2020-05-26 13:40:45, 海燕 苏州纽迈分析仪器股份有限公司
本文的核心看点
试验设计
两篇文章的对比
为了对这篇文章有个很直观的了解,我把他们从不同的方面做了对比,如表格所示。
文献一:酸化作用下龙马溪组页岩孔隙结构演化实验研究《煤炭学报》2019
文献二. Variation of Limestone Pore Structure Under Acidizing and Wormhole Propagation Visualization Using NMR.《Society of Petroleum Engineers》2020.
表1. 两篇文章的研究内容对比
两篇文献中页岩类型和酸化剂的选择
文献一
文献二
试验设计
文献一
直接将酸浸泡页岩试样,在浸泡24h过程中观察孔隙的变化,此外,页岩试样尺寸较小为50 mm×20 mm× 20mm的长方体,这样的话虽然反应较为充分,但是是一种离线的、浸泡酸化过程,跟实际的驱替酸化有所区别。
文献二
则采用不同注入速率下酸化驱替实验,同时实时分析孔隙变化,能直观、可视化、在线实时观察酸化侵蚀孔洞的传播规律,这点对于实际生产非常有指导意义。
仪器方法
▲图1.核磁共振成像分析仪驱替系统
采用的核磁共振成像分析仪MacroMR12-150HTHP-I,来自于苏州纽迈分析仪器股份有限公司,磁场强度12.66MHz。
室温下,利用核磁共振岩心驱替系统进行酸驱试验,过程中采集核磁共振T2图谱和核磁共振成像信息,从而表征内部孔隙结构变化。
文献二酸驱过程酸蚀孔洞传播规律
相比之下,文献二主要关注酸化过程孔隙的溶解过程,核磁共振技术能提供内部孔隙的孔径分布,另一方面,磁共振成像能可视化研究三维孔隙分布及酸化孔洞的传播路径。在动态、可视化表征中再合适不过。
非均质性较强的岩心酸驱过程孔隙分布及酸化孔洞传播规律
由图直观看出酸化对岩心内部腐蚀的结果,红色代表孔隙大,水分多,孔隙率高,蓝色代表基质紧密,孔隙率低。
▲图2.1#岩心酸化前后岩心核磁共振成像
为了解岩心样品内部的酸流路径和虫孔的传播特性,沿着酸化路径分析不同层面的孔隙结果。
▲图3.岩心酸化前后不同层面处的磁共振成像
岩心样品内部有一个斜条纹的蓝色区域,是低孔隙度区域,表明孔隙分布具有明显的非均质性,大部分低孔隙度区域在注酸后保持不变,而其他区域由于酸性流动和孔隙增大而由浅红色变为深红色,生成一些小的虫孔。
为了更清楚的了解孔隙的具体变化,我们通过T2弛豫来分析。
▲图4.岩心酸化前后T2弛豫图谱
核磁共振T2图谱能表征岩心孔隙大小和分布,这点不做过多介绍。
未酸化前只有一个峰(红色线),T2弛豫时间在0.20∼1245.88 ms,表明此时各个孔隙之间具有较好的连通性。酸化后在0.01∼9329.30 ms出现了三个峰其中弛豫时间在0.10∼102.34ms的峰增加,表明酸的溶解作用,使得中孔和微孔增加。102.34∼580.52 ms信号小幅降低,而580.52∼9329.30 ms显著增加,说明中孔和微孔的孔径变化不大,而大孔和超大孔的孔径大量增大。由于岩心的非均质性,大量的酸流入大孔和超大孔,溶解了孔周围的基质颗粒进一步增强了孔径分布的非均质性。
我们来看一下均质性岩心的酸蚀结果
▲图5.4#岩心酸化前后核磁共振成像变化
4号岩心是最为均质的,酸流过整个入口表面,在核心内部形成了几个均匀分布的虫孔。
由于岩心均质性的影响,加上低反应率的乙酸与石灰石充分反应,共同促成了多个分枝虫孔的形成。
碳酸盐岩等脆性矿物溶解后产生的大孔可以促进孔隙的发育。
▲图6.4#岩心酸化前后岩心T2弛豫图谱
在酸注射前,有两个峰,各自的峰范围为0.19 ~ 1011.64 ms,及0.19 ~ 178.34 ms。
酸注射后0.01 ~ 2494.51ms也有两个峰。但是两个峰的峰面积显著增加,乙酸进入了大部分具有不同孔径的孔隙,引起孔隙的增加。
这里看出:非均质岩心酸蚀孔隙的规律较为复杂,微孔和超大孔更容易被酸进入腐蚀,而致密的微孔和中孔则相对“坚固”,这样的结果跟酸驱的压力、流速有较大关系。均质性的岩心酸蚀则相对均匀,各个类型的孔隙都有大幅增加。
当然本篇文章还根据孔隙度的变化对最佳的注入速率进行的探究,这里不做详细的展示。
接下来,我们来看文献一中,页岩经过HCl和HF的酸化后,微观孔隙的变化。
文献一页岩酸浸泡过程孔隙变化
▲图7.页岩经过顺序酸浸泡过程孔隙结构演变
如图7所示,页岩在经历先HCl后HF的酸化过程中,
试样局部出现大孔,且小孔的数量大幅增加,随着酸化时间延长,大孔数量继续增加,总孔隙数目也增加。使得孔隙出现相互连通。
我们通过压汞法来定量分析孔隙酸化前后孔径的变化。
▲图8. 酸化前后页岩累积孔隙体积、孔隙体积增量与孔径分布的关系(左图)
酸化前后页岩累计孔隙比表面积、比表面积增量与孔径分布的关系(右图)
如图所示,用压汞法分别比较了酸化前后,不同酸处理后的累计孔隙体积、孔隙体积增量、孔径分布、孔隙比表面积的变化。不难发现:
酸化后页岩累计孔隙体积提高了两个数量级。
酸蚀作用使得页岩内直径0.05~6μm 及25~575μm的孔隙显著发育。
页岩孔隙比表面积缓慢增加至平衡状态,表面酸化使得页岩内中孔和大孔发育,改变了原先致密的结构,这与我们在试验设计处的猜测一致。
这篇文章还用元素分析、扫描电镜进一步对酸化过程进行探究。
▲图9.顺序酸处理24h后页岩微观结构的电镜扫描结果
▲图10.顺序酸处理24h后页岩的元素分布
顺序酸处理后Mg,Ca,O元素含量相较于反应前明显减少,说明碳酸盐矿物被酸液溶蚀。Si元素在反应前由集中富集转变为整体分布,表明石英与氢氟酸发生反应后,生成物部分溶解在酸液中,导致Si元素分布的变化。
顺序酸处理页岩可以有效增加页岩内部的孔隙,且生成的孔隙较少被沉积物填充,酸蚀孔隙可以有效连通从而形成裂隙,进而提高页岩内部孔隙的通透性,促进气体的运移和采收。
结论
结论
关于核磁共振成像及酸化驱替技术的咨询,请与我们的技术工程师联系。
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