譜；對比分析CO2驅前后的巖心孔滲和2譜的差異，研究CO2驅前后致密巖心孔隙結構變化規律。

2 實驗結果與討論

通過設定不同的實驗參數，定量分析研究了反應時間、注入壓力和注入溫度影響下的CO2驅前后致密巖心微觀孔隙結構變化規律。

2.1 反應時間的影響

CO2和地層水及儲層巖石的反應是一個逐步發生的化學反應，因此CO2驅替的時間，也就是CO2同在巖心中滯留的時間將會直接影響到反應的程度，并對最終的反應結果造成影響。為了研究反應時間對于CO2驅前后致密巖心微觀孔隙結構變化的影響，采用同一滲透率的3塊巖心（0.2× 10﹣3μm2），在相同的注入壓力（7 MPa）下開展CO2驅替，實驗溫度為60 ℃，將驅替時間分別設定為1 d、2 d、3 d。實驗前后的巖心核磁共振2譜對比結果如圖2所示。

圖2 不同反應時間下的巖心T2譜對比

從圖2可以看出，在CO2驅替后，致密巖心中2值在0.1～1 ms間的小孔喉和2值在0.1～1 ms間的中孔喉的信號強度均出現明顯下降，表明注入的CO2和地層水及巖石礦物發生反應并形成了新生礦物，對中小孔喉造成了明顯堵塞。隨著驅替反應時間的延長，2值在10～100 ms間的相對大孔喉所受影響逐漸增大，反應時間越長，大孔喉的堵塞越嚴重，同時更小尺寸孔喉所占的比例也逐漸提高。結果表明，CO2驅替后在堵塞大孔喉的同時，會產生新的小孔喉，反應時間越長，大孔喉的堵塞和小孔喉的產生也越明顯。

2.2 注入壓力的影響

為了研究注入壓力對于CO2驅前后致密巖心微觀孔隙結構變化的影響，采用同一滲透率的3塊巖心（0.2×10﹣3μm2），在不同的注入壓力（3 MPa、7 MPa、11 MPa）下開展CO2驅替，實驗溫度為60 ℃，驅替時間2 d。實驗前后的巖心核磁共振2譜對比結果如圖3所示。

圖3 不同注入壓力下的巖心T2譜對比

從圖3可以看出，注入壓力較低（3 MPa）時，巖心中小孔喉的信號幅度明顯下降，大孔喉的信號幅度也略有降低，表明此時注CO2已經導致巖心中部分孔喉堵塞。隨著注入壓力進一步提高，巖心中小孔喉和大孔喉的信號幅度降幅更加明顯。而當注入壓力達到11 MPa時，巖心孔隙信號峰左移且峰值大幅度提高，表明小孔喉占比急劇上升。這主要因為在該注入壓力和溫度條件下，注入的CO2已經處于超臨界態，在這種情況下，超臨界CO2和地層水及儲層巖石的化學反應速度大幅提高，巖心內部在流體的溶蝕作用下，產生了大量的新的微小孔喉，從而導致2值在0.1～1 ms之間的小孔喉大量增多，信號幅度增強。

2.3 注入溫度的影響

為了研究注入壓力對于CO2驅前后致密巖心微觀孔隙結構變化的影響，采用同一滲透率的3塊巖心（0.2×10﹣3μm2），在不同的溫度（30 ℃、60 ℃、90 ℃）下開展CO2驅替，注入壓力為11 MPa，驅替時間為2 d。實驗前后的巖心核磁共振2譜對比結果如圖4所示。

圖4 不同注入溫度下的巖心T2譜對比

從圖4可以看出，注入溫度較低（30 ℃）時，巖心中小孔喉的信號幅度出現明顯下降，大孔喉的信號幅度也略有降低，表明此時注CO2產生礦物沉淀的速度大于溶蝕的速度，導致巖心中部分孔喉堵塞。當注入溫度大于60 ℃時，CO2處于超臨界態，溶蝕反應迅速增強，小孔喉占比迅速提高。當注入壓力繼續提高后，在高溫的作用下，超臨界CO2展現出了更強的反應活性，中小孔喉在溶蝕作用的影響下進一步大幅提高，大孔喉則在溶蝕殘余物運移和堵塞的影響下占比進一步減少。

3 結論

搭建了巖心驅替核磁共振測試平臺，通過對致密油藏巖心在CO2驅前后的核磁共振結果分析，評價CO2驅過程致密巖心微觀孔隙結構的變化特征；CO2驅替后在堵塞大孔喉的同時，會產生新的小孔喉，反應時間越長，大孔喉堵塞和小孔喉產生也越明顯。在注入溫度和壓力較高時，CO2處于超臨界態，超臨界CO2和地層水及儲層巖石的化學反應速度大幅提高，產生了大量新的微小孔喉。

［1］林森虎，鄒才能，袁選俊，等.美國致密油開發現狀及啟示［J］.巖性油氣藏，2011，23（4）：25-30.

［2］鐘敏.致密油資源開發技術經濟評價研究［D］.徐州：中國礦業大學，2018.

［3］賈承造，鄒才能，李建忠，等.中國致密油評價標準、主要類型、基本特征及資源前景［J］.石油學報，2012，33（3）：343-350.

［4］何海清.中國致密油勘探進展及面臨的挑戰［J］.中國石油勘探，2014，19（1）：1-9.

［5］嚴向陽，李楠，王騰飛，等.美國致密油開發關鍵技術［J］.科技導報，2015，33（9）：102-109.

［6］王琛，李天太，高輝，等.CO2驅瀝青質沉積對巖心的微觀傷害機理［J］.新疆石油地質，2017，38（5）：602-606.

［7］于志超，楊思玉，劉立，等.飽和CO2地層水驅過程中的水-巖相互作用實驗［J］.石油學報，2012，33（6）：1032-1042.

TE311

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.011

2095－6835（2020）12－0028－02

欒茂興（1992—），男，本科，助理工程師，從事油氣藏試井研究。

〔編輯：嚴麗琴〕