低场核磁共振技术在酸化压裂中的研究

2022-08-09 12:14:35, 纽迈分析苏州纽迈分析仪器股份有限公司

随着我国经济水平的提高，日常生活对石油和天然气的需求也越来越高，面对我国石油新储集层和区块开发难度增大、增产措施改造对象越趋复杂、老油区增产稳产性不容乐观的严峻态势，国家有关部门制定了一系列相关政策，鼓励我国石油公司加大勘探开发力度，提高油气资源采收率（EOR），增强采油能力。如国家发改委发布的《关于促进天然气协调稳定发展的若干意见》以及国家能源局发布的《页岩气发展规划(2016—2020年)》，都把推进油气产业发展作为重中之重。

压裂酸化技术是实现提高采收率的进攻性技术，可以大幅度提高油气井产量，是国内外各大油田实现增产稳产的主要技术手段。由于致密的碳酸盐储层结构复杂，致密储层具有低孔、低渗的特点，孔喉细小，孔隙结构复杂，储层流动条件极差，给酸化压裂技术促进裂缝发育的机理研究带来了一定的困难。

目前，关于岩心微观结构的分析方法主要有基于定性观察的图像分析法和定量表征的流体注入法，但它们均存在一定的局限性。而低场核磁共振（NMR）技术在孔裂缝发育表征研究中发展成熟，能够有效表征岩心孔隙与微裂缝的发育特征与分布状态，并结合多样化的前处理方式获取岩心孔隙度、渗透率等岩石物性参数，以及孔隙类型、孔径分布等孔隙结构信息，为储层裂缝发育机理研究部提供技术支撑,进一步提高增强采油能力^[1]。

一

什么是酸化压裂？

压裂酸化简称酸压。是在高于地层破裂压力下用酸液作为压裂液，进行不加支撑剂的压裂。酸压过程中靠酸液的溶蚀作用将裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，以使停泵卸压后，裂缝壁面不会完全闭合，使得储层具有较高的导流能力。

酸化压裂主要用于堵塞范围较深或者低渗透区的油气井以及碳酸盐岩油藏。在所有的碳酸盐岩酸化作业中，常用的是质量分数为15%的盐酸，有时也会用高浓度的盐酸、有机酸，以及盐酸和有机酸的混合物，以进一步提高酸化压裂裂缝发育的效果。

二

酸化压裂对提高采收率的作用？

酸化压裂工艺更多用于碳酸盐岩储层，获得更好的压裂效果，使得裂缝更进一步发育，同时可以解除地层伤害并改造未受伤害的储层。

在酸化压裂过程中，将酸注入到由粘滞性流体(前置液)产生的裂缝中，或是酸本身用来形成裂缝，裂缝的高度主要受边界层的应力差异控制，长度主要取决于裂缝的高度和压裂液的滤失性。当酸沿着裂缝流动时就会溶蚀裂缝壁面，即便在后续生产活动中，裂缝发生一定程度的闭合，仍然保持一定的导流能力，这对提高采收率和增强采油，效果明显。

三

酸化压裂裂缝发育研究方法有哪些？

酸化压裂使岩心的裂缝得到了发育，从而提高储层的采收率，我们需要对裂缝的发育情况做深入研究，才能建立酸化过程-裂缝发育过程-采收率提高过程三者之间的联系。

目前对裂缝发育的测量方法有很多，包括压汞法、液氮吸附法、电镜扫描法、X-射线法等。

压汞法

又称汞孔隙率法。是测定裂缝中孔和大孔孔径分布的方法。

基本原理是，汞对一般固体不润湿，欲使汞进入孔需施加外压，外压越大，汞能进入的孔半径越小。测量不同外压下进入孔中汞的量即可知相应孔大小的孔体积。但是存在不能测量小微孔的问题，且过程不可逆，会对岩心造成破坏，可能存在测量值比实际值偏大的问题^[2]。

液氮吸附法

用氮吸附法测定裂缝中微孔孔径分布是比较成熟而广泛采用的方法。

它是用氮吸附法测定比表面积的一种延伸，依据氮气的等温吸附特性曲线，采用体积等效代换的原理，即以孔中充满的液氮量等效为孔的体积。基于原理液氮吸附法对大孔的测试存在偏差^[3]。

电镜扫描法

对岩心进行切片，置于电镜下曝光，高分辨率拍摄切面，设定阈值选择阴影区域定义为孔隙，经过对照片的数据处理，得到孔径分布。

该方法需要对岩心进行切片，过程不可逆，破坏了样品，且阈值的设定存在主观性，对孔径分布的准确性存在一定影响^[4]。

X-射线法

X射线穿过岩心，会呈现指数形式的衰减，当接收器接收衰减的信号，经过数据处理，可以在衰减的信号量和样品孔隙之间建立关联，从而获得岩心的孔径分布。

但是X射线穿透的岩心尺寸有一定的限度，且岩心中不同的矿物质会影响X射线的衰减，从而影响孔径的测试精度^[5]。

低场核磁法

对比传统方法，核磁法作为成熟的裂缝发育测试研究方法，具有快速、无损、在线、准确、绿色等优势，可以更加微观化表征裂缝的发育情况以及发育过程^[6]。

四

低场核磁共振在酸化压裂裂缝发育中的研究应用

由于乙酸的溶解作用，使得中孔和微孔数量增加，大量的酸流入大孔和超大孔，溶解了孔周围的基质颗粒，大孔和超大孔的孔径大量增加。图中岩心样品内部有一个斜条纹的蓝色底孔隙度区域，具有明显的非均质性，而其他区域由于酸蚀变红，生成一些小的虫孔。低场核磁共振技术，可以将裂缝微观细致的发育变化过程生动形象的呈现出来。

参考资料：

[1]罗云, 刘爱华, 王俊明,等. 交联酸加砂酸化压裂技术在复杂岩性油藏的应用[J]. 石油学报, 2008, 29(002):266-269.

[2]Cao G, Lin W, Zhang Y, et al. Research on nitrogen physical adsorption method and mercury intrusion method used for characterization of FCC catalyst pore size distribution[J]. Refining and Chemical Industry, 2015.

[3]Takei T, Chikazawa M. Measurement of Pore Size Distribution of Low-Surface-Area Materials by Krypton Gas Adsorption Method[J]. Journal of the Ceramic Society of Japan, 2010, 106(1232):353-357.

[4]Cocozza C, Maiuro L, Tognetti R. Mapping Cadmium distribution in roots of Salicaceae through scanning electron microscopy with x-ray microanalysis[J]. Iforest Biogeosciences & Forestry, 2011, 4(3):113-120.

[5]Chen X L, Li Y W, Li Y B, et al. Effect of Reactive-Al2O3 Addition on the Pore Size Distribution and Thermal Conductivity of Carbon Blocks for Blast Furnace[J]. Advanced Materials Research, 2010, 97-101:453-456.

[6]黄勇. 滨南油田低渗特性与注水开发生产特征研究[D]. 中国石油大学(北京), 2020.