[发明专利]一种二氧化碳置换页岩甲烷的定量评价方法及其应用

说明书

本发明提供一种二氧化碳置换页岩甲烷的定量评价方法及其应用，方法包括：1)建立目标温度下甲烷的质量‑核磁信号量标准曲线；2)在目标温度下向页岩样品通入甲烷，建立页岩样品在目标压力下的甲烷吸附平衡，获取甲烷的初始吸附核磁信号量；3)在目标温度下，向页岩样品通入二氧化碳建立页岩样品在预设压力下的甲烷‑二氧化碳吸附平衡，获取甲烷的当前吸附核磁信号量；4)根据质量‑核磁信号量标准曲线、初始吸附核磁信号量和当前吸附核磁信号量，获取甲烷的解吸附质量；其中，二氧化碳为气态二氧化碳，液态二氧化碳以及超临界二氧化碳中的一种。该方法利用NMR核磁技术实现了对不同相态CO₂在不同压力和温度下置换页岩甲烷的定量评价。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳置换页岩甲烷的定量评价方法及其应用，属于页岩气开采技术领域。

背景技术

由于常规油气藏资源供给和人们不断增长的能源需求矛盾日益突出，非常规油气资源日益受到关注和重视，逐渐成为重要战略资源和有力补充。其中，页岩气以其分布范围广、资源量大等特点，成为当前油气勘探开发的热点。以北美页岩气开发为典型代表，随着水平井和水力压裂技术的发展，形成了一系列成熟的现场工艺和技术，为页岩气藏大规模商业化开发奠定了基础，页岩气也成为了具有工业开采价值的重要油气资源。

但通常情况下，页岩储层渗透率极低，以水力压裂容易对页岩储层造成伤害，还会耗费大量的水资源，因此针对页岩气储层的无水压裂技术(CO₂、N₂、LPG)正在成为研究的热点。而工业革命以来由于化石燃料的使用急剧增加，使得CO₂及其他温室气体在大气中的浓度明显上升，并造成严重的温室效应。温室效应会产生一系列严重的环境后果，包括海平面上升，沿海城市会被掩没；危及海洋生物生存；改变区域环境，影响农业生产，造成粮食短缺；气象灾害加剧，由全球变暖导致的厄尔尼诺、拉尼娜等极端天气现象给人类造成生命和财产损失；生物多样性遭到破坏，由于全球变暖导致环境变化，野生动物没有了适宜的生存环境，很可能面临灭亡；并且由于大气运动发生改变，局部地区的水资源将更加紧缺。因此，近年来可以有效的降低化石燃料CO₂排放量的碳捕获及埋存技术(CCS)也得到了人们的重视。而利用CO₂压裂页岩储层以置换页岩气技术的发展，不仅有助于开采重要油气资源，更有助于减少CO₂对环境的不利影响。页岩气储层CO₂压裂同时包含CO₂埋存以及提高页岩气产能的双重作用，既满足了环境上对于捕集CO₂的需要，又满足了工业上提高页岩气产量的需要，具有广阔的应用前景，但目前关于页岩气储层CO₂压裂的研究很少。

与CO₂单井吞吐以及注CO₂驱替不同，CO₂压裂过程是在井口注入低温液态CO₂，液态CO₂进入井底及裂缝后与井筒和地层发生热交换，温度升高，变为超临界或气态，整个施工过程有显著的温压以及相态变化。因此明确压裂过程中不同相态CO₂在页岩中对CH₄的置换机理，并在此基础上定量描述地层条件下CO₂-CH₄吸附置换关系，对指导页岩气储层CO₂压裂施工以及生产制度优化具有重要的意义。