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2025年1月5日，我國首口超萬米科探井——深地塔科1井在地下10910米勝利完鉆，成為亞洲第一、世-界-第-二垂深井。同一年，我國新增深層煤層氣探明地質儲量超4000億立方米。油氣勘探開發(fā)全面邁入“深地時代"，深層、超深層已成為非常規(guī)天然氣增儲上產的主戰(zhàn)場。
在深層煤層氣開發(fā)中，超臨界CO?壓裂技術正成為一條備受關注的技術路徑。
超臨界CO?壓裂，到底好在哪？
超臨界CO?壓裂，簡單說就是用處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳來做儲層壓裂。
當CO?的溫度超過31.1℃、壓力超過7.38MPa時，就會進入超臨界狀態(tài)——密度接近液體，黏度接近氣體，表面張力近乎為零。這種“既像氣又像液"的特性，讓它可以鉆進納米級的微小孔隙里，用更低的壓力把巖石撐開。
跟傳統(tǒng)水力壓裂比，超臨界CO?壓裂的優(yōu)勢不止一兩個。2025年發(fā)表于《工程地質學報》的綜述文章系統(tǒng)總結了超臨界CO?壓裂相較于水力壓裂的5種優(yōu)勢：降低巖石強度、保持黏土礦物穩(wěn)定、增加孔隙壓力、相變致裂和產生熱應力。
中國地質調查局油氣資源調查中心的研究團隊以黑龍江雞西盆地城子河組煤巖為對象，系統(tǒng)揭示了超臨界CO?浸泡對不同圍壓下煤巖的力學性質劣化機制。研究成果在雞西盆地深層煤層氣壓裂試驗中得到證實——利用超臨界CO?的化學物理協(xié)同劣化機制，成功降低了煤巖破裂壓力6MPa，實現(xiàn)了煤層氣日穩(wěn)定產量達1000m3以上。這一成果證實了超臨界CO?在深層煤層氣體積壓裂增產中的巨大潛力。
置換瓦斯：CO?比甲烷“搶位置"更厲害
超臨界CO?壓裂的另一個核心價值是“置換"。
煤層氣（瓦斯）超過90%以吸附態(tài)存在于煤基質的微納米孔隙中。CO?分子對煤基質的吸附能力是甲烷的2到10倍。注入超臨界CO?后，它會把吸附在煤表面的甲烷分子“擠下來"——甲烷脫附變成游離氣，自己占據(jù)吸附位點。
發(fā)表于《中國石油大學學報（自然科學版）》的研究，采用在線可視化核磁共振技術開展了超臨界CO?驅替煤層氣物理模擬試驗。結果發(fā)現(xiàn)：注入壓力從10MPa增至20MPa時，甲烷單位吸附量下降了32.6%。溫度升高導致甲烷吸附量降幅達30%。試驗驗證了超臨界CO?在深部煤層的優(yōu)先吸附特性。
簡單說：超臨界CO?一邊壓裂造縫、一邊置換采氣，還能把大部分CO?永-久封存在地下。這就是所謂的“壓裂-置換-驅替"三位一體技術。
問題來了：效果怎么評價？
技術再好，也得知道效果怎么樣——裂縫有沒有真正打通？孔隙結構改變了多少？置換效率高不高？
傳統(tǒng)評價方法有不少局限。
常規(guī)手段包括微地震監(jiān)測、施工曲線分析、巖心驅替實驗、掃描電鏡、壓汞法等。微地震和施工曲線只能看“外面"的信號——地層震動、壓力變化——推斷裂縫的大致走向，但看不到孔隙內部的真實變化。巖心驅替和掃描電鏡能做精細分析，但樣品破壞、只能看局部、無法追蹤同一塊樣品的前后變化。
更關鍵的是，傳統(tǒng)方法大多只能測“壓前"和“壓后"兩個時間點，中間的過程是盲區(qū)。對于深層、超深層儲層，壓裂成本動輒數(shù)千萬元，一旦效果不佳，調整空間極其有限。
低場核磁：直接“看"儲層內部的變化
低場核磁共振技術（LF-NMR）的思路完-全不同。它不破壞樣品，能連續(xù)追蹤同一塊巖心在壓裂前、壓裂中、壓裂后的變化。
原理不復雜。低場核磁檢測的是煤巖孔隙中流體的氫質子信號。不同大小的孔隙里，氫質子的弛豫速度不一樣——小孔隙里流體與孔壁作用強，弛豫快（橫向弛豫時間T?短）；大孔隙里弛豫慢（T?長）。通過測量T?弛豫時間譜，就能無損、定量地“看見"巖樣內部的孔隙結構、流體分布和賦存狀態(tài)。
低場核磁能做什么？三個關鍵應用
第一，定量評價壓裂對孔隙的改造效果。
2023年發(fā)表于《Energy》期刊（IF 9.0）的一項研究，利用低場核磁共振技術對比分析了真三軸超臨界CO?壓裂前后高階煤樣的孔隙滲透率特征。結果令人印象深刻：孔隙度增加59.85%，孔容增加60%，孔喉體積增加56%，滲透率增加47.5%。研究還發(fā)現(xiàn)，在相同注入速度和固定溫度下，較高的應力差更有利于大孔隙的改造和連通。
這些數(shù)據(jù)說明，低場核磁可以精確量化壓裂對孔隙結構的改造程度——不只是“有沒有裂縫"，而是“孔隙增了多少、滲透率提了多少"。
第二，實時監(jiān)測CO?置換CH?的動態(tài)過程。
低場核磁有一個特殊的優(yōu)勢：甲烷里的氫原子能產生核磁信號，而二氧化碳不能。利用這個特性，研究人員可以在驅替過程中實時觀測甲烷信號的減弱，從而判斷CO?的置換進度和效果。
2025年發(fā)表于《中國石油大學學報（自然科學版）》的研究正是采用在線可視化核磁共振技術，系統(tǒng)分析了壓力、溫度、注入量、含水飽和度及孔隙特征對甲烷解吸及置換的影響。這種“邊驅替邊看"的能力，是傳統(tǒng)方法做不到的。
第三，評估不同注入方式的增產效果。
有研究利用低場核磁和單軸壓縮測試，分析了不同超臨界CO?注入方式（循環(huán)注入和連續(xù)注入）對煤體孔隙結構和力學特性的影響。通過對比不同注入方式下T?譜的變化，可以判斷哪種方式對孔隙改造更有效、對力學性能影響更小。
低場核磁的獨特-價值
跟傳統(tǒng)方法比，低場核磁有幾個明顯的優(yōu)勢：
無損——同一塊巖心可以測壓前、壓中、壓后，數(shù)據(jù)可比性強。
定量——不是“有沒有"裂縫的定性判斷，而是孔隙度、孔容、滲透率的具體數(shù)值。
實時——可以追蹤置換過程中甲烷信號的動態(tài)變化，不是只看起點和終點。
原位——可以模擬儲層溫壓條件進行測試，結果更貼近真實情況。
從1500米的深層到10910米的超深層，深層煤層氣開發(fā)的難度是指數(shù)級上升的。深地塔科1井從地表到萬米用時279天，而從萬米到10910米卻耗時300多天。萬米深處最高溫達220攝氏度，壓力高達145兆帕。在這種環(huán)境下，超臨界CO?壓裂/置換瓦斯研究，核心問題始終是那三個——“壓沒壓開、換沒換掉、效果怎么樣"。
低場核磁技術通過T?弛豫譜的變化和甲烷信號的實時追蹤，讓這些問題有了直觀的答案——不靠猜、不靠等，直接看數(shù)據(jù)。
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