導(dǎo)讀

如何喚醒更多的油氣資源?如何做好油氣儲(chǔ)層的增產(chǎn)改造與保護(hù)評(píng)價(jià)?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(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣具有非凡意義。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)百年的開(kāi)采，油氣資源的開(kāi)發(fā)難度不斷加大，勘探對(duì)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(duì)相關(guān)技術(shù)及裝備提出越來(lái)越高的要求。如何喚醒更多的油氣資源？如何做好油氣儲(chǔ)層的增產(chǎn)改造與保護(hù)評(píng)價(jià)？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(wèn)，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(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室唐洪明教授，以及西南石油大學(xué)副校長(zhǎng)郭建春教授團(tuán)隊(duì)的賴(lài)杰博士。

基于低場(chǎng)核磁，對(duì)油氣儲(chǔ)層“望聞問(wèn)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(lèi)圈閉中采集得出，因此油氣藏又被稱(chēng)為儲(chǔ)存油氣的天然“倉(cāng)庫(kù)”。地殼中的油氣藏可分為常規(guī)和非常規(guī)兩大類(lèi)型，近年來(lái)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(lái)越難以適應(yīng)油氣勘探開(kāi)發(fā)新形勢(shì)的需要，眾多學(xué)者將興趣點(diǎn)放到致密油氣、頁(yè)巖油氣等非常規(guī)油氣儲(chǔ)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(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(chǔ)層損害機(jī)理與保護(hù)技術(shù)、非常規(guī)油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域的研究。2000年以來(lái)唐洪明教授先后主持、主研國(guó)家自然基金等5項(xiàng)，國(guó)家油氣重大專(zhuān)項(xiàng)3項(xiàng)、國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)1項(xiàng)。其中《川南海相頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)氣藏工程理論、方法與應(yīng)用》等獲省部級(jí)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，《海上油田含聚污水回注技術(shù)研究與應(yīng)用》等獲省部級(jí)二等獎(jiǎng)4項(xiàng);授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利10項(xiàng);公開(kāi)發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇，其中SCI近20篇。

省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)

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(gè)系統(tǒng)工程，從油氣藏鉆開(kāi)到開(kāi)發(fā)枯竭的各個(gè)環(huán)節(jié)需要實(shí)施儲(chǔ)層保護(hù)。核心是利用各種技術(shù)，保持或者提高儲(chǔ)層孔隙的滲流能力，實(shí)現(xiàn)油氣藏高效持續(xù)、科學(xué)開(kāi)發(fā)，降低成本，延長(zhǎng)油氣田開(kāi)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(zhǎng)、中國(guó)工程院羅平亞院士等專(zhuān)家是該技術(shù)的奠基人、開(kāi)創(chuàng)者，經(jīng)過(guò)一批專(zhuān)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(shì)學(xué)科，在國(guó)內(nèi)外處于ling先水平。

　　受老一輩專(zhuān)家鼓舞和以及對(duì)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(duì)，從此開(kāi)啟了整整30年的研究生涯。30年來(lái)，唐洪明教授在鉆井、注水、修井過(guò)程中儲(chǔ)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(duì)能夠?qū)⒂蜌獾刭|(zhì)與石油工程有機(jī)結(jié)合，將儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)、礦物巖石學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)等知識(shí)高度融合，解決石油工程中的技術(shù)難題，建立的儲(chǔ)層保護(hù)與評(píng)價(jià)方法在中海油渤海、中石油新疆油田和塔里木油田等礦場(chǎng)得到了應(yīng)用與推廣，取得良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

唐洪明教授參觀四川威遠(yuǎn)的中國(guó)頁(yè)巖氣第一井

唐洪明教授的另一研究重點(diǎn)即開(kāi)篇提到的非常規(guī)儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)研究，例如針對(duì)頁(yè)巖氣、致密油等，開(kāi)展非常規(guī)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)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(dòng)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(duì)基于核磁共振的成果(節(jié)選)

唐洪明教授回憶說(shuō)：“早年讀研究生時(shí)我就對(duì)核磁共振設(shè)備有所耳聞，但當(dāng)時(shí)設(shè)備以進(jìn)口為主，價(jià)格昂貴，我對(duì)核磁的印象也一直停留在記憶中。后來(lái)隨著非常規(guī)油氣逐漸成為油氣行業(yè)主角，低場(chǎng)核磁技術(shù)在油氣勘探與開(kāi)發(fā)中的文獻(xiàn)越來(lái)越多，擁有一臺(tái)核磁共振儀器也成了我和團(tuán)隊(duì)的夢(mèng)想。”

大口徑核磁共振成像分析儀 MacroMR12-150H-I

“十二五”期間中央財(cái)政資助地方高校進(jìn)行配套設(shè)備采購(gòu)，唐洪明教授通過(guò)多方了解，接觸到了紐邁的低場(chǎng)核磁設(shè)備。經(jīng)過(guò)多方論證，團(tuán)隊(duì)最終購(gòu)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(cè)試儲(chǔ)層可動(dòng)流體飽和度、孔隙度、孔喉分布等參數(shù)，同時(shí)利用成像技術(shù)表征微觀驅(qū)油、長(zhǎng)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(chǎng)核磁技術(shù)有其不可替代的優(yōu)勢(shì)：“它能夠原位、定量表征儲(chǔ)層驅(qū)替過(guò)程中的流體分布、孔隙結(jié)構(gòu)等參數(shù)變化，同時(shí)對(duì)巖心沒(méi)有破壞性，很多巖心可以重復(fù)使用，對(duì)研究成果的重現(xiàn)性奠定了基礎(chǔ)。”與紐邁合作的過(guò)程中，公司經(jīng)常在線指導(dǎo)、定期指派工程師上門(mén)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(zhǎng)期有效運(yùn)行，我認(rèn)為這是一個(gè)公司做大、做強(qiáng)的擔(dān)當(dāng)與責(zé)任”。

唐洪明教授補(bǔ)充說(shuō)：“從國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道看，核磁共振已經(jīng)成為研究非常規(guī)油氣儲(chǔ)層，非常重要、必不可少的手段。未來(lái)幾年，在致密油、頁(yè)巖氣等非常儲(chǔ)層地質(zhì)特征研究、滲流機(jī)理、外流體與對(duì)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(chǎng)核磁技術(shù)在這些領(lǐng)域也能給我們提供強(qiáng)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(kāi)發(fā)了許多具有新功能的核磁共振設(shè)備，未來(lái)在經(jīng)費(fèi)和場(chǎng)地允許的情況下，唐洪明教授團(tuán)隊(duì)還有計(jì)劃對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。

基于低場(chǎng)核磁，為油氣儲(chǔ)層“活血通脈”

　　另一位受訪者賴(lài)杰博士師從教育部長(zhǎng)江學(xué)者、國(guó)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(chǔ)層增產(chǎn)改造技術(shù)研究，重點(diǎn)圍繞巖石、工作液、支撐劑三者之間的物理化學(xué)作用開(kāi)展試驗(yàn)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(chǔ)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(duì)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(lài)杰博士主要關(guān)注碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化工作液體系和工藝技術(shù)的研究。賴(lài)杰博士解釋說(shuō)：“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(qiáng)石油、天然氣從地底流出的能力，提高油氣開(kāi)采效率的過(guò)程。”

酸化是油氣儲(chǔ)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(guò)90%，換句話(huà)說(shuō)，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(guò)度溶蝕，導(dǎo)致巖石過(guò)于疏松而被壓碎、垮塌，喪失流動(dòng)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(dòng)，又要維持巖石自身孔隙結(jié)構(gòu)的完整性，就需要對(duì)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(chǎng)發(fā)射電鏡、CT掃描等傳統(tǒng)方法，還有現(xiàn)在常用的低場(chǎng)核磁共振技術(shù)，因儲(chǔ)層巖樣的孔隙較小、孔隙空間分布非均質(zhì)性很強(qiáng)，相比之下核磁共振技術(shù)具有無(wú)損檢測(cè)、在線實(shí)時(shí)觀測(cè)、測(cè)試效率高等特點(diǎn)，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(chǎng)發(fā)射電鏡等方法會(huì)對(duì)測(cè)試巖樣造成破壞，而開(kāi)展了核磁共振測(cè)試的巖樣還可以重復(fù)利用，這就保證了不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果間較高的對(duì)比度。隨著加溫加壓等配套設(shè)備的補(bǔ)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(shí)驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。”

目前，國(guó)內(nèi)外采用核磁共振技術(shù)系統(tǒng)開(kāi)展酸化研究的團(tuán)隊(duì)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(kāi)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(duì)較少，研究過(guò)程中也會(huì)遇到許多意料之外的問(wèn)題，對(duì)儀器也提出了更高的要求。賴(lài)杰博士舉例說(shuō)：“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(chǎng)，會(huì)對(duì)原有磁場(chǎng)形成干擾。酸液對(duì)金屬容器、管線等也會(huì)造成腐蝕，因此要求儀器整體必須具備耐酸腐蝕性能。”針對(duì)這些新問(wèn)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(kāi)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(lái)源：儀器信息網(wǎng)]