低场核磁共振在超临界CO2驱替中的应用

驱替技术自应用以来，已经成为了油气增产的主要措施之一，最先应用的水驱技术存在耗水量大、返排率低、增产衰减快等问题。而超临界CO₂驱替具有保护环境、节约水资源、提高油气产量、埋存CO₂的优点，在油气储层增产开发中具有广阔的应用前景。

超临界CO2驱替技术主要适用于存在水敏、水锁效应和低产、低渗、低丰度等非常规油气藏的储层改造，因其自身的物理化学特性，CO₂吸附地层可形成微酸性环境，抑制黏土矿物膨胀，从根本上解决水敏与水锁效应，提高储层渗透性，是现阶段非常规油气藏大规模高效开发的重要手段之一。 此外，超临界CO₂自身具有气体的低黏度、高扩散性，也有液体高密度的特点，其破裂压力比水力压裂和液态CO₂压裂低，并且造缝能力更强，形成的缝网更复杂。 但超临界CO2驱替技术作为新兴的驱替技术，许多相关技术和理论仍不完善，学者对其驱替过程中的裂缝起裂机理和裂缝扩展形式意见不统一，需深入研究超临界CO₂驱替的原理^[1]。

前人对超临界CO₂驱替的研究较少，这是由于现有的实验装置和数值模拟方法都不能满足超临界CO₂驱替机理研究的要求，低场核磁共振驱替可视化技术基于对氢质子信号的优秀捕捉能力以及配套可真实模拟CO₂的超临界环境的模块附件，对超临界CO₂驱替机理、渗流能力特征的研究提供有效的实验数据。

一、什么是超临界CO2？

随着环境的温度和压力变化，部分物质存在三种相态-气相，液相，固相，三相成平衡态共存的点叫三相点液，气两相相界面消失的状态点叫超临界点.在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力，不同的物质其临界点的压力和温度各不相同。

超临界CO₂就是CO₂在压力超过7.38Mpa、温度超过31.04℃环境中，将成为超临界态，界于气体和液体之间的状态。气体的特征：可以充满整个空间；液体的特征：可以溶解其他的物质。CO₂处在超临界态时，其气态液态的界面突然消失，形成的一种新的状态，兼具气态和液态的部分性质，而且还有新的性质。

二、低场核磁在超临界CO2驱替研究中的应用。

超临界CO2以其自身独特的物理化学状态，在导入地层后，驱替地层提高采收率，其作用机理大致分为以下四个部分：产生剪切破坏激活了天然裂缝，降低缝内净压力有利于裂缝的发育，降低临界压力巩固裂缝的生成，产生局部相变促进裂缝的动态持续发育[2]。经过以上作用，极大的提高了储层的导流能力和渗透能力。低场核磁在超临界CO2驱替研究中的应用方向主要如下：
1.超临界CO2驱替岩心，岩心内部介质的流动机理，以及增产机理研究。
2.在驱替的过程中，对CO2进行封存的研究。
3.超临界CO2吞吐机理研究。
4.超临界CO2压裂过程，岩心随超临界条件的改变，内部裂缝静态发育的研究。

三、低场核磁共振技术超临界CO2驱替中的应用

以下带来低场核磁共振技术在超临界CO₂连续驱替的实验，其核磁T2谱如下^[3]：

超临界CO₂驱替核磁T2谱

由T2谱可知，在长时间的持续驱替实验过程中，超临界CO₂可以对小孔中的介质有一个很好的驱替效果，意味着在实际的生产活动中，超临界CO₂对非常规油气藏尤其致密储层的油气藏能有一个很好的增产效果，低场核磁共振技术为理论研究提供数据支持。

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参考资料

[1]李小刚, 冉龙海, 杨兆中,等. 超临界CO₂压裂裂缝特征研究现状与展望[J]. 特种油气藏, 2022,

29(2):8.

[2]周大伟, 张广清. 超临界CO2压裂诱导裂缝机理研究综述[J]. 石油科学通报, 2020, 5(2):15.

[3]Wei B, Zhang X, Wu R, et al. Pore-scale monitoring of CO₂ and N2 flooding processes in a tight formation under reservoir conditions using nuclear magnetic resonance (NMR): A case study[J]. Fuel, 2019, 246:34-41.