頁巖油注二氧化碳提高采收率影響因素核磁共振實驗

郎東江，倫增珉，呂成遠，王海濤，趙清民，盛寒

（1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

0 引言

北美地區(qū)頁巖油產(chǎn)量已呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。中國相繼在長慶、大慶、大港、新疆等油田頁巖發(fā)育段發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流，展示頁巖油氣良好的勘探開發(fā)前景。頁巖油氣勘探開發(fā)在中國起步較晚但發(fā)展迅速，有望成為油氣儲量新的增長點。頁巖油賦存于頁巖微納米級孔隙中，需依靠人工壓裂裂縫才能產(chǎn)出[1-11]。頁巖油彈性開采能量下降快、產(chǎn)量遞減快，水平井分段壓裂后初始采油速度較高、但產(chǎn)量遞減快，大量原油滯留于頁巖儲集層孔隙中、注水效果差、后續(xù)能量難以補充、基質(zhì)與裂縫難以有效溝通。因此，亟需開發(fā)頁巖油提高采收率技術(shù)。CO2是最常用的驅(qū)油劑之一，當壓力高于7.39 MPa、溫度高于31.06 ℃時CO2處于超臨界狀態(tài)，超臨界 CO2能夠較好地滲入到微、納米孔隙介質(zhì)中與原油相互作用，具有降低原油界面張力和黏度、擴大原油體積、萃取原油輕質(zhì)組分的能力，因此注 CO2是提高油氣采收率的有效方法之一。目前在國內(nèi)外常規(guī)油氣開發(fā)中得到廣泛應用，在非常規(guī)油氣開發(fā)中的應用還處于探索階段[12-22]。開展 CO2注入頁巖地層提高采收率影響因素研究對探討頁巖油開發(fā)和動用技術(shù)具有重要意義[23-25]。目前國內(nèi)外在這方面開展了一些基礎(chǔ)性研究：①頁巖巖心注 CO2吞吐機理研究[26-28]；②注 CO2混相對頁巖巖心驅(qū)油效率的影響研究[29-30]；③頁巖巖心與常規(guī)油氣儲集層巖心注 CO2吞吐驅(qū)油效率對比實驗研究[31]；④頁巖巖心注 CO2與注混合氣體驅(qū)油效率對比實驗研究[32]。這些基礎(chǔ)性研究主要是基于CT技術(shù)和常規(guī)實驗裝置開展，但利用核磁共振技術(shù)開展高溫、高壓條件下頁巖巖心注 CO2提高采收率的實驗研究鮮有報道。與CT和常規(guī)實驗裝置相比，核磁共振技術(shù)能夠更加有效地識別頁巖巖心孔隙中的流體變化、剩余油分布狀況。

本文利用核磁共振進行頁巖油儲集層注 CO2提高采收率影響因素在線動態(tài)測試實驗，實時觀察原油被采出過程和剩余油分布狀況，并分析壓力、溫度、作用時間、裂縫發(fā)育程度等因素對注CO2驅(qū)油效果的影響，以期為頁巖油儲集層礦場注CO2效果評價提供技術(shù)支撐。

1 實驗原理及方法

1.1 實驗原理

利用核磁共振設(shè)備測量頁巖儲集層含油（或水）巖心，得到T2譜。大孔隙內(nèi)的流體受固體表面的作用力小，因此弛豫速度慢，T2值大。反之小孔隙內(nèi)的流體受固體表面的作用力大，弛豫速度快，T2值小。T2值在油層物理上的含義為巖心中不同大小的孔隙占總孔隙的比例。巖石孔隙中流體的T2值與孔徑關(guān)系可表示為[33-34]：

巖心中表面弛豫率ρ、孔隙形狀因子F均可近似看作是常數(shù)，因此轉(zhuǎn)換系數(shù)C也是一個定值，求得C值后即可將核磁共振T2譜換算為孔隙半徑分布圖。

由于頁巖巖心為納米級孔隙，本文利用已知孔徑范圍為4～11 nm的分子篩作為標準樣品開展實驗確定轉(zhuǎn)換系數(shù)C。實驗步驟為：首先用分子真空泵對分子篩樣品抽真空并加壓飽和水，然后測試分子篩樣品核磁共振T2譜。

由核磁共振T2譜圖（見圖1）橫坐標計算得到分子篩樣品T2平均值為2.45 ms。已知分子篩樣品孔徑范圍4～11 nm，以1 nm為單位依次增加取8個點平均，平均孔徑值為7.5 nm，由（1）式計算得到C值為0.327 ms/μm。求得C值后即可將實驗測試的頁巖巖心核磁共振T2譜橫坐標橫向弛豫時間大小換算為孔徑大小，利用核磁共振T2譜可對頁巖儲集層巖樣進行分析。

圖1 分子篩樣品核磁共振T2譜圖

核磁共振成像是在靜磁場上迭加一個梯度磁場，從而建立核磁共振信號的共振頻率與核所處位置的關(guān)系，利用快速傅立葉變換、圖象重建等技術(shù)獲取核磁共振圖像。核磁共振成像可以得到巖樣任意切片方向、任意切片厚度的二維圖像及三維圖像，圖像中灰度信號即亮度表示油水在巖心中的分布情況，灰度越亮表示巖心含油水越多。反之灰度越暗表示巖心越致密、含油水越少。

1.2 實驗方法

1.2.1 作用時間對注CO2提高采收率影響實驗

頁巖高溫高壓核磁共振在線注 CO2驅(qū)油實驗系統(tǒng)（見圖2）包括3個子系統(tǒng)：①無磁巖心實驗裝置，氟油作為循環(huán)流體，通過恒溫油浴循環(huán)系統(tǒng)加熱調(diào)節(jié)控制溫度，實驗裝置耐壓55 MPa，溫度90 ℃，可模擬超臨界CO2驅(qū)替；②流體驅(qū)替系統(tǒng)，高壓泵驅(qū)替CO2進行頁巖在線注CO2驅(qū)油實驗；③核磁共振系統(tǒng)，最短回波時間0.06 ms，能夠檢測到頁巖巖心納米級孔隙中流體的信號，可對頁巖巖心進行在線核磁共振圖像、T2譜實驗研究。

圖2 頁巖高溫高壓核磁共振在線注CO2驅(qū)油實驗系統(tǒng)示意圖

選取渤海灣盆地濟陽坳陷利頁1井2塊頁巖巖心開展作用時間對注 CO2提高采收率影響實驗，巖心基礎(chǔ)物性參數(shù)如表1所示。實驗步驟為：①配制模擬油，45 ℃下原油黏度為3.8 mPa·s；②用有機溶劑將頁巖巖心中的原油洗凈后烘干，利用分子真空泵對頁巖巖心抽真空，然后放入恒溫箱中高溫加熱至 110 ℃；③使用注入泵將油樣注入到頁巖巖心中后緩慢升高壓力至65 MPa，在65 MPa壓力下飽和油1周，以盡量實現(xiàn)頁巖巖心的飽和及老化；④將飽和油巖心放入無磁巖心實驗裝置，巖心被置于實驗裝置中間，實驗裝置器壁與巖心之間留有縫隙，等效于模擬裂縫，巖心所有的面均與 CO2接觸，再將無磁巖心實驗裝置放到核磁共振設(shè)備探頭中；⑤將巖心加熱到40 ℃，巖心的溫度穩(wěn)定后對巖心進行掃描，獲得飽和油巖心初始狀態(tài)下的T2譜曲線，然后用高壓泵將CO2注入到巖心中；⑥注入CO2壓力達到8 MPa時停止注入，關(guān)閉實驗裝置輸入、輸出口，保持溫度、壓力不變，在作用時間（模擬 CO2燜井時間）0.5，4.0，20.0，30.0，40.0 h時進行核磁共振T2譜測試。

表1 不同作用時間實驗樣品物性參數(shù)表

通過長細管實驗測得 CO2與模擬油的最小混相壓力為25.6 MPa。實驗壓力和溫度高于CO2臨界壓力7.39 MPa和臨界溫度31.06 ℃，所以實驗中CO2處于超臨界狀態(tài)，為非混相條件。國內(nèi)外 CO2吞吐采油燜井時間為直井0.5～30.0 d，水平井2～60 d，按照動用儲量規(guī)模折合到巖心中其燜井時間為0.5～120.0 h，為此設(shè)計了實驗模擬的燜井時間為0.5～40.0 h。

1.2.2 CO2注入壓力對提高采收率影響實驗

選取濟陽坳陷利頁1井4塊性質(zhì)相近平行飽和油頁巖巖心開展注入壓力對注 CO2提高采收率影響實驗，巖心基礎(chǔ)物性參數(shù)如表2所示。實驗步驟為：①將飽和油巖心放入無磁巖心實驗裝置，再將無磁巖心實驗裝置放到核磁共振設(shè)備探頭中；②將巖心加熱到40 ℃，巖心的溫度穩(wěn)定后對巖心進行掃描，獲得飽和油巖心初始狀態(tài)下的T2譜曲線；③用高壓泵將CO2注入到巖心中，注入CO2壓力分別為8，12，15，18 MPa（達到 CO2超臨界狀態(tài)壓力條件）時停止注入，在達到每個注入CO2壓力時，關(guān)閉實驗裝置輸入、輸出口，保持溫度、壓力不變，每個注入CO2壓力作用時間30 h時進行核磁共振T2譜測試。

表2 不同壓力實驗樣品物性參數(shù)表

測試得到巖心的啟動壓力梯度在0.1～0.8 MPa/m，進而計算得到巖心注入端的壓力為4～32 MPa，而CO2臨界壓力為7.39 MPa。為了揭示超臨界CO2的注入壓力對提高采收率的影響，設(shè)計注入壓力變化范圍為8～18 MPa。

1.2.3 溫度對注CO2提高采收率影響實驗

選取濟陽坳陷利頁1井4塊性質(zhì)相近平行飽和油頁巖巖心開展溫度對注 CO2提高采收率影響實驗，巖心基礎(chǔ)物性參數(shù)如表3所示。實驗步驟為：①將飽和油巖心放入無磁巖心實驗裝置，再將無磁巖心實驗裝置放到核磁共振設(shè)備探頭中；②將巖心加熱到 35 ℃（達到CO2超臨界狀態(tài)溫度條件），巖心的溫度穩(wěn)定后對巖心進行掃描，獲得飽和油巖心初始狀態(tài)下的T2譜曲線，然后用高壓泵將 CO2注入到巖心中，注入 CO2壓力達到9.5 MPa時停止注入，關(guān)閉實驗裝置輸入、輸出口，保持溫度、壓力不變，在作用時間30 h時進行核磁共振T2譜測試；③加熱巖心，巖心的溫度分別為 40，50，60 ℃時停止加熱（達到 CO2超臨界狀態(tài)溫度條件），在達到每個溫度時關(guān)閉實驗裝置輸入、輸出口，保持溫度、壓力不變，每個溫度下在作用時間30 h時進行核磁共振T2譜測試。

表3 不同溫度實驗樣品物性參數(shù)表

CO2注入過程中地層溫度變化不大，可以忽略不計，但考慮到井底附近可能出現(xiàn)的冷傷害問題，井底溫度在 60～90 ℃，數(shù)值模擬結(jié)果表明注入 CO2后溫度最大變化范圍為 10～30 ℃，這樣按照地層溫度80 ℃（依據(jù)埋深計算），考慮實驗設(shè)備的耐溫指標，設(shè)計溫度變化范圍為35～60 ℃。

1.2.4 裂縫發(fā)育程度對注CO2提高采收率影響實驗

裂縫是頁巖油富集產(chǎn)出的關(guān)鍵。在野外露頭和鉆井巖心觀察基礎(chǔ)上，結(jié)合成像測井資料，發(fā)現(xiàn)泥頁巖中主要發(fā)育構(gòu)造縫、層間頁理縫、層面滑移縫、成巖收縮微裂縫和有機質(zhì)演化異常壓力縫等多種微裂縫。微裂縫的存在某種程度上提高了儲集的有效性，改善了泥頁巖的滲流能力，為頁巖油從基質(zhì)孔隙進入井孔提供了必要的運移通道。由于頁巖儲集層滲透率非常低，一般需要經(jīng)過人工壓裂才能生產(chǎn)，人工裂縫與天然裂縫共同形成了復雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)。裂縫不僅為 CO2氣體提供了流動通道，還促使了裂縫與基質(zhì)之間的物質(zhì)交換。裂縫的長度、裂縫組合、裂縫形態(tài)都對頁巖開發(fā)存在很大的影響。

選取濟陽坳陷利頁1井2塊飽和油頁巖巖心開展基質(zhì)巖心注 CO2提高采收率實驗，巖心基礎(chǔ)物性參數(shù)如表4所示。實驗步驟為：①將飽和油巖心放入無磁巖心實驗裝置，再將無磁巖心實驗裝置放到核磁共振設(shè)備探頭中；②將巖心加熱到40 ℃，巖心的溫度穩(wěn)定后對巖心進行掃描，獲得飽和油巖心初始狀態(tài)下的核磁共振圖像，然后用高壓泵將 CO2注入到巖心中，注入CO2壓力達到9.5 MPa時停止注入；③關(guān)閉實驗裝置輸入、輸出口，保持溫度、壓力不變，在作用時間4，24，40 h時進行核磁共振圖像測試，圖像矩陣為256×256，F(xiàn)OV（視野）為80 mm，切片厚度為30 mm，圖像包含了整個巖心中所含油的分布信息。

表4 基質(zhì)巖心實驗樣品物性參數(shù)表

選取濟陽坳陷利頁1井3塊頁巖巖心開展裂縫-基質(zhì)巖心注 CO2提高采收率實驗，巖心基礎(chǔ)物性參數(shù)如表5所示。實驗步驟同基質(zhì)巖心實驗。裂縫主要增大了 CO2與基質(zhì)巖心的接觸面積，定義裂縫增大的接觸面積與初始面積的比值為實驗裂縫的評價指標。設(shè)計了 3種裂縫形態(tài)，分別為垂直單裂縫、垂直雙裂縫及高角度多裂縫（定義巖心中3條及3條以上裂縫為多裂縫）。裂縫的具體參數(shù)見表6。

表5 裂縫-基質(zhì)巖心實驗樣品物性參數(shù)表

表6 不同形態(tài)裂縫的具體參數(shù)

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 CO2作用時間對提高采收率的影響

頁巖油注 CO2核磁共振測試原理是：CO2在核磁共振T2譜中沒有信號，而油有信號。核磁共振T2譜信號量反映的是不同大小孔隙中油的分布特征，通過對比不同作用時間下核磁共振T2譜信號量和分布特征，得到孔隙中 CO2驅(qū)油的量化結(jié)果及剩余油在巖心中的分布位置和滯留量。由圖3可以看出，頁巖油主要賦存于孔徑為3～664 nm的孔隙中，隨著作用時間的延長，T2譜幅度值不斷下降，說明 CO2作用下頁巖巖心中不同孔隙中的油不斷被采出，主要是孔徑為14～664 nm的孔隙中的油被采出，孔徑14 nm以下孔隙中的油對采出程度沒有貢獻。在油被采出的同時孔徑 14 nm以下孔隙T2譜幅度值小幅增加，表示CO2擴散過程會攜帶小部分輕質(zhì)油進入到孔徑14 nm以下孔隙中使得微小孔隙中原油飽和度增加?？讖?64 nm以上孔隙T2譜幅度值也小幅增加，這是因為一部分原油從這些孔隙中排出后附著在巖心表面，并隨著作用時間增加，排出原油量增加。

圖3 CO2不同作用時間下巖心核磁共振T2譜圖

為了評價頁巖油注 CO2采出程度，根據(jù)核磁共振T2譜面積計算油的采出程度：

不同作用時間時的總采出程度計算結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯S著頁巖油注 CO2作用時間的延長，巖心孔隙中的油被排出，采出程度逐漸增大。當作用時間在 30～40 h 時，采出程度基本趨于平緩。巖心5-18-27-4和巖心5-18-27-1在作用時間40 h時采出程度分別為22.5%和25.3%，表明適當延長CO2作用時間有利于原油的采出。

圖4 作用時間對采出程度的影響

表7顯示了2塊巖心注CO2作用時間40 h時巖心中油的總采出程度以及不同大小孔隙中采出油量占總采出油量的比例，這些都是根據(jù)圖3所示的T2譜計算得到的。

表7 作用時間40 h時不同大小孔隙中采出油量占總采出油量的比例

2.2 CO2注入壓力對提高采收率的影響

壓力是頁巖油注 CO2過程中一個很關(guān)鍵的影響因素，對采出程度有重要影響。在溫度一定的條件下，超臨界 CO2壓力越高，流體的密度就越大，溶劑的溶劑化能力和擴散能力就越強。同時，隨著壓力的逐步增大，在超臨界 CO2流體中，溶質(zhì)在其中的溶解度會急劇增加。

4塊性質(zhì)相近平行頁巖中的巖心5-18-27-5核磁共振T2譜測試結(jié)果如圖5a所示，可以看出，隨著壓力的升高T2譜幅度值不斷下降，表明油的采出程度不斷增加，8，12，15，18 MPa壓力下分別是孔徑為11～384 nm，9～384 nm，8～384 nm，6～384 nm的孔隙中的油被采出，表示隨著壓力升高尺度更小的孔隙中的油被采出；8，12，15，18 MPa壓力下分別是孔徑11，9，8，6 nm以下的孔隙T2譜幅度值小幅增加，這是CO2擴散過程攜帶小部分油進入到尺度更小的微細孔隙中，使得巖心剩余油重新分布所致；孔徑384 nm以上的孔隙T2譜幅度值增加，因為隨著壓力升高，一部分原油從這些孔隙中排出附著在巖心表面。

根據(jù)圖5a所示T2譜的面積計算得到油的采出程度隨壓力變化曲線如圖5b所示，8，12，15，18 MPa壓力下油的采出程度分別是 21.2%，36.7%，42.6%，47.1%。隨著壓力的升高，油的采出程度逐漸增大，這是因為隨著壓力的升高 CO2的密度逐漸增大，改變了傳質(zhì)的距離，增強了 CO2對原油的溶解能力，并且隨著壓力的增加，CO2內(nèi)部的作用能接近原油內(nèi)部的作用能，按照相似相溶的原理，原油在 CO2中的溶解度也相應增加，進而采出程度增大。

圖5 巖心5-18-27-5壓力對采出程度的影響

其他3塊巖心的實驗結(jié)果與巖心5-18-27-5類似，篇幅所限，不再贅述。

2.3 溫度對注CO2提高采收率的影響

注 CO2過程中溫度對頁巖油提高采收率的影響較復雜。一般隨溫度增加，物質(zhì)在超臨界 CO2流體中的溶解度往往出現(xiàn)最低值。溫度對物質(zhì)在超臨界 CO2流體中的溶解度有兩個方面的影響：一個是溫度對超臨界 CO2流體密度的影響；另一個是溫度對物質(zhì)蒸氣壓的影響。

4塊性質(zhì)相近平行頁巖中的巖心5-20-27-3核磁共振T2譜測試結(jié)果如圖6a所示，可以看出，35，40，50，60 ℃溫度下分別是孔徑為14～266 nm，11～266 nm，14～266 nm，17～266 nm的孔隙中的油被采出；35，40，50，60 ℃溫度下分別是孔徑14，11，14，17 nm以下孔隙有小部分油進入到尺度更小的微細孔隙中，使得巖心剩余油重新分布；孔徑266 nm以上孔隙中一部分原油從巖心孔隙中排出附著在巖心表面。

根據(jù)圖6a所示T2譜的面積計算得到油的采出程度隨溫度變化曲線如圖6b所示，35，40，50，60 ℃溫度下油的采出程度分別是 21.7%，33.3%，28.4%，14.9%。隨著溫度的升高，采出程度先升高后逐漸下降。這是因為隨著溫度的升高 CO2的密度會下降，雖然溫度的升高會增加原油的揮發(fā)度、擴散系數(shù)，但是不能彌補由于 CO2密度降低所造成的溶解力下降，并且當萃取溫度增加的時候，CO2作為一種萃取劑它的分子間距會隨之增大，促使分子間的作用力隨之減小，CO2的密度將會降低，最終導致溶解能力的下降。

圖6 巖心5-20-27-3溫度對提高采收率的影響

其他3塊巖心的實驗結(jié)果與巖心5-20-27-3類似，篇幅所限，不再贅述。

2.4 裂縫發(fā)育程度對注CO2提高采收率影響

2.4.1 基質(zhì)巖心

2塊基質(zhì)巖心核磁共振圖像測試結(jié)果如圖7、圖8所示，圖像中灰度信號即亮度表示油在巖心中的分布情況。圖7中飽和油巖心圖像灰度值分布比較均勻，對比飽和油圖像可以看出作用時間 4 h圖像邊緣灰度變暗，表明 CO2從巖心表面開始擴散進入巖心，采出巖心周邊的油，作用時間24，40 h圖像灰度變暗范圍向內(nèi)部擴大，即 CO2逐漸向巖心內(nèi)部擴散，采出巖心內(nèi)部的油。圖8中飽和油巖心圖像灰度值分布也比較均勻，與圖7圖像相比，圖8中作用時間4 h圖像邊緣灰度變暗程度較大，作用時間24，40 h圖像邊緣灰度變暗程度及范圍都較大，表明巖心5-20-27中注入CO2采出的原油更多。

圖8 基質(zhì)巖心5-20-27注CO2不同作用時間核磁共振圖像

利用核磁共振圖像評價頁巖油注 CO2采出程度，用巖心飽和油圖像灰度值減去不同作用時間圖像灰度值，再除以飽和油圖像灰度值，即可計算出油的采出程度。采出程度計算結(jié)果如圖9所示，可以看出，在初始階段 CO2逐漸擴散進入巖心，動用了巖心周邊區(qū)域原油，采出程度增幅較大。隨著作用時間的延長，CO2擴散到巖心內(nèi)部與巖心內(nèi)部孔隙中原油進行接觸，動用了巖心內(nèi)部的油，采出程度繼續(xù)增大，但增幅變小。巖心5-1-26采出程度低于巖心5-20-27，主要原因是巖心5-1-26比巖心5-20-27更致密，注入的CO2更容易擴散進入巖心5-20-27。

圖9 2塊基質(zhì)巖心采出程度曲線

基質(zhì)內(nèi)部 CO2與原油的相互作用具有擬混相特征，這個過程是比較緩慢的擴散過程，因此提高基質(zhì)采收率需要盡可能長的作用時間。室內(nèi)實驗測試結(jié)果表明，CO2與原油的作用時間應盡可能超過 48 h，而且要保持相對高壓狀態(tài)。

2.4.2 基質(zhì)-裂縫巖心

3塊基質(zhì)-裂縫巖心核磁共振圖像測試結(jié)果如圖10、圖11、圖12所示，圖像底部、頂部分別為實驗裝置的輸入端、輸出端，圖像中灰度信號即亮度表示油在巖心中的分布情況。圖10飽和油巖心圖像中單條亮白灰色帶是巖心中的單條裂縫，其余部分灰度信號表示巖心基質(zhì)中的油，測量裂縫寬度為0.7 mm、長度為6.5 cm。對比飽和油巖心圖像和作用時間4 h圖像，亮白灰色帶變?yōu)楹谏珟?，表示注入?CO2首先進入裂縫采出裂縫中的油，裂縫中含油飽和度降低。作用時間24，40 h圖像中基質(zhì)灰度信號逐漸變暗，裂縫周邊、巖心表面基質(zhì)灰度信號變黑，表明隨著作用時間的增加 CO2從單裂縫空間和巖心表面向巖心基質(zhì)中擴散，采出基質(zhì)中的油，基質(zhì)中的含油飽和度降低。

圖10 基質(zhì)-垂直單裂縫巖心5-20-27-2注CO2不同作用時間核磁共振圖像

圖11 基質(zhì)-垂直雙裂縫巖心5-18-27-3注CO2不同作用時間核磁共振圖像

圖12 基質(zhì)-高角度多裂縫巖心5-18-27-1注CO2不同作用時間核磁共振圖像

圖11飽和油巖心圖像中兩條亮白灰色帶是巖心中的雙裂縫，左、右側(cè)裂縫寬度分別是0.6，0.5 mm，長度分別是4.5，6.5 cm。對比飽和油巖心圖像和作用時間4 h圖像，兩條亮白灰色帶變?yōu)楹谏珟?，表示注入的CO2首先進入雙裂縫采出裂縫中的油。作用時間 24，40 h圖像中基質(zhì)灰度信號逐漸變暗，裂縫周邊、巖心表面基質(zhì)灰度信號變黑，表明隨著作用時間的增加CO2從雙裂縫空間和巖心表面向基質(zhì)中擴散，采出更多基質(zhì)中的油。

圖12飽和油巖心圖像中多條斜亮白灰色帶是巖心中的多條裂縫，從左至右3條裂縫的寬度分別是0.6，0.6，0.5 mm，長度分別是3.5，6.0，3.5 cm。對比飽和油巖心圖像和作用時間4 h圖像，多條斜亮白灰色帶變?yōu)楹谏珟В砻?CO2首先進入多條裂縫空間采出多條裂縫中的原油。作用時間24，40 h圖像中基質(zhì)灰度信號逐漸變暗，裂縫周邊、巖心表面基質(zhì)灰度信號變黑，表明隨著作用時間的增加 CO2從多條裂縫空間和巖心表面向巖心中基質(zhì)擴散，增大了向基質(zhì)擴散的量采出更多基質(zhì)原油。

利用核磁共振圖像灰度值計算的采出程度如圖13所示，可以看出在初始階段裂縫及裂縫周邊區(qū)域的油先被采出，采出程度增幅較大，隨著作用時間的延長，CO2從裂縫空間和巖心表面擴散到巖心內(nèi)部與巖心內(nèi)部孔隙中原油進行接觸，動用了巖心內(nèi)部的油，采出程度進一步增大，但增幅變小。裂縫擴大了注入流體與原油接觸面積，裂縫越多、裂縫的評價指標越大，頁巖油的采出程度越大。

圖13 3塊基質(zhì)-裂縫巖心采出程度曲線

3 結(jié)論

頁巖油注CO2提高采收率實驗中，隨著注CO2作用時間的延長，采出程度逐漸增大，作用時間40 h時實驗巖心采出程度分別為 22.5%和 25.3%。壓力增加CO2的密度增大，原油溶解度增加，進而增加了頁巖油的采出程度，18 MPa下實驗巖心油的采出程度是47.1%。溫度升高CO2的密度、溶解力下降，采出程度先升高后逐漸下降。巖心注CO2核磁共振T2譜實驗觀察到了巖心表面原油信號，并隨著作用時間、壓力增加原油信號量增加，其主要機理是注入 CO2在原油中擴散溶解、原油體積膨脹、黏度降低，原油從巖心孔隙中排出附著在巖心表面。

基質(zhì)巖心注 CO2核磁共振圖像實驗表明，初始階段 CO2在壓差及擴散作用下逐漸進入巖心，降低了原油黏度和界面張力，提高了原油采出程度，隨著注CO2作用時間的延長，CO2擴散到巖心內(nèi)部動用了巖心內(nèi)部的油，采出程度增長逐漸變緩?；|(zhì)-裂縫巖心注CO2核磁共振圖像實驗表明，初始階段裂縫及裂縫周邊區(qū)域的油先被采出，采出程度增幅較大，隨著注 CO2作用時間的延長，CO2從裂縫空間和巖心表面擴散到巖心內(nèi)部，動用了巖心內(nèi)部的油，采出程度增長逐漸變緩。裂縫擴大了注入CO2與原油接觸面積，裂縫越多、裂縫的評價指標越大，頁巖油的采出程度越大。

符號注釋：

F——孔隙形狀因子，無因次；G——采出程度，%；r——孔徑，μm；S1——一定作用時間下巖心T2譜的面積，m2；S2——飽和油巖心T2譜的面積，m2；T2——橫向弛豫時間，ms；ρ——表面弛豫率，μm/ms。