美國國家能源技術實驗室研究新方法以提升非常規油氣生產效率

美國國家能源技術實驗室（NETL）的研究人員正在採取重要步驟，以提升從非常規地層中回收石油和天然氣的生產效率。該方法重點在於回收已經通過水力壓裂進行初步開採的頁巖及其他緊密儲層中仍然被困住的大量石油和天然氣。通常在非常規地層中，僅有少量的地層碳氫化合物會被提取。雖然這項新研究可能有助於確保美國能夠獲得經濟、可靠和安全的能源。

根據 NETL 研究員安吉拉·古德曼（Angela Goodman）的説法，水力壓裂的初步回收率通常僅在 3%至 10%的石油和 5%至 30%的天然氣之間。她指出：「我們的任務是尋找安全且具成本效益的策略，以回收那些儲層中剩餘的更大比例的石油和天然氣。」

NMR 技術將提升石油和天然氣的回收效率

核磁共振光譜技術提供寶貴的幫助。研究團隊聲稱，NETL 團隊正在利用核磁共振（NMR）技術，通過測定孔隙度和小至 1 納米的孔隙大小分佈來量化地下岩心中的流體。NMR 還能夠通過區分不同黏度的流體，如水、氫、重油、輕油和天然氣，來識別岩心中的流體類型，並表徵岩石的濕潤特性，以確定該岩石對水、油、天然氣和二氧化碳（CO2）的親和力，從而促進石油和天然氣的回收。

NETL 研究員馬修·格林德（Matthew Grindle）表示：「我們首先將頁巖巖心浸泡在碳氫油中。碳氫浸泡的岩心中氫原子數量豐富。當岩心放置在 NMR 設備的磁場中時，氫核會與磁場對齊。」研究人員透露，隨後施加一個無線電頻率脈衝，暫時使核失去對齊。當脈衝關閉後，質子會慢慢返回其磁性對齊狀態，這一過程稱為「弛豫」。NMR 弛豫時間提供了有關原位孔隙度（岩石內部空隙的百分比，顯示其能容納多少水、油或氣體）、孔隙大小分佈、滲透性（流體在岩石中互聯孔隙流動的難易程度）及岩石流體飽和度的資訊。

研究人員還透露，NMR 設備能夠在壓力容器中分析岩心，以模擬地下的極端壓力（高達 10,000 psi）和 100 攝氏度的温度，並研究流體在這些條件下如何通過岩心流動。NETL 研究員洛倫·巴羅斯（Lauren Burrows）指出：「這種分析使得我們能夠測量初始的多相流體飽和度（如水、碳氫化合物等），並監測在注入新流體（如 CO2、天然氣、水和表面活性劑）以啟動石油回收過程中的流體飽和度變化。」

NMR 技術將被用於進行實驗，其中油飽和的岩心在高壓下保持，並注入天然氣、水、表面活性劑或 CO2，以完成稱為「huff-and-puff」的技術。在這些 huff-and-puff 實驗期間，數位掃描會生成三維地圖，顯示岩石中流體的分佈，並顯示注入的流體如何在岩石孔隙中移動油和水，包括在比人類頭髮寬度小數千倍的納米孔中的流體。