前言

致密氣作為一種重要的非常規(guī)資源，對于未來油氣產(chǎn)量增長至關(guān)重要，特別是在實現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”的背景下。然而，此類儲層通常具有物性差、非均質(zhì)性強、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜且連通性有限的特點，給開發(fā)帶來了巨大挑戰(zhàn)。

水力壓裂雖已被證明是開發(fā)致密氣藏的有效技術(shù)，但壓裂液侵入儲層基質(zhì)后會導(dǎo)致滲透率損害，其中最常見的形式之一是水鎖損害。壓裂液在孔隙中的滯留會形成水鎖，改變束縛流體與自由流體的比例，導(dǎo)致流體流動性下降，從而嚴(yán)重降低產(chǎn)能。進行及時有效的返排對于減輕此類損害至關(guān)重要。

現(xiàn)有研究在表征壓裂液損害方面存在局限性。例如，掃描電鏡（SEM）分析缺乏對孔隙結(jié)構(gòu)演化的系統(tǒng)研究，CT技術(shù)則受限于分辨率和樣品要求，難以捕捉細(xì)微變化。核磁共振大多數(shù)現(xiàn)有研究依賴一維NMR T?譜，它只能粗略區(qū)分“自由流體”和“束縛流體”，信號存在重疊，這導(dǎo)致對水鎖損害的評價存在顯著誤差。此外，現(xiàn)有實驗普遍缺乏不同返排壓差下的動態(tài)數(shù)據(jù)，難以揭示壓差增加驅(qū)動流體驅(qū)替并緩解水鎖損害的連續(xù)過程。

基于以上問題，本案例綜合運用一維NMR T?譜和二維NMR T?-T?譜，旨在開發(fā)一種多尺度孔隙-流體表征方法，以精確識別不同含氫物質(zhì)，量化不同孔隙尺度的水鎖損害程度，并揭示其動態(tài)調(diào)控機制，從而為優(yōu)化壓裂返排提供科學(xué)依據(jù)。

科研案例：Characteristics of fracturing fluid water blocking damage in tight gas reservoirs based on two-dimensional NMR T ₁ –T₂ [1]

樣品信息

巖樣

三塊砂巖，孔隙類型以粒間孔和溶蝕孔為主，粘土礦物主要為高嶺石和伊利石；

模擬地層水

CaCl?型，礦化度27,200 mg/L；壓裂液體系為胍膠壓裂液，pH值范圍為7–10。

實驗設(shè)備

低場核磁共振：PQ001（蘇州紐邁分析儀器股份有限公司）

實驗方案

1.將巖心在烘箱中干燥24小時，隨后抽真空并用地層水飽和24小時，測量孔隙度。

2.以0.5 MPa壓力注入N?，直至出口不再有液體產(chǎn)出，建立初始?xì)馑植紶顟B(tài)。

3.在模擬地層溫度（80 °C）下，以0.05 mL/min的速率反向注入壓裂液，直至注入10倍孔隙體積，隨后關(guān)閉進出口，浸泡12小時。

4.設(shè)置N?返排壓差為2 MPa，持續(xù)注氣直至出口無液體產(chǎn)出，進行NMR測試。

5.改變巖心類型與返排壓差（4、6、8 MPa），重復(fù)步驟1–4。

6.利用NMR T?和T?-T?譜圖確定流體分布并量化水鎖程度，分析水鎖損害特征并揭示其機理。

實驗分析

實驗結(jié)果分析主要圍繞一維NMR T?譜和二維NMR T?-T?譜對壓裂液水鎖損害的表征展開，從孔隙尺度、流體賦存、水鎖機制等方面進行了系統(tǒng)分析。

01

通過整合高壓壓汞與NMR T?譜，確定了三類儲層巖心的轉(zhuǎn)換系數(shù)，并將孔隙劃分為微孔（T? < 0.25 ms）、中孔（0.25 ms ≤ T? < 5.41 ms）和大孔（T? ≥ 5.41 ms）。

02

NMR T?譜顯示三類巖心均呈雙峰分布，左峰幅度高于右峰，表明中孔和微孔是壓裂液的主要滯留空間，且隨著儲層物性從I類到III類變差，左右峰幅度差異愈發(fā)明顯。

隨著返排壓差增大，巖心的NMR曲線均向左偏移，幅度下降，表明中孔和大孔中壓裂液滯留顯著減少。

1號巖心核磁共振弛豫譜

03

基于干樣、水飽和及離心狀態(tài)的T?譜，確定了儲層中含氫物質(zhì)的邊界值，并在T?-T?譜上劃分出強結(jié)合區(qū)（區(qū)域i）、束縛流體區(qū)（區(qū)域ii）和自由流體區(qū)（區(qū)域iii），建立了含氫物質(zhì)分布圖。

1號巖心 T₁–T₂含氫物質(zhì)分布

04

在返排過程中，T?-T?譜信號變化直觀反映了流體滯留情況：2 MPa時區(qū)域iii信號消失，表明大孔中壓裂液幾乎完全返排；6 MPa時區(qū)域ii信號左移，中孔和大孔內(nèi)流體明顯減少；最終階段區(qū)域i和ii成為主要滯留區(qū)，微孔中水信號依然強烈，表明強結(jié)合水是微孔中永久水鎖的主要原因。

1號巖心不同壓力下二維T₁–T₂譜

05

通過對二維核磁信號的統(tǒng)計，對三組樣品不同孔隙尺度的水鎖損害進行分析：

大孔：水鎖程度最低，2 MPa時顯著下降，8 MPa時分別降至13.44%、25.86%、26.40%。

中孔：初期滯留量大，4 MPa時水鎖程度分別為38.68%、38.96%、36.37%，返排后中孔水鎖變化最顯著，降幅達83.33%、80.01%、76.82%。

微孔：水鎖程度最高，最終分別達66.74%、39.90%、47.14%，降幅僅為31.83%、60.05%、52.64%，表明微孔可能產(chǎn)生長期或永久性水鎖損害。

小結(jié)

大孔中壓裂液滯留最少，毛細(xì)管力弱，連通性好，易于返排，水鎖損害低。

中孔是流體滯留的主要區(qū)域，但毛細(xì)管力弱于微孔，仍可通過提高返排壓差有效回收。

微孔中孔喉細(xì)小，強毛細(xì)管力和賈敏效應(yīng)共同作用，使壓裂液難以排出，特別是與粘土礦物強結(jié)合的水，是永久性水鎖的核心原因。

總體而言，微孔和中孔是壓裂液的主要滯留區(qū)，而提高返排壓差可有效降低中孔和大孔的水鎖損害，但對微孔作用有限。

核磁共振二維技術(shù)能夠有效分辨一維NMR T?譜中重疊的氫信號，實現(xiàn)了對含氫物質(zhì)的精確分類和識別，能夠直觀地觀測孔隙發(fā)育程度和流體滯留情況，為定量評估不同孔隙尺度的水鎖損害提供了關(guān)鍵依據(jù)。

推薦設(shè)備

大口徑核磁共振成像分析儀

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參考文獻：[1] Xiao-Hang Li, Hui Gao, Yong-Gang Xie. et al. Characteristics of fracturing fluid water blocking damage in tight gas reservoirs based on two-dimensional NMR T1–T2. Petroleum Science[J]. 23 (2026).