導(dǎo)讀

如何喚醒更多的油氣資源?如何做好油氣儲層的增產(chǎn)改造與保護(hù)評價?核磁共振作為一種先進(jìn)的分析手段，在其中能發(fā)揮哪些作用?

有研究顯示，人的一生中僅衣食住行就要消耗8469千克石油。石油天然氣作為重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，不僅關(guān)系著人們的日常生活，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣具有非凡意義。經(jīng)過長達(dá)百年的開采，油氣資源的開發(fā)難度不斷加大，勘探對象也逐漸從常規(guī)轉(zhuǎn)向非常規(guī)、從陸地轉(zhuǎn)向海洋、從淺層淺水轉(zhuǎn)向深層深水，對相關(guān)技術(shù)及裝備提出越來越高的要求。如何喚醒更多的油氣資源？如何做好油氣儲層的增產(chǎn)改造與保護(hù)評價？核磁共振作為一種先進(jìn)的分析手段，在其中能發(fā)揮哪些作用？帶著疑問，儀器信息網(wǎng)近日采訪了西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室唐洪明教授，以及西南石油大學(xué)副校長郭建春教授團(tuán)隊的賴杰博士。

基于低場核磁，對油氣儲層“望聞問切”

油氣藏，地殼上油氣聚集的基本單元。我們認(rèn)知的石油天然氣通常從這類圈閉中采集得出，因此油氣藏又被稱為儲存油氣的天然“倉庫”。地殼中的油氣藏可分為常規(guī)和非常規(guī)兩大類型，近年來隨著非常規(guī)油氣的不斷發(fā)現(xiàn)和研究探索的不斷深入，建立在常規(guī)油氣藏研究基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)石油地質(zhì)學(xué)理論和方法越來越難以適應(yīng)油氣勘探開發(fā)新形勢的需要，眾多學(xué)者將興趣點放到致密油氣、頁巖油氣等非常規(guī)油氣儲層的研究中，而這也是唐洪明教授的研究方向之一。

西南石油大學(xué)唐洪明教授

唐洪明，西南石油大學(xué)教授，油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室兼職研究員，四川省學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人后備人選，主要從事油氣儲層損害機(jī)理與保護(hù)技術(shù)、非常規(guī)油氣儲層評價、開發(fā)地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域的研究。2000年以來唐洪明教授先后主持、主研國家自然基金等5項，國家油氣重大專項3項、國家高科技研究發(fā)展計劃(863計劃)1項。其中《川南海相頁巖氣開發(fā)氣藏工程理論、方法與應(yīng)用》等獲省部級一等獎1項，《海上油田含聚污水回注技術(shù)研究與應(yīng)用》等獲省部級二等獎4項;授權(quán)發(fā)明專利10項;公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇，其中SCI近20篇。

省部級科技進(jìn)步一等獎

油氣層保護(hù)技術(shù)是唐洪明教授主攻研究方向之一，該技術(shù)是個系統(tǒng)工程，從油氣藏鉆開到開發(fā)枯竭的各個環(huán)節(jié)需要實施儲層保護(hù)。核心是利用各種技術(shù)，保持或者提高儲層孔隙的滲流能力，實現(xiàn)油氣藏高效持續(xù)、科學(xué)開發(fā)，降低成本，延長油氣田開發(fā)壽命，提高油氣采收率。據(jù)唐洪明教授介紹，原西南石油學(xué)院張紹槐院長、中國工程院羅平亞院士等專家是該技術(shù)的奠基人、開創(chuàng)者，經(jīng)過一批專家學(xué)者的辛勤耕耘和傳承，油氣層保護(hù)已成為西南石油大學(xué)的傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科，在國內(nèi)外處于ling先水平。

　　受老一輩專家鼓舞和以及對研究方向的好奇，1989年西南石油學(xué)院本科畢業(yè)的他毅然選擇了加入油氣保護(hù)技術(shù)的研究大團(tuán)隊，從此開啟了整整30年的研究生涯。30年來，唐洪明教授在鉆井、注水、修井過程中儲層保護(hù)技術(shù)方面形成了自己的研究特色。組建的研究團(tuán)隊能夠?qū)⒂蜌獾刭|(zhì)與石油工程有機(jī)結(jié)合，將儲層地質(zhì)學(xué)、礦物巖石學(xué)、儲層地質(zhì)學(xué)等知識高度融合，解決石油工程中的技術(shù)難題，建立的儲層保護(hù)與評價方法在中海油渤海、中石油新疆油田和塔里木油田等礦場得到了應(yīng)用與推廣，取得良好的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

唐洪明教授參觀四川威遠(yuǎn)的中國頁巖氣第一井

唐洪明教授的另一研究重點即開篇提到的非常規(guī)儲層地質(zhì)學(xué)研究，例如針對頁巖氣、致密油等，開展非常規(guī)優(yōu)質(zhì)儲層控制因素研究，包括沉積、建模、成巖作用、非均質(zhì)性、孔隙結(jié)構(gòu)、可動流體飽和度等研究。隨著研究探索的不斷深入，這一部分就需要引入核磁共振設(shè)備。

唐洪明教授團(tuán)隊基于核磁共振的成果(節(jié)選)

唐洪明教授回憶說：“早年讀研究生時我就對核磁共振設(shè)備有所耳聞，但當(dāng)時設(shè)備以進(jìn)口為主，價格昂貴，我對核磁的印象也一直停留在記憶中。后來隨著非常規(guī)油氣逐漸成為油氣行業(yè)主角，低場核磁技術(shù)在油氣勘探與開發(fā)中的文獻(xiàn)越來越多，擁有一臺核磁共振儀器也成了我和團(tuán)隊的夢想。”

大口徑核磁共振成像分析儀 MacroMR12-150H-I

“十二五”期間中央財政資助地方高校進(jìn)行配套設(shè)備采購，唐洪明教授通過多方了解，接觸到了紐邁的低場核磁設(shè)備。經(jīng)過多方論證，團(tuán)隊最終購入紐邁的MacroMR12-150H-I的大口徑核磁共振成像分析儀，利用T2譜分析測試儲層可動流體飽和度、孔隙度、孔喉分布等參數(shù)，同時利用成像技術(shù)表征微觀驅(qū)油、長期水驅(qū)孔隙結(jié)構(gòu)、裂縫閉合規(guī)律等研究。

相比其他分析方法，唐洪明教授認(rèn)為低場核磁技術(shù)有其不可替代的優(yōu)勢：“它能夠原位、定量表征儲層驅(qū)替過程中的流體分布、孔隙結(jié)構(gòu)等參數(shù)變化，同時對巖心沒有破壞性，很多巖心可以重復(fù)使用，對研究成果的重現(xiàn)性奠定了基礎(chǔ)。”與紐邁合作的過程中，公司經(jīng)常在線指導(dǎo)、定期指派工程師上門維護(hù)也給唐洪明教授留下了深刻的印象。“能夠保證設(shè)備長期有效運行，我認(rèn)為這是一個公司做大、做強的擔(dān)當(dāng)與責(zé)任”。

唐洪明教授補充說：“從國內(nèi)外文獻(xiàn)報道看，核磁共振已經(jīng)成為研究非常規(guī)油氣儲層，非常重要、必不可少的手段。未來幾年，在致密油、頁巖氣等非常儲層地質(zhì)特征研究、滲流機(jī)理、外流體與對巖石礦物反應(yīng)機(jī)理、自吸與返排機(jī)理等方面有所突破，期待低場核磁技術(shù)在這些領(lǐng)域也能給我們提供強有力的技術(shù)支撐。”隨著研發(fā)能力的不斷進(jìn)步，紐邁也開發(fā)了許多具有新功能的核磁共振設(shè)備，未來在經(jīng)費和場地允許的情況下，唐洪明教授團(tuán)隊還有計劃對設(shè)備進(jìn)行升級改造。

基于低場核磁，為油氣儲層“活血通脈”

　　另一位受訪者賴杰博士師從教育部長江學(xué)者、國家杰出青年基金獲得者郭建春教授。郭建春教授帶領(lǐng)的課題組主要從事油氣儲層增產(chǎn)改造技術(shù)研究，重點圍繞巖石、工作液、支撐劑三者之間的物理化學(xué)作用開展試驗研究和理論分析，在深層非均質(zhì)碳酸鹽巖轉(zhuǎn)向酸壓技術(shù)、深層超高溫儲層壓裂技術(shù)、水平井壓裂縫網(wǎng)滲流與精細(xì)分段技術(shù)、支撐劑對流沉降規(guī)律與高效鋪置技術(shù)等方面取得突出成果。

作為課題組的一員，賴杰博士主要關(guān)注碳酸鹽巖儲層酸化工作液體系和工藝技術(shù)的研究。賴杰博士解釋說：“碳酸鹽巖主要成分是碳酸鈣和碳酸鈣鎂，所謂‘酸化’可以理解成是把空白鹽酸、膠凝酸、轉(zhuǎn)向酸等不同酸液體系注入到巖石內(nèi)部孔隙空間，酸液溶蝕掉部分巖石，擴(kuò)大孔隙空間，從而增強石油、天然氣從地底流出的能力，提高油氣開采效率的過程。”

酸化是油氣儲層增產(chǎn)增注的重要措施之一，碳酸鹽巖中碳酸鈣和碳酸鈣鎂的總含量通常超過90%，換句話說，大部分巖石組分都能被注入的酸液溶蝕，然而這并非研究者想要達(dá)到的zui佳狀態(tài)。“我們希望酸液既能溶蝕部分巖石，擴(kuò)大孔隙空間，足以讓油氣流到地面，又不至于產(chǎn)生過度溶蝕，導(dǎo)致巖石過于疏松而被壓碎、垮塌，喪失流動通道。”

酸巖反應(yīng)前(左圖)、后(右圖)巖樣端面圖

既要保證有序流動，又要維持巖石自身孔隙結(jié)構(gòu)的完整性，就需要對酸巖反應(yīng)前后巖石孔隙結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律進(jìn)行研究。要揭示巖石在微觀尺度上的孔隙結(jié)構(gòu)特征，除了高壓壓汞、氣體吸附、場發(fā)射電鏡、CT掃描等傳統(tǒng)方法，還有現(xiàn)在常用的低場核磁共振技術(shù)，因儲層巖樣的孔隙較小、孔隙空間分布非均質(zhì)性很強，相比之下核磁共振技術(shù)具有無損檢測、在線實時觀測、測試效率高等特點，更能直觀、準(zhǔn)確地把握巖樣整體的孔隙結(jié)構(gòu)特征。“高壓壓汞、場發(fā)射電鏡等方法會對測試巖樣造成破壞，而開展了核磁共振測試的巖樣還可以重復(fù)利用，這就保證了不同實驗結(jié)果間較高的對比度。隨著加溫加壓等配套設(shè)備的補齊，核磁共振儀器能還原地下高溫高壓環(huán)境，便于研究人員依據(jù)室內(nèi)實驗結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)。”

目前，國內(nèi)外采用核磁共振技術(shù)系統(tǒng)開展酸化研究的團(tuán)隊屈指可數(shù)，借助于西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院引進(jìn)的MacroMR12-150HTHP-I高溫高壓滲流可視化分析與成像系統(tǒng)，郭建春教授課題組正在這方面開展一系列創(chuàng)新性研究工作。

但由于現(xiàn)有研究和應(yīng)用相對較少，研究過程中也會遇到許多意料之外的問題，對儀器也提出了更高的要求。賴杰博士舉例說：“酸液與碳酸鹽巖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，產(chǎn)生的鈣離子、鎂離子導(dǎo)電產(chǎn)生新磁場，會對原有磁場形成干擾。酸液對金屬容器、管線等也會造成腐蝕，因此要求儀器整體必須具備耐酸腐蝕性能。”針對這些新問題，石油與天然氣工程學(xué)院正和紐邁分析儀器公司保持積極溝通，商討解決方案，開啟了高校與企業(yè)產(chǎn)學(xué)研合作的一種新模式。

西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院MacroMR12-150HTHP-I高溫高壓滲流可視化分析與成像系統(tǒng)
[來源：儀器信息網(wǎng)]