NMR非常规岩芯系统介绍

作为一种清洁能源，页岩气因其储量丰富、分布广，引起了人们的极大关注．页岩气所贮存的页岩层由大量微纳米孔隙构成 ，整体上表现为低孔隙度、低渗透率．对北美多个地区页岩样品进行分析，认为页岩孔隙度极低(＜5%)，渗透率在10－9～10－3μm2之间。观察了页岩中复杂的孔隙结构，认为主要存在三种孔隙类型:直径在5～1000nm 之间的层状碳酸盐孔隙、直径在50～1000nm 之间的溶解碳酸盐孔隙和直径在 10～100 nm 之间的有机质孔隙．通过实验得出页岩孔隙直径在2～20 nm 之间，有机质作为干酪根的主要成分，其含量达到 40%～50%．因此页岩气开发需要解决诸多微纳米力学问题: ①页岩气在微纳米孔隙中的贮存机制; ②页岩气注气驱替的相关机制; ③页岩气开采过程中从微纳米孔隙极终运移到井筒的多尺度运移机制 ．孔隙结构：单重、双重、三重孔隙介质；共六种孔隙结构类型。NMR非常规岩芯系统介绍

致密油成为全球非常规岩芯石油勘探开发的亮点领域，通过解剖国内外致密油实例，可归纳出以下地质特征: 发育微 纳米 级 孔 喉 系 统。孔 喉 半 径 小，主 体 直 径 40 ～ 900 nm，孔隙结构复杂，喉道小，致密砂岩油储集层 泥质含量高，水敏、酸敏、速敏严重，因而开采过程 易受伤害，损失产量可达 30% ～ 50% 。 致密油 层非均质性严重。由于沉积环境不稳定，致密砂层 厚度和层间渗透率变化大，有的砂岩泥质含量高， 地层水电阻率低，油水层评价困难较大。由于孔喉 结构复杂，吼道小，毛细管压力高，原始含水饱和度 较高( 一般 30% ～ 40% ，个别达 60% ) ，原油密度多 小于 0. 825 g /cm3。 发育天然裂缝系统。岩石 坚硬致密，但存在不同程度裂缝，一般受区域性地 应力控制，具有一定方向性，对油田开发效果影响 较大，裂缝既是油气聚集的通道，也是注水窜流的条件，且人工裂缝多与天然裂缝方向一致。磁共振非常规岩芯技术特色达西进行了水通过饱和砂的实验研究，发现了渗流量Q与上下游水头差和垂直于水流方向的截面积A成正比。

页岩气开采是指贮存在微纳米孔隙和颗粒间的页岩气在人为驱动下运移至宏观裂缝，极终汇集到井筒的过程 页岩气具有多种贮存方式: ①吸附在有机质(干酪根) 孔隙表面; ②游离于孔隙和裂缝中; ③溶解于沥青和干酪根中．其中吸附是主要贮存方式，吸附气可以占到页岩气总量 20% ～ 85%．吸附量的大小与有机碳含量成正比，此外还受储层的压力、温度和比表面积等因素的影响，关系十分复杂．吸附机理的准确认识对页岩气解吸以及产量预测起到至关重要的作用．

致密油与页岩油均无明显圈闭界限，无自然工业产能，需要采用直井缝网压裂、水平井体积压裂、空气与CO2 等气驱、纳米驱油剂等方式进行开发，形成“人造渗透率”，持续获得产能，属典型“人造油气藏”。) 。通过整理国内外有关致密油与页岩油研究进展，笔者认为二者在地质、开发、工程等方面均存在明显差异，应定义为 2 种不同类型的非常规岩芯油气资源。 致密油是指储集在覆压基质渗 透率小于或等于 0. 1×10 －3μm2( 空气渗透率小于 1× 10 －3μm2) 的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集层中的 石油。单井一般无自然产能或自然产能低于工业 油流下限，但在一定经济条件和技术措施下可获得工业石油产量。如酸化压裂、多级压裂、水平井、多分支井等措施，这是目前全球非常规岩芯石油发展的亮点领域，松辽盆地让字井区斜坡带扶余油层泉四段砂岩储层。

随着世界油气工业勘探开发领域从常规岩芯油气向非常规岩芯油气延伸，非常规岩芯油气的勘探和研究日益受到重视。非常规岩芯油气与常规岩芯油气在基本概念、学科体系、地质研究、勘探方法、“甜点区”评价、技术攻关、开发方式与开采模式等 8 个方面有本质区别。非常规岩芯油气与常规岩芯油气地质学的理论基础，分别是连续型油气聚集理论和浮力圈闭成藏理论。非常规岩芯油气有两个关键标志：一是油气大面积连续分布，圈闭界限不明显，二是无自然工业稳定产量，达西渗流不明显；两个关键参数为：一是孔隙度小于 10%，二是孔喉直径小于 1μm 或空气渗透率小于 1mD。低场核磁共振技术已被广泛应用于储层实验评价研究的各个方面，如孔隙度、孔径分布、核磁渗透率。氢核磁共振非常规岩芯分析

引入并发展连续型油气聚集理论。NMR非常规岩芯系统介绍

升高温度和降低压力只能在一定程度上促进页岩气的解吸附过程，仍有大量的页岩气存留在页岩有机质表面．另外解吸附过程产生的游离气无法主动运移至井口，实际生产中常常采用注气驱替的方法来提高页岩气产量，CO2和N2在自然界中大量存在，获取成本低，安全稳定，是两种常用的驱替气体。采用CO2和N2以及两者混合物分别驱替CH4，并分析了注入速率对驱替效果的影响，结果表明驱替气体注入速率越高，驱替效果越好．分别对CO2和N2驱替CH4的效率进行了实验研究，结果表明虽然CO2开始驱替所需的初始浓度较高，但是在驱替过程中效率高于N2．并且，两种气体极终驱替量都在吸附甲烷气体的90%以上．利用分子动力学模拟也得到了相似结果，并揭示了CO2和 N2不同的驱替机制: CO2与壁面吸附力高于CH4，驱替过程中CO2会直接取代 CH4的吸附位置; N2虽然与壁面吸附力低于CH4，但是注入N2会导致局部压力降低，从而促进CH4解吸附．通过分子动力学模拟研究了碳纳米管中CO2驱替CH4的过程，发现驱替在CO2分子垂直于壁面时极容易进行，并认为碳纳米管存在一个合适管径使驱替效率极高．NMR非常规岩芯系统介绍