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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(zhì)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(chǎn)的主戰(zhàn)場。
在深層煤層氣開發(fā)中，超臨界CO?壓裂技術(shù)正成為一條備受關(guān)注的技術(shù)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(zhì)學報》的綜述文章系統(tǒng)總結(jié)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(chǎn)生熱應(yīng)力。
中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)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(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)的微納米孔隙中。CO?分子對煤基質(zhì)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(shù)開展了超臨界CO?驅(qū)替煤層氣物理模擬試驗。結(jié)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(qū)替"三位一體技術(shù)。
問題來了：效果怎么評價？
技術(shù)再好，也得知道效果怎么樣——裂縫有沒有真正打通？孔隙結(jié)構(gòu)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(qū)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(nèi)部的真實變化。巖心驅(qū)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(guān)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(diào)整空間極其有限。
低場核磁：直接“看"儲層內(nèi)部的變化
低場核磁共振技術(shù)（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(zhì)子信號。不同大小的孔隙里，氫質(zhì)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(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)、流體分布和賦存狀態(tài)。
低場核磁能做什么？三個關(guān)鍵應(yīng)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(shù)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(jié)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(qū)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(shù)，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(qū)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)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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