《CO2驱在岩层中的作用机理实验研究》-工学论文，化学工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

CO2驱在岩层中的作用机理实验研究

范文

杨爱英肖传桃

摘? ? ? 要：为提高页岩气开采量，采用实验的方式，探讨了CO2驱在低渗透油藏中与岩层的作用机理，旨在找到CO2驱过程中对岩层的影响。实验表明，随着压力的增大，溶蚀量也越来越大，岩心的孔隙度也越来越大。结果也表明，通过CO2驱，主要是通过增加孔隙度以达到提高渗透率的方式，最终提高页岩气的产量。

关? 键? 词：CO2驱;页岩气;孔隙度

中图分类号：TE357? ? ? ?文献标识码： A? ? ? ?文章编号： 1671-0460（2019）09-2006-04

Abstract： In order to increase shale gas production， the mechanism of CO2 flooding in low permeability reservoirs was investigated by experiments to find out the effect of CO2 flooding on the formation. Experiment results showed that with the increase of pressure， the amount of dissolution increased， and the porosity of core also increased. The results also showed that， through CO2 flooding， the porosity was improved to increase the permeability， and the production of shale gas was ultimately increased.

Key words： CO2 flooding; Shale gas; Porosity

对油气田开采，如何提高油气田开采量，一直是学术界热议的话题。从沉积相的角度，我国油气田分布主要是以陆相沉积为主。这种沉积体系具有较差的物性特征，但是却蕴含着丰富的油气资源。对此，针对这类油气田開采中，特别是页岩气开采，如何提高页岩气的开采量，是目前能源行业开采一个重点。但是，传统的针对页岩气的开采中，采用CO2地质封存的方式来实现页岩气的采收，这种采收方式所产生的效益有限，并且其成本很高。所以对这种方式进行改进，利用CO2驱的方式来提升采油量，这也是当前页岩气开发中的一个重点。这种方式不仅可以减少CO2气体，还可以提高页岩气的产量，进而被广泛的应用在油气藏开发中。但是将CO2驱注入到地层以下后，会和储层岩石发生一系列的反应，使得储层岩石产生裂缝，进而提高页岩气的开采效率。但是在注入CO2驱的同时，CO2也会和储层岩石产生复杂的化学反应，进而造成矿物的溶解或产生沉淀。因此，要提高页岩气开采的量，就必须要充分了解CO2驱注入地层后，与地层的作用机理，从CO2驱是否能为产油区提供增产作用起到积极的效果。对此，本文采用模拟页岩气开采方式，通过试验对CO2在储层地质下作用机理进行分析[1]。

1? 本文研究区域概况

本文研究的页岩样品主要来自延长油田某段石油储层段，埋藏深度为2 170～2 490 m，储层平均温度和压力分别为89 ℃、21.5 MPa。在对储层的样品进行试验前，通过XRD表征试验对岩层组成成分进行分析，得到岩层主要由石英、云母、方沸石、长石、绿泥石组成。具体成分见表1所示。

同时测量该段的地下水矿化度，其值为216.9 g/L。

2? 实验仪器与方法

2.1? 主要试验仪器

为模拟CO2在注入储层地层后与地层矿物质的反应，本文将实验装置设计为如图1所示[2]。

根据图1的实验装置，高纯度的CO2通过管线进入到反应釜中，然后在压力容器中将压力升至地层的压力。反应温度则通过恒温箱进行控制，维持在上述测定的地层温度要求。

2.2? 主要试验试剂

本文采用的试剂主要包括高纯度的CO2、NaCl（分析纯）、KCl（分析纯）、CaCl2（分析纯）、MgCl2（分析纯）等。

试验用的砂岩是用小岩心切割。

2.3? 实验步骤

在作用机理探讨实验中，温度设定为87 ℃，反应周期设定为30 d，岩心流速设定为0.02 mL/min，压力设定为21 MPa[3]。实验用的模拟地下水通过分析延长油田所取的地下水的组成进行配置。具体试验步骤为：

（1）在实验开始前，通过分子泵将岩心的空气抽干，并抽真空超18 h，直到岩心压力变为1;

（2）对配置的地层水抽真空，至常温下饱和蒸气压，整个时间持续1 h;

（3）将上述处理过的岩心饱和地层水、岩心全部装入核磁检测设备中，并通过CT对岩层进行扫描检测。

3? 结果与讨论

在上述实验条件下，分别设置不同的地下压力，从而探讨在不同压力下的储层变化情况。根据上述的实验，可以得到如下的实验结果[4]。

3.1? 地层中元素的变化规律

设定反应温度为87 ℃，地层模拟压力分别为5、10、50、20 MPa四个不同的压力。同时反应时间为30 d。在充入CO2后，探讨反应过程中储层变化规律。

3.1.1? 地层中地层元素变化

在反应过程中，测定地层中元素的变化规律如图2-4所示。

通过以上结果看出，当模拟地层中注入CO2驱后，钾、镁等离子的变化规律相对一致，说明在这个反应的过程中，镁离子、钾离子的变化不大。但是，硅离子的变化趋势则是先快速上升，然后在12 d后，整体溶蚀速率逐步降低，此后到达稳定。由此根据上述的结果可以看出，随着地层中压力的不断增加，在地层环境中更容易出现溶蚀反应，并且压力越大，溶蚀速率越高。

3.1.2? 岩块表面形貌变化

将反应后的岩块进行干燥处理，然后对岩块进行电镜扫描。经扫描，可以得到反应前后的对比图5和图6。

通过上述的两张对比图看出，反应前，岩块表面非常整洁，并看出主要包含石英和长石等成分，同时还包含部分碳酸盐结物。在经过上述的实验后，得到的图6的电镜观察图看出，在其表面形成了晶锥。同时在岩块的表面可以看到包含大量的盐类颗粒。说明在上述的表面发生了溶蚀反应。

3.2? 样品质量变化

要找到在不同压力下的地层溶蚀规律，需要对不同条件下的砂岩块体前后重量进行称重，从而得到样品在反应前后的质量变化，即溶蚀量。具体见表2所示。

通过上述的结果看出，反应前后的质量随着压力的增加，其样品的质量基本都在逐步的减少。当压力为20 MPa的时候，其溶蚀量相對比较大。

3.3? 岩心驱替试验

3.3.1? 反应过程中岩心驱替液变化规律

取驱替后的岩心排出液，通过ICP-OES进行检测，从而可以得到图7-9的变化规律[2]。

通过上述结果看出，钾元素和镁元素的变化趋势和上述的分析基本一致，总体而言都是缓慢升高，然后迅速降低，最后趋于稳定。硅元素的变化也是先快速上升，而后下降，并逐步稳定。

3.3.2? CT扫描

为查看反应后岩石的孔隙度，通过CT进行扫描，从而得到图10的岩心孔隙度。

通过上述的结果看出，经过岩心驱替后，岩心的孔隙度多，分布密集。同时根据结果看出，在反应的入口段，即上部，孔隙分布多于下部，说明在反应初期，在入口段受到大量的腐蚀，从而形成溶蚀性孔洞。同时通过CT扫描数据显示，在反应后，孔隙度平均为14.7%，与反应前的平均孔隙度比较，整体要稍大。

3.3.3? 岩石渗透率变化

运用渗透率试验，得到如图11的岩石渗透率变化图。

根据结果看出，渗透率随着时间的推移逐步变大，说明 CO2 驱过程中，会促进矿物质溶解，进而提高孔隙度，使得孔隙更为更大，油气流向更加通畅。

3.4? 样品质量变化

通过上述的分析看出，在CO2驱过程中，随着CO2的注入，岩石中的元素随着压力的增加，会出现一定的变化，变化比较明显是硅等少数元素。

同时通过反应发现，随着反应的深入，岩心的孔隙率逐步增大，寿命岩石与CO2产生反应。上述反应的原理，是CO2在水中会发生酸化反应，从而生成碳酸根和碳酸氢根离子。具体反应过程为：

在上述反应的基础上，方解石、长石中的大量矿物元素与碳酸根反应，从而形成沉淀，最终通过CO2驱将沉淀排除，以至于硅等元素的溶蚀量急剧减少。但是随着反应的深入，在方解石、长石等表面会形成结晶物，从而阻止反应进一步发展，最终使得不同离子开始趋于稳定。

4? 结束语

在页岩气的开采过程中采用的CO2驱方式可提高页岩气的开采量，一个关键的原因是通过二氧化碳驱与岩石壁中的矿物质离子反应，从而增大了孔隙度，提高了渗透率，进而提高了油气的输送量。说明采用CO2驱在页岩气开发中具有价值。

参考文献：

[1]秦伟.二氧化碳驱提高采收率技术及应用[J]. 科技与企业，2016（02）：98-99.

[2]伦增珉，王锐，吕成远，王海涛，周霞. 低渗透油藏二氧化碳驱修正毛管数理论及参数优化[J]. 油气地质与采收率，2016，23（02）：83-86+92.

[3]李向良. 二氧化碳驱油藏产出气回注的可行性及其对驱油效果的影响[J]. 油气地质与采收率，2016，23（03）：72-76.

[4]李旭航，罗威. 二氧化碳驱对储集层岩石渗透率影响的室内研究[J]. 石油化工应用，2015，34（08）：38-40.

[5]张志鹏，马力，欧阳传湘，王泽乾，朱海伟. 低渗油藏气水交替驱参数优化研究[J]. 当代化工，2018，47（07）：1380-1382+1386.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。