致密油藏CO2驅(qū)微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究

欒茂興

致密油藏CO2驅(qū)微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究

欒茂興

（中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司，天津 300457）

注CO2已經(jīng)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(qū)核磁共振測試平臺，研究了致密油藏CO2驅(qū)過程巖心微觀孔喉的變化規(guī)律。結(jié)果表明，CO2驅(qū)替后在堵塞大孔喉同時，會產(chǎn)生新的小孔喉，反應(yīng)時間越長，大孔喉堵塞和小孔喉產(chǎn)生越明顯。在注入溫度和壓力較高時，CO2處于超臨界態(tài)，超臨界CO2和地層水及儲層巖石的化學(xué)反應(yīng)速度大幅提高，產(chǎn)生了大量新的微小孔喉，對巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響更加明顯。

致密油；CO2驅(qū)；孔隙結(jié)構(gòu)；核磁共振

隨著全球常規(guī)油氣資源日漸減少，以致密油氣、頁巖油氣為主的非常規(guī)油氣逐漸成為勘探開發(fā)的主戰(zhàn)場[1-2]。致密油是非常規(guī)油氣中的重要組成部分，數(shù)據(jù)表明，中國的致密油儲量分布面積達(dá)50×104km2，資源量預(yù)計高達(dá)2.0×1010t，可采儲量達(dá)2.0×109～2.5×109t，致密油正逐漸成為中國油氣行業(yè)新的增長點(diǎn)[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(bǔ)充能量開發(fā)是提高開發(fā)效果的重要手段之一[5]。但常規(guī)的注水開發(fā)在致密儲層中應(yīng)用難度大且易導(dǎo)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(xué)性質(zhì)，在其進(jìn)入儲層后，會和地層水及儲層巖石發(fā)生一系列的反應(yīng)，進(jìn)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(yīng)前后儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的變化研究[6-7]。本文通過搭建致密巖心CO2驅(qū)核磁共振測試平臺，研究了致密油藏CO2驅(qū)過程巖心微觀孔喉的變化規(guī)律，為研究致密油藏CO2驅(qū)內(nèi)在機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法與流程

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選取鄂爾多斯盆地某致密油藏天然巖心為實(shí)驗(yàn)巖心，巖石類型為巖屑石英砂巖。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)用CO2氣體為純度大于99.999%的高純CO2。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

為研究CO2驅(qū)過程巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)的變化特征，搭建了巖心驅(qū)替核磁共振測試平臺，實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程如圖1所示。

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

圖1 巖心驅(qū)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(qū)前后巖心孔隙結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，制定具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：清洗烘干實(shí)驗(yàn)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(jìn)行核磁共振測試，提取2譜；將圍壓和恒溫箱溫度設(shè)定為預(yù)定值，待夾持器中溫度恒定后開始進(jìn)行CO2驅(qū)替，按照設(shè)定的注入壓力開展恒壓驅(qū)替，將回壓設(shè)定為低于注入壓力 0.3 MPa，驅(qū)替100PV后結(jié)束；將驅(qū)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(jìn)行核磁共振測試，提取2譜；對比分析CO2驅(qū)前后的巖心孔滲和2譜的差異，研究CO2驅(qū)前后致密巖心孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過設(shè)定不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，定量分析研究了反應(yīng)時間、注入壓力和注入溫度影響下的CO2驅(qū)前后致密巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。

2.1 反應(yīng)時間的影響

CO2和地層水及儲層巖石的反應(yīng)是一個逐步發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，因此CO2驅(qū)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(yīng)的程度，并對最終的反應(yīng)結(jié)果造成影響。為了研究反應(yīng)時間對于CO2驅(qū)前后致密巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)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(qū)替，實(shí)驗(yàn)溫度為60 ℃，將驅(qū)替時間分別設(shè)定為1 d、2 d、3 d。實(shí)驗(yàn)前后的巖心核磁共振2譜對比結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同反應(yīng)時間下的巖心T2譜對比

從圖2可以看出，在CO2驅(qū)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(qiáng)度均出現(xiàn)明顯下降，表明注入的CO2和地層水及巖石礦物發(fā)生反應(yīng)并形成了新生礦物，對中小孔喉造成了明顯堵塞。隨著驅(qū)替反應(yīng)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(yīng)時間越長，大孔喉的堵塞越嚴(yán)重，同時更小尺寸孔喉所占的比例也逐漸提高。結(jié)果表明，CO2驅(qū)替后在堵塞大孔喉的同時，會產(chǎn)生新的小孔喉，反應(yīng)時間越長，大孔喉的堵塞和小孔喉的產(chǎn)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(qū)前后致密巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)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(qū)替，實(shí)驗(yàn)溫度為60 ℃，驅(qū)替時間2 d。實(shí)驗(yàn)前后的巖心核磁共振2譜對比結(jié)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(jīng)導(dǎo)致巖心中部分孔喉堵塞。隨著注入壓力進(jìn)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(dāng)注入壓力達(dá)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?yàn)樵谠撟⑷雺毫蜏囟葪l件下，注入的CO2已經(jīng)處于超臨界態(tài)，在這種情況下，超臨界CO2和地層水及儲層巖石的化學(xué)反應(yīng)速度大幅提高，巖心內(nèi)部在流體的溶蝕作用下，產(chǎn)生了大量的新的微小孔喉，從而導(dǎo)致2值在0.1～1 ms之間的小孔喉大量增多，信號幅度增強(qiáng)。

2.3 注入溫度的影響

為了研究注入壓力對于CO2驅(qū)前后致密巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)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(qū)替，注入壓力為11 MPa，驅(qū)替時間為2 d。實(shí)驗(yàn)前后的巖心核磁共振2譜對比結(jié)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(xiàn)明顯下降，大孔喉的信號幅度也略有降低，表明此時注CO2產(chǎn)生礦物沉淀的速度大于溶蝕的速度，導(dǎo)致巖心中部分孔喉堵塞。當(dāng)注入溫度大于60 ℃時，CO2處于超臨界態(tài)，溶蝕反應(yīng)迅速增強(qiáng)，小孔喉占比迅速提高。當(dāng)注入壓力繼續(xù)提高后，在高溫的作用下，超臨界CO2展現(xiàn)出了更強(qiáng)的反應(yīng)活性，中小孔喉在溶蝕作用的影響下進(jìn)一步大幅提高，大孔喉則在溶蝕殘余物運(yùn)移和堵塞的影響下占比進(jìn)一步減少。

3 結(jié)論

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

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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(yán)麗琴〕