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    低場核磁技術:油氣專家手中的“聽診器”與“手術刀”

    紐邁分析發布時間:2019/12/04 08:44 點擊: 加載中..

    低場核磁技術:油氣專家手中的“聽診器”與“手術刀”

    [導讀] 如何喚醒更多的油氣資源?如何做好油氣儲層的增產改造與保護評價?核磁共振作為一種先進的分析手段,在其中能發揮哪些作用?

    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略性礦產資源,不僅關系著人們的日常生活,對經濟發展同樣具有非凡意義。經過長達百年的開采,油氣資源的開發難度不斷加大,勘探對象也逐漸從常規轉向非常規、從陸地轉向海洋、從淺層淺水轉向深層深水,對相關技術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改造與保護評價?核磁共振作為一種先進的分析手段,在其中能發揮哪些作用?帶著疑問,儀器信息網近日采訪了西南石油大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室唐洪明教授,以及西南石油大學副校長郭建春教授團隊的賴杰博士。

    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和非常規兩大類型,近年來隨著非常規油氣的不斷發現和研究探索的不斷深入,建立在常規油氣藏研究基礎上的傳統石油地質學理論和方法越來越難以適應油氣勘探開發新形勢的需要,眾多學者將興趣點放到致密油氣、頁巖油氣等非常規油氣儲層的研究中,而這也是唐洪明教授的研究方向之一。

    西南石油大學唐洪明教授

    西南石油大學唐洪明教授

    唐洪明,西南石油大學教授,油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室兼職研究員,四川省學術與技術帶頭人后備人選,主要從事油氣儲層損害機理與保護技術、非常規油氣儲層評價、開發地質學等領域的研究。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、國家高科技研究發展計劃(863計劃)1項。其中《川南海相頁巖氣開發氣藏工程理論、方法與應用》等獲省部級一等獎1項,《海上油田含聚污水回注技術研究與應用》等獲省部級二等獎4項;授權發明專利10項;公開發表學術論文150余篇,其中SCI近20篇。

    省部級科技進步一等獎

    省部級科技進步一等獎

    油氣層保護技術是唐洪明教授主攻研究方向之一,該技術是個系統工程,從油氣藏鉆開到開發枯竭的各個環節需要實施儲層保護。核心是利用各種技術,保持或者提高儲層孔隙的滲流能力,實現油氣藏高效持續、科學開發,降低成本,延長油氣田開發壽命,提高油氣采收率。據唐洪明教授介紹,原西南石油學院張紹槐院長、中國工程院羅平亞院士等專家是該技術的奠基人、開創者,經過一批專家學者的辛勤耕耘和傳承,油氣層保護已成為西南石油大學的傳統優勢學科,在國內外處于領xian水平。

    受老一輩專家鼓舞和以及對研究方向的好奇,1989年西南石油學院本科畢業的他毅然選擇了加入油氣保護技術的研究大團隊,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技術方面形成了自己的研究特色。組建的研究團隊能夠將油氣地質與石油工程有機結合,將儲層地質學、礦物巖石學、儲層地質學等知識高度融合,解決石油工程中的技術難題,建立的儲層保護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用與推廣,取得良好的社會與經濟效益。

    唐洪明教授參觀四川威遠的中國頁巖氣第一井

    唐洪明教授參觀四川威遠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儲層地質學研究,例如針對頁巖氣、致密油等,開展非常規優質儲層控制因素研究,包括沉積、建模、成巖作用、非均質性、孔隙結構、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備。

    唐洪明教授團隊基于核磁共振的成果(節選)

    唐洪明教授團隊基于核磁共振的成果(節選)

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

    大口徑核磁共振成像分析儀 MacroMR12-150H-I

    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行配套設備采購,唐洪明教授通過多方了解,接觸到了紐邁的低場核磁設備。經過多方論證,團隊zui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,同時利用成像技術表征微觀驅油、長期水驅孔隙結構、裂縫閉合規律等研究。

    相比其他分析方法,唐洪明教授認為低場核磁技術有其不可替代的優勢:“它能夠原位、定量表征儲層驅替過程中的流體分布、孔隙結構等參數變化,同時對巖心沒有破壞性,很多巖心可以重復使用,對研究成果的重現性奠定了基礎。”與紐邁合作的過程中,公司經常在線指導、定期指派工程師上門維護也給唐洪明教授留下了深刻的印象。“能夠保證設備長期有效運行,我認為這是一個公司做大、做強的擔當與責任”。

    唐洪明教授補充說:“從國內外文獻報道看,核磁共振已經成為研究非常規油氣儲層,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特征研究、滲流機理、外流體與對巖石礦物反應機理、自吸與返排機理等方面有所突破,期待低場核磁技術在這些領域也能給我們提供強有力的技術支撐。”隨著研發能力的不斷進步,紐邁也開發了許多具有新功能的核磁共振設備,未來在經費和場地允許的情況下,唐洪明教授團隊還有計劃對設備進行升級改造。

    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者、國家杰出青年基金獲得者郭建春教授。郭建春教授帶領的課題組主要從事油氣儲層增產改造技術研究,重點圍繞巖石、工作液、支撐劑三者之間的物理化學作用開展試驗研究和理論分析,在深層非均質碳酸鹽巖轉向酸壓技術、深層超高溫儲層壓裂技術、水平井壓裂縫網滲流與精細分段技術、支撐劑對流沉降規律與高效鋪置技術等方面取得突出成果。

    作為課題組的一員,賴杰博士主要關注碳酸鹽巖儲層酸化工作液體系和工藝技術的研究。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、轉向酸等不同酸液體系注入到巖石內部孔隙空間,酸液溶蝕掉部分巖石,擴大孔隙空間,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到的zui佳狀態。“我們希望酸液既能溶蝕部分巖石,擴大孔隙空間,足以讓油氣流到地面,又不至于產生過度溶蝕,導致巖石過于疏松而被壓碎、垮塌,喪失流動通道。”

    酸巖反應前(左圖)、后(右圖)巖樣端面圖

    酸巖反應前(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構的完整性,就需要對酸巖反應前后巖石孔隙結構的變化規律進行研究。要揭示巖石在微觀尺度上的孔隙結構特征,除了高壓壓汞、氣體吸附、場發射電鏡、CT掃描等傳統方法,還有現在常用的低場核磁共振技術,因儲層巖樣的孔隙較小、孔隙空間分布非均質性很強,相比之下核磁共振技術具有無損檢測、在線實時觀測、測試效率高等特點,更能直觀、準確地把握巖樣整體的孔隙結構特征。“高壓壓汞、場發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利用,這就保證了不同實驗結果間較高的對比度。隨著加溫加壓等配套設備的補齊,核磁共振儀器能還原地下高溫高壓環境,便于研究人員依據室內實驗結果指導現場作業。”

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

    但由于現有研究和應用相對較少,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:“酸液與碳酸鹽巖發生化學反應后,產生的鈣離子、鎂離子導電產生新磁場,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,開啟了高校與企業產學研合作的一種新模式。

    西南石油大學石油與天然氣工程學院MacroMR12-150HTHP-I高溫高壓滲流可視化分析與成像系統

    西南石油大學石油與天然氣工程學院MacroMR12-150HTHP-I高溫高壓滲流可視化分析與成像系統

    [來源:儀器信息網]

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