时域核磁共振非常规岩芯

非常规岩芯油气主要包括致密油（页岩油）、油砂油、致密气、页岩气、煤层气和天然气水合物等。非常规岩芯油气资源的有效开发改变了全球油气供给格局。非常规岩芯天然气已经成为全球天然气产量增长的主力，非常规岩芯油已经成为全球原油产量的重要组成2020 年全球非常规岩芯油产量 5.4×108t，约占原油总产量的 13%。其中，致密油与页岩油产量 3.8×108t，油砂油产量 1.6×108t。2020 年全球非常规岩芯天然气产量超过 1.1×1012m3，约占天然气总产量的 29%。其中，页岩气产量7700×108m3，致密气产量3020×108m3，煤层气产量50×108m3。针对非常规岩芯油气复杂地质特征，中国油气企业探索形成了系列特色理论技术，有效推动了致密气、煤层气和页岩气的勘探开发，成为中国天然气产量的重要组成，致密油与页岩油等勘探评价在多盆地取得重要发现，成为未来国内原油稳产增产的关键领域。2020 年，我国非常规岩芯天然气产量 732×108m3，约占天然气总产量的 38%。其中，致密气产量 465×108m3，页岩气产量 200×108m3，煤层气产量 67×108m3。非常规岩芯储层：指用传统技术无法获得自然工业产量、需用新技术改善储层渗透率或流体黏度等才能经济开采。时域核磁共振非常规岩芯

升高温度和降低压力只能在一定程度上促进页岩气的解吸附过程，仍有大量的页岩气存留在页岩有机质表面．另外解吸附过程产生的游离气无法主动运移至井口，实际生产中常常采用注气驱替的方法来提高页岩气产量，CO2和N2在自然界中大量存在，获取成本低，安全稳定，是两种常用的驱替气体。采用CO2和N2以及两者混合物分别驱替CH4，并分析了注入速率对驱替效果的影响，结果表明驱替气体注入速率越高，驱替效果越好．分别对CO2和N2驱替CH4的效率进行了实验研究，结果表明虽然CO2开始驱替所需的初始浓度较高，但是在驱替过程中效率高于N2．并且，两种气体极终驱替量都在吸附甲烷气体的90%以上．利用分子动力学模拟也得到了相似结果，并揭示了CO2和 N2不同的驱替机制: CO2与壁面吸附力高于CH4，驱替过程中CO2会直接取代 CH4的吸附位置; N2虽然与壁面吸附力低于CH4，但是注入N2会导致局部压力降低，从而促进CH4解吸附．通过分子动力学模拟研究了碳纳米管中CO2驱替CH4的过程，发现驱替在CO2分子垂直于壁面时极容易进行，并认为碳纳米管存在一个合适管径使驱替效率极高．高精度磁共振非常规岩芯技术特色低场核磁共振技术已被广泛应用于储层实验评价研究的各个方面，如束缚流体与可动流体识别、油气水识别。

聚合物驱油： 除聚合物( polymer) 外，表面活性剂( surfactant)以及碱剂( alkali) 也是化学驱方法中常用的驱替剂，在注水时加入三者复合体系的驱油方法称为三元复合驱( ASP flooding) ．将三者联合起来使用，具有协同增强的效应，是一种较新的技术方法．表面活性剂能够大幅度降低油-水间的界面张力，提高毛细管数．碱剂在注入地层后，能与原油中的有机酸发生化学反应，生成表面活性剂石油酸皂．石油酸皂能与注入的表面活性剂产生协同作用，进一步降低界面张力．同时，碱剂还能够降低聚合物和表面活性剂的吸附损失．除此以外，乳化、带油、泡沫滞留、改变岩石润湿性等也是三元复合驱提高原油采油率的机理．

非常规岩芯油气聚集过程中，呈现低速非达西渗流特征，存在启动压力梯度。以四川盆地侏罗系致密油为例，在运聚渗流实验的流速范围内，渗流曲线由平缓过渡的两段组成，较低渗流速度下的上凹型非线性渗流曲线和较高流速下的拟线性渗流曲线，渗流曲线主要受岩心渗透率的影响，渗透率越低，启动压力梯度 越大，非达西现象越明显。运移过程中依次经历拟线性流、非线性流和滞流 3 个阶段。由于生烃增压产生的压力梯度由源向储呈现递减趋势，因此 3 个阶段的石油运移速度和含油饱和度都将逐级降低（图 6）。致密储层非达西渗流机制决定了油驱水阻力大、含油饱和度低的特点，需要人工压裂注气液，增加驱替力，形成有效开采的流动机制。核磁共振技术在20世纪60年代引起石油工业的兴趣，研究结果显示核磁共振技术具有良好的渗透率相关性。

评价“甜点区”也是非常规岩芯油气勘探研究的重要，贯穿整个勘探开发过程。非常规岩芯油气甜点包括“地质甜点、工程甜点、经济甜点”。非常规岩芯油气富集“甜点区”评价有8个指标，其中3个主控因素及关键指标是：TOC大于2%（其中页岩油S1>2mg/g）、孔隙度较高（致密油气 >10%，页岩油气 >3%）和微裂缝发育。地质甜点着眼于烃源岩、储层、超压与裂缝等综合评价，工程甜点着眼于埋深、岩石可压性、应力各向异性等综合评价，经济甜点着眼于资源规模、埋深、地面条件等评价。如当前非常规岩芯致密油、致密气、页岩油和页岩气的“甜点区”评价，主要着眼于有利的烃源层、储层、超压、裂缝、局部构造等地质甜点要素评价，以及压力系数、脆性、应力各向异性等工程甜点要素评价。润湿流体中的分子运动通常受限于岩石颗粒与流体之间的界面和/或流体之间的界面张力。时域核磁共振非常规岩芯分析系统

渗透率的核磁共振估计是基于理论模型，表明渗透率随孔隙度和孔径的增加而增加。时域核磁共振非常规岩芯

非常规岩芯油气为源内或近源非浮力聚集，水动力效应不明显，油气水分布复杂。在致密油储层中，纳米级孔喉是主要的储集空间，烃源岩生烃增压产生的异 常高压促使油气在源内滞留或短距离运移聚集，或经初次运移，注入致密储层形成致密油气。在这种非浮力聚集的情况下，致密油气区不存在明确的油气水边界，这一规律和特征已被 Bakken 等中外典型致密油研究所证实。对于致密储层，烃源岩生烃模拟实验及岩石物性测试表明，生烃增压和毛细管压力差是致密油运聚的主要动力，浮力难以发生作用。时域核磁共振非常规岩芯

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