研究背景

由于低孔隙度、低滲透、多尺度孔隙空間和復雜的流體成分，頁巖油儲層的表征和開發(fā)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。核磁共振技術因其高分辨率、無損和快速等優(yōu)勢，在頁巖油儲層表征和開發(fā)研究中具有顯著的優(yōu)勢。本文對近十年來核磁共振技術在頁巖油勘探和開發(fā)的實驗室應用進展進行了總結與展望。

摘要

目前應用于頁巖油勘探和開發(fā)實驗室研究的核磁共振技術主要有一維核磁共振T₂圖、二維核磁共振T₁-T₂圖、MRI技術和分層T₂技術。 T₂圖無損表征了頁巖油儲層全尺寸孔徑分布，可與其他實驗方法結合擴展功能：
(1)結合離心和熱處理，確定核磁共振T₂截止值，定量區(qū)分可動流體、毛細束縛流體和不可動流體；
(2)結合巖心夾持器，可以表征頁巖基質和裂縫系統(tǒng)的應力敏感性；
(3)結合滲吸實驗，可定量評價滲吸規(guī)律及潤濕性；
(4)基于在線高溫高壓CO₂前驅替裝置，可定量計算動態(tài)采收率。此外，二維T₁-T₂圖在識別頁巖油層不同賦存狀態(tài)下各種流體類型和流體原位含量方面具有獨特優(yōu)勢。在CO₂提高頁巖油采收率過程中，MRI技術具有表征氣液界面空間分布的巨大潛力。分層T₂技術可提供CO2驅替過程中的樣品空間分辨T₂分布及氣液界面分布。

應用細節(jié)與實例

（1）核磁共振T₂譜技術可實現(xiàn)頁巖油藏全尺寸孔徑分布的無損表征，但其在孔隙幾何形態(tài)解析與比表面積計算方面相較低溫氮氣吸附法、高壓壓汞法存在技術盲區(qū)。

（2）通過T₂譜與離心-熱處理聯(lián)用技術，可建立NMR T₂截止值標定方法，實現(xiàn)不可動流體（束縛態(tài)）、毛細管束縛流體與可動流體（自由態(tài)）的三相定量分離。

圖1 頁巖樣品兩個T₂截止值的計算方法（Xu et al. 2022）

（3）基于可加載圍壓的巖心夾持器，T₂譜可動態(tài)監(jiān)測不同有效應力下巖心孔隙度變化規(guī)律，定量表征儲層應力敏感性。

（4）結合滲吸動力學實驗，T₂譜可同步獲取滲吸過程飽和度變化，并建立潤濕性評價模型。

圖2核磁共振自發(fā)滲吸實驗過程示意圖（Wang et al. 2022）
 

（5）在高溫高壓CO₂驅油裝置中集成在線T₂譜監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了驅替過程中流體運移的原位無損監(jiān)測，顯著提升采收率動態(tài)數(shù)據(jù)的可信度。

圖3 CO₂吞吐實驗前(a)和后(b)的油飽和度空間分布（Tang et al. 2023）

（6）二維T₁-T₂譜在頁巖儲層的流體定量識別具有獨特優(yōu)勢，在定量區(qū)分儲層中固體干酪根、粘性瀝青和不同賦存狀態(tài)（吸附和游離）的流體。

圖4典型的頁巖油儲層組分識別T₁-T₂圖版(上圖：Li et al., 2018; 下圖：Zhang et al., 2020)

（7）分層T₂技術通過空間分辨T₂分布解析，可重構驅替方向含油飽和度剖面，并基于CO₂前緣擴展特征評估波及效率。

圖5 第1 ~ 5輪CO₂ 吞吐過程中頁巖油的空間分布特征（Luo et al. 2022）

（1）二維T₁-T₂譜在頁巖油儲層多相流體賦存狀態(tài)（吸附態(tài)/游離態(tài)）識別及原位含量定量解析方面展現(xiàn)顯著技術優(yōu)勢。

（2）二維T₁-T₂譜在CO₂驅替過程油相運移監(jiān)測中展現(xiàn)出工程應用潛力，但其現(xiàn)有二維序列測量耗時過長的缺陷制約了現(xiàn)場快速響應能力，亟需通過脈沖序列優(yōu)化與硬件升級實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)測突破。

（3）核磁共振成像（MRI）技術可動態(tài)捕捉驅替過程中氣液界面運移特征，然而現(xiàn)有毫米級空間分辨率難以滿足超低滲頁巖微納孔喉系統(tǒng)觀測需求。通過成像技術的突破有望實現(xiàn)頁巖油儲層中多相流運移剖面的在線表征，從而拓展核磁技術在非常規(guī)油氣開發(fā)中的適用邊界。

參考文獻

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