栾茂兴
致密油藏CO2驱微观孔隙结构变化规律研究
栾茂兴
(中法渤海地质服务有限公司,天津 300457)
注CO2已经成为致密油藏提高采收率的重要手段之一。通过搭建致密岩心CO2驱核磁共振测试平台,研究了致密油藏CO2驱过程岩心微观孔喉的变化规律。结果表明,CO2驱替后在堵塞大孔喉同时,会产生新的小孔喉,反应时间越长,大孔喉堵塞和小孔喉产生越明显。在注入温度和压力较高时,CO2处于超临界态,超临界CO2和地层水及储层岩石的化学反应速度大幅提高,产生了大量新的微小孔喉,对岩心微观孔隙结构的影响更加明显。
致密油;CO2驱;孔隙结构;核磁共振
随着全球常规油气资源日渐减少,以致密油气、页岩油气为主的非常规油气逐渐成为勘探开发的主战场[1-2]。致密油是非常规油气中的重要组成部分,数据表明,中国的致密油储量分布面积达50×104km2,资源量预计高达2.0×1010t,可采储量达2.0×109~2.5×109t,致密油正逐渐成为中国油气行业新的增长点[3-4]。
致密油藏储层物性极差,天然能量有限且衰减速度快。补充能量开发是提高开发效果的重要手段之一[5]。但常规的注水开发在致密储层中应用难度大且易导致水淹等问题,因此,注气,特别是注CO2,成为致密油藏提高采收率方法的首选。然而,由于CO2特殊的物理化学性质,在其进入储层后,会和地层水及储层岩石发生一系列的反应,进而对储层物性造成影响。但目前对于致密储层注CO2的影响研究,主要集中在对渗透率、孔隙度等的宏观影响方面,缺乏对反应前后储层微观孔隙结构的变化研究[6-7]。本文通过搭建致密岩心CO2驱核磁共振测试平台,研究了致密油藏CO2驱过程岩心微观孔喉的变化规律,为研究致密油藏CO2驱内在机理提供理论依据。
选取鄂尔多斯盆地某致密油藏天然岩心为实验岩心,岩石类型为岩屑石英砂岩。实验用水由地层水样配置而成,水型为CaCl2型,总矿化度21 355 mg/L。实验用CO2气体为纯度大于99.999%的高纯CO2。
为研究CO2驱过程岩心微观孔隙结构的变化特征,搭建了岩心驱替核磁共振测试平台,实验设备流程如图1所示。
岩心驱替核磁共振测试平台主要由注入系统、围压/回压控制系统、温度控制系统、核磁共振检测系统、流量采集系统等模块组成。测试平台核心为MesoMR核磁共振检测系统,通过该系统对岩心进行核磁共振检测,分析不同驱替阶段前后的致密岩心孔隙结构特征。
图1 岩心驱替核磁共振测试平台
为了研究不同条件下致密油藏CO2驱前后岩心孔隙结构的变化规律,制定具体实验步骤如下:清洗烘干实验岩心,并测量岩心气测渗透率和孔隙度;对岩心饱和地层水进行核磁共振测试,提取2谱;将围压和恒温箱温度设定为预定值,待夹持器中温度恒定后开始进行CO2驱替,按照设定的注入压力开展恒压驱替,将回压设定为低于注入压力 0.3 MPa,驱替100PV后结束;将驱替后的岩心清洗烘干,测试岩心的气测渗透率和孔隙度,并将饱和地层水,再次进行核磁共振测试,提取2谱;对比分析CO2驱前后的岩心孔渗和2谱的差异,研究CO2驱前后致密岩心孔隙结构变化规律。
通过设定不同的实验参数,定量分析研究了反应时间、注入压力和注入温度影响下的CO2驱前后致密岩心微观孔隙结构变化规律。
CO2和地层水及储层岩石的反应是一个逐步发生的化学反应,因此CO2驱替的时间,也就是CO2同在岩心中滞留的时间将会直接影响到反应的程度,并对最终的反应结果造成影响。为了研究反应时间对于CO2驱前后致密岩心微观孔隙结构变化的影响,采用同一渗透率的3块岩心(0.2× 10﹣3μm2),在相同的注入压力(7 MPa)下开展CO2驱替,实验温度为60 ℃,将驱替时间分别设定为1 d、2 d、3 d。实验前后的岩心核磁共振2谱对比结果如图2所示。
图2 不同反应时间下的岩心T2谱对比
从图2可以看出,在CO2驱替后,致密岩心中2值在0.1~1 ms间的小孔喉和2值在0.1~1 ms间的中孔喉的信号强度均出现明显下降,表明注入的CO2和地层水及岩石矿物发生反应并形成了新生矿物,对中小孔喉造成了明显堵塞。随着驱替反应时间的延长,2值在10~100 ms间的相对大孔喉所受影响逐渐增大,反应时间越长,大孔喉的堵塞越严重,同时更小尺寸孔喉所占的比例也逐渐提高。结果表明,CO2驱替后在堵塞大孔喉的同时,会产生新的小孔喉,反应时间越长,大孔喉的堵塞和小孔喉的产生也越明显。
为了研究注入压力对于CO2驱前后致密岩心微观孔隙结构变化的影响,采用同一渗透率的3块岩心(0.2×10﹣3μm2),在不同的注入压力(3 MPa、7 MPa、11 MPa)下开展CO2驱替,实验温度为60 ℃,驱替时间2 d。实验前后的岩心核磁共振2谱对比结果如图3所示。
图3 不同注入压力下的岩心T2谱对比
从图3可以看出,注入压力较低(3 MPa)时,岩心中小孔喉的信号幅度明显下降,大孔喉的信号幅度也略有降低,表明此时注CO2已经导致岩心中部分孔喉堵塞。随着注入压力进一步提高,岩心中小孔喉和大孔喉的信号幅度降幅更加明显。而当注入压力达到11 MPa时,岩心孔隙信号峰左移且峰值大幅度提高,表明小孔喉占比急剧上升。这主要因为在该注入压力和温度条件下,注入的CO2已经处于超临界态,在这种情况下,超临界CO2和地层水及储层岩石的化学反应速度大幅提高,岩心内部在流体的溶蚀作用下,产生了大量的新的微小孔喉,从而导致2值在0.1~1 ms之间的小孔喉大量增多,信号幅度增强。
为了研究注入压力对于CO2驱前后致密岩心微观孔隙结构变化的影响,采用同一渗透率的3块岩心(0.2×10﹣3μm2),在不同的温度(30 ℃、60 ℃、90 ℃)下开展CO2驱替,注入压力为11 MPa,驱替时间为2 d。实验前后的岩心核磁共振2谱对比结果如图4所示。
图4 不同注入温度下的岩心T2谱对比
从图4可以看出,注入温度较低(30 ℃)时,岩心中小孔喉的信号幅度出现明显下降,大孔喉的信号幅度也略有降低,表明此时注CO2产生矿物沉淀的速度大于溶蚀的速度,导致岩心中部分孔喉堵塞。当注入温度大于60 ℃时,CO2处于超临界态,溶蚀反应迅速增强,小孔喉占比迅速提高。当注入压力继续提高后,在高温的作用下,超临界CO2展现出了更强的反应活性,中小孔喉在溶蚀作用的影响下进一步大幅提高,大孔喉则在溶蚀残余物运移和堵塞的影响下占比进一步减少。
搭建了岩心驱替核磁共振测试平台,通过对致密油藏岩心在CO2驱前后的核磁共振结果分析,评价CO2驱过程致密岩心微观孔隙结构的变化特征;CO2驱替后在堵塞大孔喉的同时,会产生新的小孔喉,反应时间越长,大孔喉堵塞和小孔喉产生也越明显。在注入温度和压力较高时,CO2处于超临界态,超临界CO2和地层水及储层岩石的化学反应速度大幅提高,产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
栾茂兴(1992—),男,本科,助理工程师,从事油气藏试井研究。
〔编辑:严丽琴〕