裂缝作用下CO₂吞吐解锁基质页岩油开发新路径

页岩油已成为中国油气勘探开发的重点领域，但页岩孔喉细小、岩石致密，存在孔隙度小、渗透率低及非均质性强等问题，给高效开发带来极大挑战。CO₂吞吐技术因能补充地层能量、提高采收率，且具备易溶解、低混相、膨胀降黏等优势，超临界状态下更有高密度、低表面张力等特性，成为页岩油开发的关键方向。

为明确裂缝作用下 CO₂吞吐过程中基质页岩油的动用特征，中国石油吉林油田公司二氧化碳捕集埋存与提高采收率开发公司刘客、张弛通过采用实时在线称质量方法和核磁共振成像技术，研究了裂缝作用下不同混相压力、基质长度以及基质渗透率对CO₂吞吐效果的影响，并建立了注CO₂提高基质页岩油动用程度的吞吐方法。相关文章以“裂缝作用下CO₂吞吐动用基质页岩油特征”为题发表在《大庆石油地质与开发》刊物上。

实验创新：精准测量破解传统难题

传统CO₂吞吐实验依赖间接计算，易因页岩孔渗极低导致计量误差，且频繁增压卸压会破坏岩石孔隙结构。本研究通过两大创新突破瓶颈：

一是改进实验仪器，将精微高博旗下Rubolab品牌RuboSORP MSB磁悬浮天平高压吸附仪的样品桶更换为钛合金岩心夹持器，升级电路系统，实现高温高压下岩心质量的实时在线测量，压力测量范围0~35 MPa，温度22~200℃，精度大幅提升。

二是优化实验设计，采用人造裂缝模拟实际储层环境，通过环氧树脂填充岩心三面，预留顶部间隙作为裂缝，可通过填充厚度调节裂缝宽度。同时结合低场核磁共振仪，精准捕捉岩心含油饱和度变化。

图1 改进的磁悬浮天平高压吸附仪及岩心夹持器结构示意

实验中模拟人造裂缝，将岩心与夹持器壁面相接触的3个面用环氧树脂（图1中黄色部分）填充，将岩心顶部端面与夹持器顶部之间的间隙作为人造裂缝（图1中绿色部分），使注入CO₂，只能与岩心其中1个面接触，模拟人造裂缝的作用。模拟裂缝的宽度可以根据底部环氧树脂的填充厚度来进行调节。

核心发现：四大因素主导吞吐效果

混相压力：压力越高效果越好，临界压力后增幅收窄

图2 CO2与原油的混相压力与界面张力关系

采用悬滴法测混相压力：高温高压下向CO₂环境注入油滴，通过液滴形态分析测界面张力。界面张力随压力升高呈两段式下降（图2）：0-5.5 MPa低压段快速下降（CO₂大量溶解致原油膨胀），外推至0 mN/m得多次接触混相压力10.22 MPa；5.5-15 MPa高压段降幅变缓（CO₂抽提轻质组分，残余油黏度增加），外推得一次接触混相压力22.05 MPa。实验选取8、12、24 MPa分别模拟非混相、多次及一次接触混相状态。

CO₂压力：采收率与动用深度的关键调控因素

图3 不同CO2压力下周期（累计）采收率与吞吐次数的关系

CO₂压力显著影响吞吐效果（图3）：8 MPa（非混相）、12 MPa（多次接触混相）、24 MPa（一次接触混相）下，累计采收率分别为28.4%、48.5%、55.1%，有效吞吐次数依次为9、13、15次。高压下CO₂呈超临界态，溶解扩散及抽提能力增强，原油黏度降低。但12 MPa升至24 MPa时增幅从70.8%降至13.6%，兼顾成本宜选12 MPa。首轮动用基质深度依次为12.0、22.5、36.5 mm，高压首轮采收率增幅有限，因CO₂与压力波传播前缘间距缩小，却为后续多轮吞吐奠定基础。

基质长度：大尺寸基质需优化压差策略

图4 多次接触混相衰竭压差20 MPa下不同长度

相同衰竭压差下，基质长度越小，吞吐效果越优：5 cm岩心累计采收率48.51%，20 cm岩心仅33.49%。而采用逐级增大衰竭压差（5→10→20 MPa）的方式，可实现“远程多级接力泄油”，使20 cm岩心采收率提升至52.67%，有效弥补基质长度带来的不利影响。

基质渗透率：低渗透基质需强化裂缝与尺寸优化

图6 多次接触混相不同渗透率岩心在20 MPa衰竭压差下的周期（累计）吞吐采收率

裂缝密度不变时，基质渗透率越低，采收率越低：3.83×10^-3 μm²岩心累计采收率64.41%，0.024×10^-3 μm²岩心仅48.51%。低渗透率岩心可通过增加吞吐次数和闷井时间改善效果，但最有效的方式是提高裂缝网密度和减小基质长度。

实用结论：优化开发的三大关键策略

压力控制：现场施工可将CO₂压力提升至多次接触混相压力（约10 MPa），兼顾效果与成本，无需盲目追求更高压力。

压差设计：针对大尺寸基质，采用逐级增大衰竭压差的吞吐方式，提升远端原油动用程度。

储层改造：低渗透储层应优先通过压裂等手段提高裂缝密度、减小基质尺寸，配合适当增加吞吐次数，最大化采收率。

该研究通过创新实验方法揭示了裂缝作用下CO₂吞吐的核心机理，为页岩油高效开发提供了可直接应用的技术参考，对推动CO₂驱油技术规模化应用具有重要意义。

文献信息

刘客，张驰.裂缝作用下CO₂吞吐动用基质页岩油特征[J].大庆石油地质与开发,2024,43(02):152-159.DOI:10.19597/J.ISSN.1000-3754.202303041.

关于精微高博RuboSORP MSB磁悬浮天平重量法吸附仪

RuboSORP MSB磁悬浮天平重量法吸附仪

精微高博旗下Rubolab品牌的RuboSORP系列磁悬浮天平重量法吸附仪的核心是Rubolab公司历经数年独立研发的具有独特技术的新一代四极矩高精度磁悬浮天平，升级添加了四极矩磁力控制系统QMS，可测试最大重量为150 g的样品，样品直径最大可达70 mm。它能够在不接触样品精确测定重量变化。用于吸附测量时，不需要通过状态方程PV=nRT进行转换，直接测量得到吸附量，并得到吸附动力学曲线。

样品位于完全密闭的测量腔内，通过电磁力将样品重量的变化准确地传递到位于室温下的精密微天平。样品腔的测量环境完全与外界隔离，无需保护气，不会对天平读数带来任何的影响，因此可以完成极端条件下的样品重量称量，例如超低温(液氮温度77 K或更低)、高温1700度、高压(700 bar或更高)、腐蚀性气氛(例如Cl₂、HS₂、SO₂、HF、碘蒸气等)、有毒气氛(硫醚)、水蒸汽/有机蒸汽(苯、醇类)等。