裂縫對低滲透岩石採收率的影響——低場核磁共振研究

裂縫對低滲透岩石採收率的影響——低場核磁共振研究

1、裂縫對低滲透岩石採收率的影響-摘要

水力壓裂造縫技術可以提高緻密地層原油產量，裂縫對岩石孔隙採收率的影響是研究的重點。岩石孔隙結構在壓裂,尤其是實驗室製造裂縫過程中會發生變化，影響基質孔隙與裂縫間的傳質作用，需要考慮這些變化，以準確評估裂縫對孔隙流體運移的影響；直接比較樣品壓裂前後的結果，會得出一些誤導性結論。本研究使用重水與瓜膠配置裂縫填充材料，此材料不會侵入基質孔隙，也不會產生可探測的核磁信號。對使用這種新材料填充裂縫的樣本進行測驗並對比未填充樣本測量數據，可以獲得裂縫核磁特徵，並在後續N2和CO2吞吐實驗研究中將其孤立、消除用於分析裂縫對孔-縫二元體系流體運移的影響機理。

(低場核磁共振分析)實驗結果表明：

1)裂縫會降低氣體的波及效率，這可以通過注入N2而不是CO2得到部分緩解，N2可以彈性支撐小孔隙，但純N2吞吐的總回收率顯著低於CO2;

2）填充裂縫會增大孔隙採收率。

2、實驗設備和方法流程

本研究中採用的EMC全站低場核磁共振岩心分析系統（中尺寸核磁共振成像分析儀），如圖1所示。

圖1.中尺寸核磁共振成像分析儀（低場核磁共振岩心分析系統）

低場核磁共振監測注氣吞吐驅油過程。

1）飽和油基質樣品注氣吞吐實驗（Dong,2020a,2020b）；

2）壓裂樣品注氣吞吐實驗，巴西劈裂法（BDM）造縫，飽和油確定壓裂後總孔隙分佈；

3）填充縫樣品注氣吞吐實驗，重水與瓜膠配置裂縫填充劑，確定裂縫分佈和含量。

四塊樣品初始核磁T2曲線如圖2所示。

圖2.壓裂前樣品飽和輕油T2譜（J-1和J-2取自吉木薩爾凹陷，J-3和J-4取自西湖凹陷）

3、低場核磁實驗結果

1）壓裂縫分佈(低場核磁共振分析)

通過瓜膠填充實驗得到壓裂張開縫的完整T2分佈（T2譜橙色填充區域，圖3）,T2譜右側新增部分大尺寸縫，微小縫可延伸至T2=1ms處。壓裂改變了基質孔隙結構(M0 vs. G0)，基質孔幅度和邊界的變化各有不同。因此，明確裂縫和基質孔分佈，有助於準確評價裂縫對流體運移的影響。

圖3. 裂縫T2分佈（Q1和Q2爲大中小孔分界線）

2）壓裂前後孔隙增幅

計算裂縫填充前後的孔隙變化率（圖4），PVF（藍色）反映壓裂對總孔隙的改善效果，PVG（紅色）反映基質孔隙轉化爲裂縫的量。壓裂對微孔發育巖樣（J-1和J-2）孔隙體積的改善效果更明顯，但基質孔轉化爲裂縫的比例低。宏孔發育巖樣（J-3和J-4）結論相反，總孔隙體積的改善效果一般，但基質孔轉化爲裂縫的比例高。其中，PVF通過比較M0和F0累積核磁信號量得到，PVG通過比較M0和G0累積核磁信號量得到。

圖4. 裂縫填充前後的孔隙變化率

3） 裂縫填充性對流動的影響(低場核磁共振分析)

壓裂改變了基質孔隙結構，基於原始樣品得到的孔隙大小劃分方法在此不再適用。本文用裂縫尺寸三分位數將孔隙劃分爲大中小三類計算孔隙產狀(如中等孔隙Q1

圖5. 裂縫巖樣注氣吞吐T2譜（‘G6 N2-CO2’爲裂縫填充樣品G0的第六輪N2-CO2吞吐譜）

以壓裂前M0採收率爲基值，對比裂縫和氣體組合下的增採量Ru（圖6）。基質巖樣M0注N2-CO2效果要好於純CO2（灰色，Dong,2020a）。相比於純CO2吞吐模式，壓裂樣品注N2-CO2在微孔發育巖樣（J-1和J-2）中效果好，但在宏孔發育樣品中效果差（J-3和J-4），推測與N2分子對小孔的彈性支撐作用有關。裂縫會存儲大量氣體，尤其是CO2，削弱氣體在基質孔隙的擴散動能，使得總採出量下降（紅色）。裂縫填充處理可以增大氣體在基質孔隙中的波及效率，增大采收率（藍色）。短期來看，造裂會大幅度提高產量；但縫的儲氣性對長期開發會產生不利影響。

圖6. 裂縫填充和注氣組合模式下的增採量

相關文獻(低場核磁共振分析)：

1）Dong Xu, Shen Luyi*, Golsanami Naser, Liu Xuefeng, Sun Yuli, Wang Fei, ShiYing, Sun Jianmeng. How N2 injection improves the hydrocarbon recovery of CO2HnP: An NMR study on the fluid displacement mechanisms. Fuel. 2020a. 278:118286.

2）Dong Xu, Shen Luyi*, Liu Xuefeng, Zhang Pengyun, Sun Yuli, Yan Weichao, SunJianmeng. NMR characterization of a tight sand’s pore structures and fluidmobility: An experimental investigation for CO2 EOR potential. Marine and Petroleum Geology. 2020b.118:104460.

3）Liu Xuefeng, Dong Xu*, Golsanami Naser, Liu Bo, Shen Luyi W., Shi Ying, GuoZongguang. NMR characterization of fluid mobility in tight sand: Analysis onthe pore capillaries with the nine-grid model. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021. 94.

---

其他資料：