105 / 2023-07-13 19:37:11

超临界CO2储层改造与碳封存一体化技术在松辽盆地页岩油气调查中的应用

松辽盆地陆相页岩油气资源潜力巨大，下白垩系沙河子组和上白垩系青山口组分别是页岩气和页岩油富集的主要层系，是较为现实的非常规油气接替领域。但由于陆相页岩黏土矿物含量高、非均质性强等特点，常规的水力压裂技术对资源量巨大的陆相页岩气储层改造效果并不理想，存在压不开、压不远、储层伤害等问题，制约了我国陆相页岩油气的有效利用。

为解决上述关键技术难题，综合利用压裂模拟、储层微观分析等实验手段，探索超临界CO₂储层改造过程中页岩岩石力学性质、人工缝网、微观矿物组成、孔隙吼道特征等变化规律，结果表明超临界CO₂具有以下5点优势：（1）以其超强的穿透性、流动性降低了页岩储层破裂压力，在未浸泡超临界CO₂的页岩样品在进行压裂模拟时，其破裂压力为35MPa，而浸泡超临界CO₂的页岩样品破裂压力降为19MPa，超临界CO₂的使用使页岩的破裂压力降低了45.7%；（2）有效提高了人工缝网波及范围，通过压裂模拟后岩心样品观察对比，发现未浸泡超临界CO2的样品只产生了少量的宏观和微观裂缝，形态单一，未贯穿整个样品，裂缝沟通范围有限，而浸泡了超临界CO₂的样品在压后出现多条裂缝，且形态复杂，缝网贯穿整个样品，裂缝沟通范围远大于前者广泛；（3）改善储集层条件，增加储集层渗流能力。显微电镜观察显示，随着超临界CO₂浸泡时间的增加，页岩中的碳酸盐矿物发生了明显的溶蚀作用，XRD同样显示浸泡过程中页岩中方解石、白云石等碳酸盐矿物的含量呈明显降低趋势，碳酸盐矿物溶解是的页岩孔径持续增大，出现了大量大于100nm的孔隙，形成人造裂缝+溶孔、溶缝网络，有效的改善页岩储层的渗流通道；（4）超临界CO₂具有驱替置换页岩烃类物质的作用，超临界CO₂可以显著萃取页岩中C₅-C₃₀烃类物质，并且CO₂吸附页岩能力比CH₄高，可有效置换页岩孔隙中吸附的CH₄，提高页岩油气采收率20%~50%；（5）可以实现CO₂原位地质封存，CO₂进入地层后，以3种形式被封存地下，一部分参与了化学反应被矿物溶解封存，一部分溶解于原油被烃类溶解封存，还有一部分吸附滞留在页岩储层中被吸附封存。

基于上述认识，在松辽盆地页岩油气调查中创新实施了超临界CO₂复合体积压裂工艺，采用人工裂缝反演、不稳定试井、微地震监测、返排液分析、油源对比等技术进行压后效果评价，证实该项技术效果显著，有效改造体积是常规水力压裂的2倍；并且放喷过程中现场气相色谱和CO₂监测结果表明，放喷过程中CO₂气体仅少量排出，封存率达90%以上，实现了CO₂地质捕获、封存。该项技术的应用支撑吉页油1HF井在青山口组获得日稳产16.4方的高产工业页岩油流，吉梨页油1井在沙河子组获得日产7.6万方高产页岩气流，取得松辽盆地陆相页岩油气调查重大突破，实现“增产+去碳”目标，对保障国家能源安全和助力“碳中和”具有双重意义。