前沿应用|CO2封存过程中与岩心、地层水相互作用机理核磁表征

二氧化碳注入岩心以提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery, EOR）是一种先进的石油开采技术，其背景植根于全球能源需求的不断增长与环境保护的双重挑战。随着传统石油资源的逐渐枯竭，提高现有油田的采收率成为了能源行业的重要课题。二氧化碳注入技术通过将二氧化碳注入油藏，利用其在地下的溶解、膨胀和降低原油粘度的特性，增加原油流动性，从而提高采收率^[1]。

目前，科学家们对二氧化碳的封存，以及提高采收率的机理做了大量的研究，随着技术的进步和成本的降低，二氧化碳注入岩心的方法正逐渐成为提高石油采收率的有效手段^[2]。然而，当CO₂被注入油藏时，会扰乱系统的平衡，导致CO₂、地层水和油藏岩石之间的化学反应。这些反应将改变目标储层的一些地球化学和物理化学特征。然而，特别是在储层条件下，这些反应在孔隙尺度上仍然缺乏定量的表征。本案例在该方向的研究填补了一些缺失。

二氧化碳提高采收率示意图

本案例使用开云（中国）低场核磁共振设备，获得了二氧化碳封存前后岩心孔隙度、渗透率和质量的变化，及四种岩心在不同作用条件下的核磁T2图谱。着重研究了CO₂−water−rock相互作用机理，为探索
CO₂−EOR和CO₂封存领域的类似储层提供重要参考^[3]。

图一 CO₂、水和岩石相互作用孔隙度/渗透率增量（a）和质量损失（b）

图二 不同岩心在CO₂−rock和CO₂−rock−water作用下的T₂

本案例研究了CO₂、水、岩心三者在碳封存过程中孔隙水平上的相互作用机制，有以下结论：

1）图一为岩心经过CO₂封存后，其渗透率、孔隙度获得了提高，但质量却发生了降低。

2）图二核磁共振试验证明，由于溶解反应的存在，导致CO2−water−rock的振幅增加比CO2−rock试验大，且振幅的改变幅度与不同类型的矿物和孔隙相关。

3）该案例证明了CO₂、盐水、岩心，三者相互作用更能引起储层中物性参数的明显变化（孔隙度的增大），利于储层孔隙的发育。

更多有趣内容详见参考文献^[3]

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参考资料

[1] Abdelaal A , Gajbhiye R , Alshehri D ,et al.Improvement of supercritical carbon dioxide foam performance for EOR in sandstone reservoirs: An experimental and optimization study[J].Gas Science and Engineering, 2022.

[2] Shiyi Y, Desheng M A, Junshi L I , et al. Progress and prospects of carbon dioxide capture,EOR-utilization and storage industrialization[J].石油勘探与开发:英文版, 2022, 49(4):955-962.

[3] Zhang Y, Shi L, Ye Z, et al. Experimental Investigation of Supercritical CO2 –Rock–Water Interactions in a Tight Formation with the Pore Scale during CO2 –EOR and Sequestration[J]. ACS Omega, 2022, 7, 27291−27299.