在能源(yuan)需(xu)求(qiu)持(chi)續增長與(yu)“雙碳(tan)"目(mu)標雙重(zhong)驅(qu)動的(de)今(jin)天，如何高效(xiao)、清潔(jie)地開(kai)采深藏(zang)於地(di)下(xia)巖層中(zhong)的(de)油(you)氣(qi)資源(yuan)，已成為(wei)全(quan)-球(qiu)能源行業(ye)的(de)焦點。壹種名為(wei) 超臨(lin)界二氧化(hua)碳(tan)壓(ya)裂(lie) 的技(ji)術(shu)，正以其(qi)顛(dian)-覆(fu)性(xing)的潛(qian)力，引-領(ling)著(zhe)壹場油氣(qi)增產技(ji)術(shu)的綠(lv)色革命(ming)。而揭(jie)示其(qi)奧秘(mi)、評(ping)價(jia)其(qi)效(xiao)果的關(guan)鍵(jian)“微(wei)觀之(zhi)眼"，則是低(di)場(chang)核(he)磁共振(zhen)技(ji)術(shu)。本(ben)文(wen)將深入淺(qian)出(chu)地解析這場(chang)技(ji)術(shu)聯姻(yin)背後的(de)科(ke)學原(yuan)理(li)與巨大價(jia)值。

背景：為(wei)什麽(me)需(xu)要超臨(lin)界二氧化(hua)碳(tan)壓(ya)裂(lie)？

隨(sui)著(zhe)易開采的常規油(you)氣(qi)資源(yuan)日(ri)益枯竭(jie)，頁巖油、致密(mi)氣(qi)等非常規油(you)氣(qi)資源(yuan)成為(wei)接替(ti)主力。然(ran)而，這些(xie)資(zi)源儲存在(zai)如同(tong)“磨(mo)刀(dao)石"般(ban)致密(mi)、低滲透的(de)巖石中(zhong)，必須通(tong)過水(shui)力壓(ya)裂(lie)等技(ji)術(shu)，人(ren)工制(zhi)造裂(lie)縫網(wang)絡，才(cai)能(neng)讓(rang)油氣(qi)“流"出(chu)來(lai)。

傳(chuan)統(tong)的壓(ya)裂(lie)技(ji)術(shu)主要依(yi)賴大量(liang)水(shui)和砂(sha)子(zi)（支撐劑(ji)）的(de)混(hun)合(he)物。但(dan)這(zhe)種方式存(cun)在(zai)顯著痛點(dian)，尤其(qi)在(zai)缺水(shui)地(di)區、環(huan)境(jing)敏(min)感(gan)區以及深層/超深層油氣(qi)藏(zang)中。於是，科(ke)學家(jia)將目(mu)光投(tou)向了超(chao)臨(lin)界二氧化(hua)碳(tan)。

超(chao)臨(lin)界二氧化(hua)碳(tan)是當(dang)溫(wen)度(du)和壓(ya)力超過(guo)其(qi)臨(lin)界點（31.1°C， 7.38 MPa）時，形成的(de)壹種獨(du)特(te)流體。它兼(jian)具(ju)氣(qi)體的(de)高(gao)擴(kuo)散性、低(di)粘(zhan)度(du)和液體(ti)的高密(mi)度(du)特(te)性。將其(qi)用(yong)於壓(ya)裂(lie)，不僅(jin)旨(zhi)在解決傳(chuan)統(tong)方式的(de)弊端(duan)，更(geng)帶(dai)來(lai)了獨(du)特(te)的提(ti)高采(cai)收率(lv)機理。

傳(chuan)統(tong)水力壓(ya)裂(lie)的缺點(dian)與(yu)挑戰(zhan)

巨大的(de)水(shui)資源(yuan)消(xiao)耗與汙(wu)染風(feng)險：壹次大規模(mo)水力壓(ya)裂(lie)需(xu)消(xiao)耗數萬(wan)噸水(shui)，在(zai)幹(gan)旱地區矛盾(dun)突(tu)出(chu)。同(tong)時，返排(pai)的壓(ya)裂(lie)液可能含有(you)化(hua)學添加(jia)劑(ji)和(he)地(di)層(ceng)有(you)害物質，處(chu)理(li)不當(dang)會汙(wu)染地下水和地(di)表環(huan)境(jing)。

地(di)層傷(shang)害嚴重(zhong)：水(shui)相流(liu)體(ti)進(jin)入儲(chu)層，可能與黏(nian)土(tu)礦物(wu)發(fa)生(sheng)水(shui)化(hua)膨脹(zhang)，堵(du)塞(sai)微(wei)細(xi)孔(kong)道；產生水鎖(suo)效(xiao)應，阻礙油氣(qi)流動。這(zhe)對(dui)於本(ben)就孔喉(hou)細(xi)小的(de)非常規儲(chu)層傷害尤為致命(ming)。

能量(liang)效(xiao)率與適(shi)用(yong)範(fan)圍(wei)局限(xian)：水的(de)粘(zhan)度(du)較高，在(zai)造縫和攜(xie)砂(sha)過(guo)程中(zhong)摩(mo)阻大，對(dui)泵送設(she)備要求(qiu)高(gao)。在深層高溫(wen)高壓(ya)條件(jian)下，其(qi)性(xing)能(neng)表現(xian)也面臨(lin)挑(tiao)戰。

碳(tan)排(pai)放問題：整(zheng)個(ge)壓(ya)裂(lie)、返排(pai)、處(chu)理(li)流程間接產生可觀碳(tan)排(pai)放。

超臨(lin)界二氧化(hua)碳(tan)壓(ya)裂(lie)：機理(li)與(yu)優(you)勢

超臨(lin)界二氧化(hua)碳(tan)壓(ya)裂(lie)，正是為(wei)了克(ke)服(fu)上(shang)述(shu)缺點(dian)而生，其(qi)提(ti)高采(cai)收率(lv)的機理多(duo)元(yuan)而高效(xiao)：

高效(xiao)造縫與攜(xie)砂(sha)：超(chao)臨(lin)界CO₂粘(zhan)度(du)極低（接近氣(qi)體），能(neng)高(gao)效(xiao)穿透巖石微(wei)小(xiao)孔(kong)隙(xi)，在儲層中形成更(geng)復雜、更廣(guang)泛的裂(lie)縫網(wang)絡。同(tong)時，其(qi)低(di)粘(zhan)度(du)特(te)性對(dui)支撐劑(ji)的(de)攜(xie)帶(dai)能(neng)力是壹大挑(tiao)戰(zhan)，但(dan)也激勵了新(xin)型(xing)壓(ya)裂(lie)工藝（如增稠(chou)、泡沫(mo)化(hua)）的發(fa)展。

零(ling)水(shui)相傷(shang)害：從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)消(xiao)除了水(shui)敏(min)、水(shui)鎖(suo)傷(shang)害，特(te)別(bie)適用(yong)於水(shui)敏(min)性(xing)強的(de)儲(chu)層(ceng)，保(bao)護了儲(chu)層(ceng)的原(yuan)始(shi)滲透能(neng)力。

強效(xiao)置換與萃取：超臨(lin)界CO₂對(dui)原(yuan)油(you)中的輕(qing)質(zhi)組分有(you)極-強的(de)溶(rong)解和萃取能力，能顯(xian)著降低原(yuan)油(you)粘(zhan)度(du)，使其(qi)流(liu)動性(xing)大幅(fu)提(ti)升(sheng)。同(tong)時，它能有(you)效(xiao)置換吸(xi)附在巖壁(bi)上(shang)的甲(jia)烷，提(ti)高氣(qi)體采(cai)收(shou)率(lv)。

碳(tan)封存(cun)潛(qian)力：壓(ya)裂(lie)註入的(de)大量(liang)CO₂可被(bei)封存(cun)在地下(xia)油(you)氣(qi)藏(zang)或(huo)不可采煤層(ceng)中，實(shi)現(xian)地(di)質封存(cun)，兼(jian)具(ju)了“負(fu)碳(tan)"環(huan)保(bao)效(xiao)益。

降低(di)地層(ceng)壓(ya)力：相比水，CO₂的(de)壓(ya)縮性(xing)更強，有(you)助(zhu)於更(geng)安全(quan)地(di)管理地層(ceng)壓(ya)力。

效(xiao)果評(ping)價(jia)的“微(wei)觀之(zhi)眼"：低場核(he)磁共振(zhen)技(ji)術(shu)

技(ji)術(shu)雖好，如何精準評(ping)價(jia)其(qi)效(xiao)果？裂(lie)縫形態是否理(li)想(xiang)？油(you)氣(qi)究竟(jing)從(cong)哪(na)些(xie)孔(kong)喉(hou)中(zhong)被(bei)驅替(ti)出(chu)來(lai)？這(zhe)需(xu)要壹雙能“看透"巖石內(nei)部(bu)流(liu)體(ti)分布(bu)的(de)“眼(yan)睛"。低場核(he)磁共振(zhen)技(ji)術(shu)正是這(zhe)樣壹把(ba)利(li)器(qi)。

基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)：
核(he)磁共振(zhen)技(ji)術(shu)利(li)用原(yuan)子(zi)核(he)（如油(you)氣(qi)水中(zhong)的(de)氫(qing)核(he)）在磁場(chang)中(zhong)的(de)特(te)性進(jin)行探測。在(zai)恒定磁場中，氫(qing)核(he)會發生(sheng)能級(ji)分裂(lie)，吸(xi)收特(te)定頻率的射(she)頻能量後發(fa)生(sheng)共振(zhen)，當射頻(pin)脈沖(chong)撤去後，氫(qing)核(he)會釋(shi)放(fang)能量(liang)並恢復到(dao)初始(shi)狀態，這個過(guo)程稱為(wei)“弛(chi)豫"。巖石孔(kong)隙(xi)中(zhong)流(liu)體(ti)的(de)弛(chi)豫時間（T1， T2）與其(qi)所(suo)處(chu)的(de)孔隙大小(xiao)、流(liu)體性(xing)質緊(jin)密相關(guan)。

T2譜(pu)（橫(heng)向弛(chi)豫(yu)時間分布(bu)）：是低(di)場(chang)核(he)磁在巖心(xin)分析(xi)中最(zui)核(he)心(xin)的(de)應(ying)用(yong)。T2值與(yu)孔(kong)隙半(ban)徑成正(zheng)比。

通(tong)過測(ce)量(liang)巖心(xin)樣品(pin)中(zhong)流(liu)體(ti)的T2譜，可以無損(sun)、定量地獲(huo)得(de)：

孔隙(xi)度(du)信息(xi)：譜(pu)曲線下面積(ji)對(dui)應總流體量(liang)，即(ji)有(you)效(xiao)孔隙度(du)。

孔徑分布(bu)：T2值大小(xiao)直(zhi)接(jie)反映孔(kong)隙(xi)大小(xiao)，譜(pu)形展示出(chu)從(cong)微(wei)孔(kong)到(dao)大孔(kong)的(de)完整(zheng)分布(bu)。

流(liu)體(ti)識(shi)別(bie)與飽和(he)度(du)：結合(he)不同(tong)流體(ti)（油、水(shui)、氣(qi)）在巖石中(zhong)的(de)弛(chi)豫(yu)特(te)性差異，可以區分並計(ji)算(suan)它(ta)們的相對(dui)含量(liang)。

在(zai)評(ping)價(jia)超臨(lin)界CO₂壓(ya)裂(lie)效(xiao)果中的(de)獨(du)特(te)優(you)勢：

全(quan)過(guo)程動態可視化(hua)：可以對(dui)同(tong)壹塊巖心(xin)，在(zai)壓(ya)裂(lie)前、壓(ya)裂(lie)中、驅(qu)替(ti)後進(jin)行多(duo)次重(zhong)復掃(sao)描(miao)，直(zhi)觀呈(cheng)現(xian)CO₂如何進(jin)入不同(tong)大小(xiao)的(de)孔隙(xi)、如何驅替(ti)原(yuan)油(you)、裂(lie)縫形成前(qian)後孔(kong)隙(xi)流(liu)體分布(bu)的(de)動態變(bian)化(hua)過程(cheng)。這是傳(chuan)統(tong)依(yi)靠(kao)最(zui)終(zhong)采收率(lv)數(shu)據(ju)所無(wu)法提(ti)供(gong)的(de)微(wei)觀視角(jiao)。

揭(jie)示微(wei)觀動用(yong)機(ji)理：通(tong)過分析(xi)驅替(ti)前後T2譜(pu)的(de)變(bian)化(hua)，可以明確(que)回答：超(chao)臨(lin)界CO₂主要驅替(ti)了哪(na)壹部分孔(kong)徑的原(yuan)油(you)？（是大孔(kong)道還(hai)是中(zhong)小(xiao)孔道？）不同(tong)註入壓(ya)力下的(de)驅替(ti)效(xiao)率有(you)何不同(tong)？這為(wei)優(you)化(hua)壓(ya)裂(lie)和註(zhu)入參數(shu)提(ti)供(gong)了直(zhi)接(jie)依(yi)據(ju)。

定量評(ping)價(jia)裂(lie)縫網(wang)絡與改(gai)造效(xiao)果：壓(ya)裂(lie)產生的微(wei)裂(lie)縫在(zai)T2譜(pu)上(shang)會表現(xian)為弛(chi)豫(yu)時間極長的(de)特(te)征(zheng)信號。通(tong)過分析(xi)該(gai)信號，可以評(ping)估裂(lie)縫的(de)發(fa)育程度(du)及其(qi)對(dui)孔隙連(lian)通(tong)性的(de)改(gai)善(shan)作用。

無(wu)損、快(kuai)速(su)、精準：無需(xu)破壞(huai)巖心(xin)樣品(pin)，測(ce)試(shi)後樣品(pin)可繼續用於其(qi)他實(shi)驗(yan)，數(shu)據(ju)重(zhong)復性好，精度(du)高。

應(ying)用案例(li)：核(he)磁法表征(zheng)超臨(lin)界二氧化(hua)碳(tan)在(zai)致密(mi)礫巖中的(de)流(liu)動行(xing)為(wei)特(te)征(zheng)

超(chao)臨(lin)界二氧化(hua)碳(tan)壓(ya)裂(lie)與低(di)場(chang)核(he)磁共振(zhen)評(ping)價(jia)技(ji)術(shu)的結合(he)，代表了非常規油(you)氣(qi)開發(fa)向高(gao)效(xiao)、清潔(jie)、智能(neng)化(hua)邁進(jin)的重(zhong)要方向。前(qian)者(zhe)如同(tong)壹位巧奪天工的“地(di)下(xia)工程師(shi)"，以(yi)無形的超(chao)臨(lin)界流體(ti)高效(xiao)改(gai)造儲層；後者(zhe)則如同(tong)壹位明察(cha)秋(qiu)毫的(de)“地下偵-探"，用無(wu)損的(de)微(wei)觀成像(xiang)技(ji)術(shu)揭(jie)示改(gai)造的每(mei)壹個細節(jie)。

這(zhe)壹“機理研究"與(yu)“效(xiao)果評(ping)價(jia)"的閉環(huan)，不僅(jin)深化(hua)了我們對(dui)超臨(lin)界CO₂與巖石-流(liu)體(ti)復雜作用的(de)認識(shi)，更(geng)將推(tui)動該(gai)技(ji)術(shu)從(cong)實(shi)驗(yan)室(shi)走向更(geng)廣(guang)闊的(de)現(xian)場應(ying)用，為保(bao)障國(guo)家(jia)能源安全(quan)、踐(jian)行綠(lv)色低碳(tan)發(fa)展提(ti)供(gong)強有(you)力的科(ke)技(ji)支(zhi)撐。未來(lai)，隨(sui)著(zhe)技(ji)術(shu)的不斷(duan)成熟(shu)和成本(ben)的(de)進(jin)壹步(bu)降低(di)，這(zhe)場由超臨(lin)界CO₂引-領(ling)的“黑色黃金(jin)"綠(lv)色開采(cai)革命(ming)，前景可期(qi)。