低场核磁共振技术在地热储层及开发中的应用

2022-08-12 11:50:43, 纽迈分析苏州纽迈分析仪器股份有限公司

在我国能源领域内，继可燃冰之后，又一热点是地热。地热之所以引起国人的关注，是因为储量如此巨大，无法准确计算其储量。化石燃料会造成温室效应，开采难、费用高，而地热的优点是可再生能源，价格低，没有污染，地热开采稳定并连续。

十四五能源领域规划纲要技术路线中，集中攻关重点提到绿色清洁能源开发与利用技术。支撑水/干热型地热能资源开发，开展高温含水层储能和中深层岩土储能关键技术研究，实现余热废热的地下储能。突破干热岩探测、压裂及效果评价等关键技术。

一

什么是地热？

地热资源是指能够经济的被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分。

我国地热资源可分为浅层地热能资源、水热型地热资源和干热岩资源三种类型。目前可利用的地热资源主要包括：通过热泵技术开采利用的浅层地热能、天然出露的温泉、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。我国地热资源种类繁多，考虑地质构造特征、热流体传输方式、温度范围以及开发利用方式等因素。

二

地热能如何利用？

地热资源主要用途包括发电、建筑物供暖、伴热集输、热洗油管、地热利用提高原油采收率等研究领域。

随着常规石油资源日益枯竭，稠油作为一种特殊的非常规油气资源，储量巨大，可作为常规石油的接替能源。但因稠油粘度高，稠油油藏的一次采收率往往很低。重油开采面临的独特挑战是如何有效地从深层储层输送高粘度原油。

我国含油气盆地不仅富含油气，更富含水热型地热资源，充分利用现有油气田地热资源，集增能与高温降粘于一体，能够显著提高注水油藏采收率。油气田开发至中后期还会留存大量的闲置井，可逐步转变为“地热田”，提高资源综合利用率。

三

低场核磁共振技术如何应用于地热能储层开发及利用？

开发地热储层的风险很高，需要提前确定储层的非均质性，低场核磁共振技术可测量地热储层岩石的孔隙度、渗透率、饱和度、孔隙结构等岩石物性信息，量化输送流体的能力，分析未知的岩石物性对于增加地热能利用的潜在障碍。高温作用下，岩石内部微尺度孔隙结构会发生显著的变化，这与岩石的物理、力学和水运输特性密切相关。

低场核磁共振技术可得到岩石中微孔、介孔、大孔等多尺寸信息，利用T2谱分析地热温度对于介孔和大孔裂隙分布和连通性的影响，探索岩石孔隙-裂隙微观结构对温度的响应。孔隙结构特征是影响干热岩渗透性和热采收率的重要因素，也是预测任何诱发地震的关键参数。低场核磁共振技术作为孔隙信息和流体表征的重要研究手段，发展成熟，具有快速、在线、无损、绿色等优势。

对于地热利用实验室室内研究，核磁共振也是一种非侵入性、在线的定量流体检测技术手段，结合模拟储层温度、流体、压力、干热岩（HDR）等实验环境模块，在线研究内部孔隙结构及孔隙中的流体分布特性的变化，实现地热能利用及不同注水方案方案对于提高稠油采收率性能的机理研究，对于提高热采效率、地热能开发利用、稠油油藏开发方案具有指导意义。

增强型地热开采，与二氧化碳地质封存、煤层气和页岩气等深部非常规资源开采的研究一样，均涉及热-流-固-化多物理场多耦合科学问题。低场核磁共振技术通过识别流体、实现变化温度场和检测孔隙结构组成，助力于热-流-固多场耦合研究领域。

参考资料：

[1]Jin P , Hu Y , Shao J , et al. Influence of Temperature on the Structure of Pore–Fracture of Sandstone[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2020, 53(1):1-12.

[2]Li H , Zhou L , Lu Y , et al. Changes in Pore Structure of Dry-hot Rock with Supercritical CO 2 Treatment[J]. Energy & Fuels, 2020.

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