高精度核磁共振非常規巖芯產油和產氣過程的實時模擬分析

非常規巖芯油氣資源儲量豐富，開發前景廣闊，其開采過程涉及一系列微納米力學問題．聚合物、納米流體驅油技術能夠提高石油采收率，它們的微觀驅替機理引起了人們的關注．頁巖氣以吸附和游離態貯存于頁巖微納米孔隙中，在注入氣的驅替下，可以流入宏觀裂縫． 非常規巖芯儲層呈現低速非達西滲流特征，存在啟動壓力梯度；滲流曲線由平緩過渡的兩段組成，較低滲流速度下的上凹型非線性滲流曲線和較高流速下的擬線性滲流曲線，滲流曲線主要受巖芯滲透率的影響，滲透率越低，啟動壓力梯度越大，非達西現象越明顯。需要人工壓裂注氣液，增加驅替力，形成有效開采的流動機制。低溫氣體吸附法：低溫液氮吸附法受到測試方法原理限制無法測量孔徑大于 300nm 的孔隙等。高精度核磁共振非常規巖芯產油和產氣過程的實時模擬分析

中國陸相頁巖油勘探開發現狀與類型 中國陸相頁巖油資源豐富。從源外走向源內的勘探理念轉變和技術進步，推動陸相頁巖油成為中國石油勘探的熱點領域。近年來在準噶爾、鄂爾多斯、松遼、渤海灣、四川、三塘湖、柴達木等盆地取得頁巖油重要進展，建立了新疆吉木薩爾、大慶古龍等高重量級陸相頁巖油示范區，展現出良好發展前景。目前頁巖油勘探開發熱點主要集中在中高熟頁巖油，中高熟頁巖油大致可分為夾層型、混積型和頁巖型３類。夾層型頁巖油儲層為致密砂巖（如鄂爾多斯盆地延長組７段中上部）和凝灰巖（如三塘湖盆地條湖組），混積型頁巖油儲層為云質砂巖、砂質云巖（如準噶爾盆地蘆草溝組、渤海灣盆地滄東孔二段），頁巖型頁巖油儲層為高黏土頁巖（松遼盆地青山口組一段、鄂爾多斯盆地延長組７段下部）。高精度NMR非常規巖芯液體驅替對巖芯影響低場核磁共振技術已被廣泛應用于儲層實驗評價研究的各個方面，如孔隙結構、潤濕性、氣水相互作用。

頁巖氣開采是指貯存在微納米孔隙和顆粒間的頁巖氣在人為驅動下運移至宏觀裂縫，極終匯集到井筒的過程 頁巖氣具有多種貯存方式: ①吸附在有機質(干酪根) 孔隙表面; ②游離于孔隙和裂縫中; ③溶解于瀝青和干酪根中．其中吸附是主要貯存方式，吸附氣可以占到頁巖氣總量 20% ～ 85%．吸附量的大小與有機碳含量成正比，此外還受儲層的壓力、溫度和比表面積等因素的影響，關系十分復雜．吸附機理的準確認識對頁巖氣解吸以及產量預測起到至關重要的作用．

非常規巖芯油氣是指用傳統技術無法獲得自然工業產量、需用新技術改善儲層滲透率或流體黏度等才能經濟開采、連續或準連續型聚集的油氣資源。非常規巖芯油 氣有兩個關鍵標志和兩個關鍵參數，兩個關鍵標志為：①油氣大面積連續分布，圈閉界限不明顯；②無自然工業穩定產量，達西滲流不明顯。兩個關鍵參數為：①孔隙度小于 10%；②孔喉直徑小于 1μm 或空氣滲透率小于 1mD。非常規巖芯油氣主要特征表現為源儲共生，在盆地中心、斜坡大面積分布，圈閉界限與水動力效應不明顯（圖 2），儲量豐度低，主要采用水平井體積壓裂技術、平臺式鉆井—“工廠化”生產、納米技術提高采收率等方式開采。非常規巖芯油氣主要類型有致密油、致密氣、頁巖油、頁巖氣、煤層氣、重油瀝青、天然氣水合物等。非常規巖芯儲層有致密油、致密氣、頁巖油、頁巖氣、煤層氣、重油瀝青、天然氣水合物等。

低熟頁巖油與中高熟頁巖油的差異： 中高熟頁巖油主要為已生成的石油烴類，賦存在頁巖的有機孔內或多類成因的微裂縫中。其形成不僅需要有機質富集并成熟轉化為石油烴的區域構造環境、水體環境、溫暖的氣候條件、適宜的水介質條件，還需要頁巖油賦存的孔隙等儲集空間條件。典型的中高熟頁巖油層系沉積模式，盆地中心深水缺氧環境中發育富有機質頁巖層，側向上隨著水深變淺漸變形成泥質粉砂巖、泥質碳酸鹽巖等致密層系，進而變成砂巖、碳酸鹽巖等常規儲集層。受不同地質時期構造、氣候、海平面等環境條件頻繁變化的影響，水體出現深淺變化，在陸架、斜坡等巖相過渡區縱向上發生不同巖體的頻繁交互，頁巖層系與其他層系緊密接觸或互層接觸特征發育。若環境條件變化持續時間較長，水體持續變深或變淺，就形成穩定厚度的富有機質頁巖層系，其他層系直接上覆或下伏于頁巖層系；若環境條件變化持續時間較短，水體深淺波動頻繁，在盆地斜坡區就形成單層厚度幾厘米甚至幾毫米的薄層砂巖／碳酸鹽巖層與頁巖層系夾層或混層，平面上具有大面積、不連續分布的特征。烴類流體在孔隙空間中的位置與鹽水不同，通常占據較大的孔隙。高精度核磁共振非常規巖芯弛豫分析

通過確定不可還原水體積(BVI)和游離流體體積(MFFI)來區分可能產烴的區域和可能產水的區域。高精度核磁共振非常規巖芯產油和產氣過程的實時模擬分析

升高溫度和降低壓力只能在一定程度上促進頁巖氣的解吸附過程，仍有大量的頁巖氣存留在頁巖有機質表面．另外解吸附過程產生的游離氣無法主動運移至井口，實際生產中常常采用注氣驅替的方法來提高頁巖氣產量，CO2和N2在自然界中大量存在，獲取成本低，安全穩定，是兩種常用的驅替氣體。采用CO2和N2以及兩者混合物分別驅替CH4，并分析了注入速率對驅替效果的影響，結果表明驅替氣體注入速率越高，驅替效果越好．分別對CO2和N2驅替CH4的效率進行了實驗研究，結果表明雖然CO2開始驅替所需的初始濃度較高，但是在驅替過程中效率高于N2．并且，兩種氣體極終驅替量都在吸附甲烷氣體的90%以上．利用分子動力學模擬也得到了相似結果，并揭示了CO2和 N2不同的驅替機制: CO2與壁面吸附力高于CH4，驅替過程中CO2會直接取代 CH4的吸附位置; N2雖然與壁面吸附力低于CH4，但是注入N2會導致局部壓力降低，從而促進CH4解吸附．通過分子動力學模擬研究了碳納米管中CO2驅替CH4的過程，發現驅替在CO2分子垂直于壁面時極容易進行，并認為碳納米管存在一個合適管徑使驅替效率極高．高精度核磁共振非常規巖芯產油和產氣過程的實時模擬分析

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