纳米孔缝下压裂液对页岩中甲烷运移的影响

王海燕， 郭丽梅， 胥云， 刘萍， 管保山， 吴家全， 薛延萍

（1.中国石油勘探开发研究院，北京 065007；2.天津科技大学化工与材料学院，天津 300457）

水基压裂液对页岩压裂进行体积改造已经得到广泛应用，其返排率低，一般在10%～60%[1-3]。页岩气的成藏机理显示页岩气主要分布在干酪根和黏土矿物缝隙中，以纳米孔径为主[4]。研究工作者在进行大量研究后认为干酪根及黏土矿物对甲烷的吸附是吸附气存在的场所，游离气存在于较大缝隙中[5-7]，解决了页岩气存在方式问题。压裂液进入地层，渗透作用滞留在纳米页岩中无法返排，必然会与甲烷及页岩发生某种方式的作用。笔者以川南区块为研究目标，主要岩心取自威远，长宁和昭通，采用室内吸附解吸实验及现场数据与文献纳米环境中分子动力学模拟结果相结合，研究了滞留在地层纳米孔缝中水对页岩气开采的影响，为天然气开采提供理论支撑和指导。

1 实验材料及方法

1）实验材料。甲烷，纯度≥99.99，华元气体化工公司，BY-1活性炭天津大学。

2）吸附解吸实验方法。取0.18 mm页岩100 g，加入蒸馏水300 mL，搅拌均匀，室温放置48 h，离心脱水，取离心后岩心按照参考文献[8]中的方法进行。

2 结果与讨论

2.1 甲烷在水中溶解机理

甲烷为非极性气体，一般认为不溶于水，但从天然气成藏机理可以看出[9]，天然气在一定条件下在水中溶解度较大。溶解机理为：甲烷分子小，可以填充在水分子链空隙间，压力因素起主导作用，溶解度与压力呈正相关；另外，甲烷可以与水形成水合物，温度起主导作用，溶解度与温度呈负相关。……