超临界二氧化碳解除水锁作用微观机制：以梨树断陷致密砂岩气储层为例

摘要

为了深入揭示超临界二氧化碳（supercritical carbon dioxide,SCCO₂）解除致密砂岩水锁的微观机制,笔者以松辽盆地梨树断陷沙河子组致密砂岩为研究对象,对储层在水饱和、水锁形成、常规N₂驱替以及SCCO₂混相处理后的孔隙结构与赋水状态变化进行了系统实验分析。实验包括真空饱水-高压保水水锁模拟、不同压差下N₂驱替、水-SCCO₂混相处理与后续N₂气驱,并结合核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）T₂谱反演、孔径分布分析及铸体薄片观察,对各阶段孔隙度、孔喉尺度及可动水比例的变化进行量化表征。饱水实验表明,致密砂岩的初始含水饱和度低于束缚水饱和度,水相入侵过程可划分为3个阶段:1～5 min为快速饱水阶段,大量水相迅速占据微纳米孔隙;5 min～5 h为缓慢入侵阶段,含水率持续上升;5 h之后基本稳定,显示水锁形成时间短、稳定性强。常规N₂驱替呈现明显的孔径选择性。在压差达到3 MPa时,>300 nm的大孔隙水首先被驱替;压差升至4～6 MPa后,80～300 nm孔隙水仅部分被移除,而更细微的孔隙水仍难以驱出,整体驱替效率维持在30%以下。SCCO₂混相处理明显改变了岩心孔喉结构。SCCO₂的低黏度与高扩散性使其能够进入优势孔道,并与孔隙内碳酸盐胶结物发生酸溶蚀反应,导致孔隙度增加40%～80%,平均孔喉半径扩大,孔隙连通性增强。实验结果表明,SCCO₂处理后的砂岩孔隙体系更加开放,水相束缚程度降低,与常规N₂驱替相比,混相-气驱组合更有利于解除微纳米孔隙中的水锁。该联合流程在改善致密砂岩孔隙结构及提升驱替效率方面表现出明显优势。

关键词

梨树断陷 / 致密砂岩 / 超临界二氧化碳（SCCO₂） / 水锁作用 / 核磁共振（NMR）

基金资助

2025年大学生创新创业训练计划项目(S202510183483); 中国石化东北油气分公司项目(34500000-23-ZC0607-0014)