岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (6): 1636-1644.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1007

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于核磁共振和磁共振成像的低渗透岩芯CO2-H2O两相驱替特征研究

赵艳1, 2，杨柳1, 2，奚茹茹1, 2，耿振坤1, 2，张谦3，马雄德1, 2   

  1. 1. 长安大学 水利与环境学院，陕西 西安 710054；2. 长安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，陕西 西安 710054； 3. 中国石油长庆油田分公司规划计划部，陕西 西安 710018
  • 收稿日期:2022-06-30 接受日期:2022-09-18 出版日期:2023-06-14 发布日期:2023-06-14
  • 作者简介:赵艳，女，1989年生，博士，高级工程师，主要从事CO2地质封存方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No.42007174）；中国博士后科学基金（No.2021M692736）；长安大学中央高校基本科研业务费专项资金（No.300102293206）。

CO2-H2O two-phase displacement characteristics of low permeability core using nuclear magnetic resonance and magnetic resonance imaging techniques

ZHAO Yan1, 2, YANG Liu1, 2, XI Ru-ru1, 2, GENG Zhen-kun1, 2, ZHANG Qian3, MA Xiong-de1, 2   

  1. 1. School of Water and Environment, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710054, China; 2. Key Laboratory of Subsurface Hydrology and Ecological Effects in Arid Region of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710054, China; 3. Petro China Changqing Oilfield Company Planning Department, Xi’an, Shaanxi 710018, China
  • Received:2022-06-30 Accepted:2022-09-18 Online:2023-06-14 Published:2023-06-14
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42007174), the China Postdoctoral Science Foundation (2021M692736) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, CHD (300102293206).

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摘要： 致密岩石的孔隙结构特征对CO2和水之间的驱替行为以及CO2相的流动特征具有重要影响，且残余水饱和度最终将影响碳封存的效率和安全性，因此，深入探究致密岩芯CO2-H2O两相驱替特征具有重要意义。利用取自鄂尔多斯盆地深部储层的天然低渗透岩芯，利用核磁共振（NMR）及磁共振成像（MRI）技术对其内部的气液两相驱替特征及其影响因素进行了可视化研究。在将岩芯孔隙结构进行定性和定量化表征后，可知不同的驱替模式与岩芯孔隙结构密切相关：具有较强非均质性和各向异性的岩芯更有利于指进现象的发生，具有较大孔隙度和较高渗透率的岩芯则呈现活塞式驱替模式。指进现象有助于气相的运移，会造成气相的提前突破，导致较高的残余水饱和度及较低的驱替效率。

关键词: CO2地质封存, 驱替效率, 孔隙结构特征, 相对渗透率, 核磁共振

Abstract: The pore structure characteristics of tight rocks have an important impact on the displacement behavior between CO2 and water, as well as the flow characteristics of CO2. The residual water saturation will ultimately affect the efficiency and safety of CO2 geological storage. Therefore, it is of great significance to further explore the CO2-H2O two-phase displacement characteristics of tight cores. In this study, the two-phase displacement characteristics and its influencing factors of natural low-permeability cores from deep reservoirs in Ordos Basin were visualized using nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI) techniques. After qualitative and quantitative characterization of core pore structure, it is found that displacement patterns are closely related to core pore structure. Cores with strong heterogeneity and anisotropy are more conducive to the formation of fingering phenomena, while cores with large porosity and high permeability show piston-like displacement pattern. Fingering phenomena contributes to the migration of gas phase and can lead to the premature breakthrough of CO2, resulting in high residual water saturation and low displacement efficiency.

Key words: CO2 geological storage, displacement efficiency, pore structure characteristics, relative permeability, nuclear magnetic resonance

中图分类号: TU457
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