程秋洋，游利軍，康毅力，周 洋，徐潔明

（油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)，四川成都 610500）

中國擁有世界上最多的頁巖氣儲(chǔ)量，約為134×1012m3，目前已有13個(gè)省份正在開發(fā)頁巖氣，以滿足日益增長的能源需求［1］。頁巖儲(chǔ)層具有低孔低滲透的特點(diǎn)，其成功開發(fā)依賴水平鉆井、多級(jí)水力壓裂完井、創(chuàng)新壓裂等組合措施。通過向儲(chǔ)層注入壓裂液（清水、降阻劑、線性膠等），產(chǎn)生水力壓裂縫，溝通天然裂縫，形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，可為頁巖氣的產(chǎn)出創(chuàng)造高效滲流通道［2］。然而，受復(fù)雜的地質(zhì)條件和現(xiàn)有的水力壓裂技術(shù)影響，中國每口頁巖氣井對(duì)壓裂液的需求量為1.0×104～2.4×104m3，而壓裂液中90%以上為清水［3］。水力壓裂形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)可能為壓裂液的滯留提供了有利賦存空間和擴(kuò)散途徑，加之頁巖氣藏超低含水飽和度特性和水相強(qiáng)滯留效應(yīng)，導(dǎo)致大部分壓裂液（約70%～95%）滯留于地層［4］，通常會(huì)造成儲(chǔ)層損害，如水相圈閉損害，削弱水力壓裂的增產(chǎn)效果［5-6］。

水相圈閉損害機(jī)理主要為水相滯留和水相自吸［7］，影響水相滯留作用的主要因素包括儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、流體性質(zhì)和儲(chǔ)層壓力等；而由于頁巖具有黏土礦物含量高、可溶鹽含量高、天然裂縫和頁理發(fā)育等特點(diǎn)，頁巖儲(chǔ)層水相自吸行為與水-巖作用關(guān)系密切。目前，頁巖自吸過程中水-巖作用的研究主要集中在頁巖黏土礦物水化及產(chǎn)生的水合力［8］、高可溶鹽含量誘發(fā)的離子擴(kuò)散行為［9］和滲透水化應(yīng)力的表征［10］，以及對(duì)天然裂縫擴(kuò)展機(jī)理的解釋［11］和自吸誘發(fā)微裂縫現(xiàn)象的分析描述等方面［12］。黑色頁巖富含有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等還原環(huán)境沉積產(chǎn)物，在地表富氧條件下易被風(fēng)化、氧化，破壞巖層結(jié)構(gòu)并改變巖體力學(xué)性質(zhì)［13］；ANDERSON通過實(shí)驗(yàn)揭示了過氧化氫溶解延長組湖相頁巖中的有機(jī)質(zhì)，進(jìn)而提高其納米孔體積的積極作用［14］；CHEN等基于頁巖-氧化液相互作用實(shí)驗(yàn)，揭示了氧化作用對(duì)有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等的溶蝕效果，并利用壓汞、氮?dú)馕胶蛨霭l(fā)射電鏡等手段表征了過氧化氫對(duì)龍馬溪組海相頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的改變［15］。XU等研究指出，壓裂液中的溶解氧可能引起儲(chǔ)層黃鐵礦的氧化溶蝕，這對(duì)解釋壓裂液返排液的化學(xué)性質(zhì)有重要意義［16］。YOU等利用頁巖柱塞樣開展了蒸餾水、氧化液自吸對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證實(shí)氧化溶蝕作用誘發(fā)頁巖孔縫溶擴(kuò)效應(yīng)，提升了巖樣自吸勢［17］。MAKHANOV等實(shí)驗(yàn)指出，潤濕性影響的毛細(xì)管自吸不是主導(dǎo)頁巖自吸的唯一動(dòng)力，頁巖裂縫網(wǎng)絡(luò)、黏土礦物和滲透擴(kuò)散均對(duì)頁巖自吸有顯著影響［18-19］。然而，氧化溶蝕對(duì)頁巖巖石性質(zhì)（如潤濕性、可溶鹽析出）的影響，同時(shí)氧化過程中孔隙結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，均可能影響頁巖水相自吸行為。

為此，以四川盆地龍馬溪組頁巖露頭為研究對(duì)象，開展頁巖大尺度巖樣依次自吸蒸餾水、氧化液實(shí)驗(yàn)，通過頁巖柱塞巖樣氧化處理前后自吸蒸餾水對(duì)比實(shí)驗(yàn)，揭示氧化液自吸行為和特征，分析氧化溶蝕作用對(duì)頁巖自吸行為的作用機(jī)理，并討論氧化液對(duì)頁巖儲(chǔ)層水相圈閉損害自解除的重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)器材與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)儀器為自制的毛管自吸實(shí)驗(yàn)裝置［5-6］及德國Kruss液滴形狀分析儀。

實(shí)驗(yàn)巖樣選自四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁巖，大尺度巖樣尺寸為10.0 cm×15.0 cm×30.0 cm，柱塞巖樣包括基塊和裂縫2類，其參數(shù)見表1。其沉積環(huán)境為半深海-深海缺氧環(huán)境，巖性以炭質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖為主［20］。該頁巖樣品中石英平均含量為46.3%，長石為8.0%，黃鐵礦為2.6%，碳酸鹽礦物為10.7%，黏土礦物為32.4%；黏土礦物以伊利石和伊/蒙混層為主，伊利石含量為46.0%，伊/蒙混層為42.7%，高嶺石為11.3%；TOC值為3.73%～5.25%；易氧化組分包括黃鐵礦、碳酸鹽礦物和有機(jī)質(zhì)［15，17］。

表1 實(shí)驗(yàn)頁巖柱塞巖樣參數(shù)Table1 Parameter of experimental shale plugs

實(shí)驗(yàn)所用氧化液為蒸餾水和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氧化劑FDO-1配制而成。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

水力壓裂形成的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)包括2種裂縫類型：支撐劑與壓裂液填充的人工壓裂縫（初級(jí)裂縫）、僅有壓裂液填充的天然裂縫（次級(jí)裂縫）。水力壓裂及隨后的燜井過程，壓裂液往往從初級(jí)裂縫向次級(jí)裂縫以及基質(zhì)孔隙擴(kuò)散分布。

為模擬壓裂液從壓裂縫自吸進(jìn)入次級(jí)裂縫網(wǎng)絡(luò)的過程，制備頁巖大尺度巖樣，在室溫條件下依次端面接觸（浸沒深度為1 cm）自吸蒸餾水、氧化液實(shí)驗(yàn)。

為模擬壓裂液從裂縫自吸進(jìn)入基質(zhì)孔隙的過程，通過全浸泡逆流自吸的方式開展自吸實(shí)驗(yàn)，同時(shí)利用頁巖平行/垂直層理柱塞巖樣氧化前后自吸蒸餾水對(duì)比實(shí)驗(yàn)，揭示氧化作用對(duì)頁巖自吸行為的影響。其氧化處理方式為15%氧化液全浸泡72 h。

自吸過程持續(xù)對(duì)巖樣表面進(jìn)行拍照，利用自吸天平測量自吸量，通過計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)實(shí)時(shí)采集柱塞巖樣自吸數(shù)據(jù)［5-6］，自吸時(shí)間為240 h。每一次自吸前均利用烘箱在60 ℃恒溫條件下將巖樣干燥48 h。

利用德國Kruss液滴形狀分析儀測試基塊柱塞巖樣端面氧化溶蝕前后水潤濕接觸角。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 大尺度巖樣自吸蒸餾水、氧化液對(duì)比

由大尺度巖樣自吸蒸餾水的過程（圖1a）可以看出，水相優(yōu)先沿裂縫自吸，同時(shí)向裂縫附近基質(zhì)孔隙擴(kuò)散；自吸過程伴隨裂縫擴(kuò)展和新裂縫的產(chǎn)生，擴(kuò)大了水相的自吸分布范圍；此外，自96 h至240 h內(nèi)，陸續(xù)有白色析出物出現(xiàn)。由同一巖樣自吸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氧化液過程（圖1b）發(fā)現(xiàn)，大量白色可溶鹽沿裂縫析出，并伴有更顯著的裂縫擴(kuò)展現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)縫網(wǎng)密度更大，分析圖1b中0和240 h時(shí)大尺度巖樣表面白色可溶鹽的分布范圍可以發(fā)現(xiàn)，氧化液自吸分布范圍變大。

2.2 柱塞巖樣氧化前后水相自吸行為對(duì)比

圖1 自吸蒸餾水、氧化液后不同時(shí)間大尺度巖樣表面形態(tài)變化Fig.1 Shape changes of shale samples surfaces during imbibition of distilled water and oxidizing solution

為進(jìn)一步定量分析氧化液對(duì)頁巖自吸行為的影響，開展了頁巖柱塞巖樣氧化前后的水相自吸對(duì)比實(shí)驗(yàn)。首先，考慮氧化液中85%為蒸餾水，為排除蒸餾水與巖樣相互作用對(duì)自吸行為的影響，選取基塊柱塞巖樣H-1作為對(duì)照組，進(jìn)行了3次重復(fù)自吸蒸餾水實(shí)驗(yàn)，且每次實(shí)驗(yàn)之前均對(duì)巖樣進(jìn)行低溫烘干。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖2）表明，自吸量和自吸勢（自吸量與時(shí)間平方根比值）基本沒有變化，表明蒸餾水對(duì)此次研究使用的頁巖巖樣水相自吸行為幾乎無影響。然后，選取頁巖平行/垂直層理的柱塞巖樣（包括無肉眼可見縫、人造貫穿縫）開展氧化液浸泡處理前后自吸蒸餾水實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析其水相自吸行為的變化。觀察圖3可知，氧化后各柱塞巖樣截面的表面顏色明顯改變，由灰白色轉(zhuǎn)變?yōu)榈S色；而平行層理（H-3）與垂直層理（V-2）裂縫柱塞巖樣在氧化后均出現(xiàn)了裂縫擴(kuò)展行為。由自吸量隨時(shí)間變化曲線（圖4）可知，氧化前平行、垂直層理基塊柱塞巖樣水相自吸量分別為0.425 0和0.446 1 g，而氧化后增至0.490 0和0.497 8 g；裂縫柱塞巖樣水相自吸量分別為0.991 2和0.950 0 g，氧化后增加到1.088 6和1.066 9 g。氧化后所有巖樣的自吸量均高于氧化前，且基塊柱塞巖樣自吸量增長率比裂縫柱塞巖樣顯著；裂縫柱塞巖樣H-3與V-2自吸量增長率分別為9.8%和12.3%，基塊柱塞巖樣H-2與V-1分別為15.3%和11.6%。這4個(gè)巖樣自吸量隨時(shí)間變化曲線最終均趨于穩(wěn)定，表明巖樣含水飽和度達(dá)到最高，氧化作用擴(kuò)大了頁巖水相賦存空間。

圖2 頁巖柱塞基塊巖樣H-1蒸餾水自吸量與時(shí)間及時(shí)間平方根關(guān)系Fig.2 Relationship between imbibition masses and time/time square root of shale plug with matrix（H-1）

圖3 氧化液浸泡處理前后頁巖柱塞巖樣表面形態(tài)變化Fig.3 Shape changes of shale plug surface before and after oxidation

圖4 頁巖柱塞巖樣氧化前后自吸量與時(shí)間的關(guān)系Fig.4 Relationship between imbibition masses and time of shale plugs before and after oxidation

圖5 頁巖柱塞巖樣氧化前后自吸量與時(shí)間平方根的關(guān)系Fig.5 Relationship between imbibition masses and time square root of shale plug before and after oxidation

由自吸量與時(shí)間平方根的關(guān)系（圖5）可以發(fā)現(xiàn)，4塊柱塞巖樣氧化后自吸量均高于氧化前。利用自吸勢可以反映巖樣對(duì)液體的自吸能力這一特性［17-19］，可對(duì)巖樣氧化前后自吸能力變化進(jìn)一步表征。H-2和V-1基塊柱塞巖樣自吸量與時(shí)間平方根呈一次線性函數(shù)特征，其自吸勢提高率分別為8.26%和2.32%；由于裂縫柱塞巖樣自吸量與時(shí)間平方根關(guān)系呈二次函數(shù)特征，通過對(duì)擬合的二次函數(shù)求導(dǎo)，獲得自吸勢的一次函數(shù)關(guān)系式（圖6）。裂縫柱塞巖樣H-3和V-2氧化前后斜率曲線分別在時(shí)間平方根為2.57和2.67時(shí)出現(xiàn)交點(diǎn)，以此將曲線分為2個(gè)階段。由于實(shí)際條件下巖樣自吸趨于平衡時(shí)，自吸勢最終趨于0。在第一階段，氧化后斜率始終高于氧化前，分析圖6縱坐標(biāo)的截距（巖樣水相初始自吸勢）發(fā)現(xiàn)，氧化液使裂縫柱塞巖樣H-3初始自吸勢提高了22.5%，使裂縫柱塞巖樣V-2初始自吸勢提高了33.3%；而在第二階段，氧化后斜率逐漸低于氧化前，分析圖6橫坐標(biāo)的截距（巖樣水相自吸趨于平衡所需的時(shí)間）發(fā)現(xiàn)，氧化使裂縫柱塞巖樣H-3自吸平衡時(shí)間縮短13.68%，使裂縫柱塞巖樣V-2縮短20.23%。分析認(rèn)為，氧化液加速液體自吸填充頁巖內(nèi)孔隙空間，使巖樣相對(duì)提前達(dá)到最高含水飽和度。

圖6 頁巖裂縫柱塞巖樣自吸勢與時(shí)間平方根關(guān)系Fig.6 Relationship between spontaneous imbibition potential and time square root of shale plugs with fractures

3 討論與分析

3.1 氧化溶蝕提高頁巖水相自吸速率機(jī)理

基塊巖樣氧化后自吸勢均大于氧化前，通過對(duì)裂縫巖樣的自吸勢進(jìn)一步處理分析發(fā)現(xiàn)，巖樣氧化后自吸飽和時(shí)間縮短，即水相自吸速率提高。針對(duì)氧化溶蝕對(duì)自吸路徑的改善，從自吸動(dòng)力的角度探究了氧化溶蝕提高頁巖水相自吸速率的機(jī)理。

3.1.1 改善基質(zhì)孔徑分布

黏土礦物粒間孔和有機(jī)質(zhì)納米孔是頁巖基質(zhì)中最常見的孔隙類型［21］。按照孔徑尺寸可劃分為微孔（r≥0.75 μm）和納米孔（r＜0.75 μm），頁巖以納米孔為主［22］。頁巖有機(jī)質(zhì)孔孔徑為10～900 nm，無機(jī)質(zhì)粒內(nèi)孔孔徑為50～1 000 nm，粒間孔孔徑為10～20 μm［23］。RUPPERT等通過小角散射實(shí)驗(yàn)指出，水可以侵入頁巖孔徑為10 nm～10 μm的絕大多數(shù)孔隙［24］；KUILA等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，頁巖飽水法孔隙度與氮?dú)鉁y孔隙度十分接近，認(rèn)為水幾乎可以侵入頁巖所有納米孔［25］。頁巖水相自吸過程中，將微納米孔近似看作毛細(xì)管，水相滲吸的動(dòng)量平衡由毛細(xì)管力、黏性力、重力和慣性力共同決定［26-27］，其表達(dá)式為：

在毛細(xì)管力驅(qū)動(dòng)的自吸過程中，黏性力、重力和慣性力均是阻力。考慮到實(shí)際毛細(xì)管自吸特征和自吸階段的劃分，忽略慣性力和重力作用時(shí)，水相滲吸的動(dòng)量平衡式可表達(dá)為：

變形后可簡化為經(jīng)典的LW方程［28］：

進(jìn)一步計(jì)算可得出水相自吸距離對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，即自吸速率的表達(dá)式：

由于巖樣氧化前后自吸流體均為蒸餾水，假設(shè)潤濕接觸角、流體界面張力和流體黏度保持不變，則自吸速率與時(shí)間平方根呈一次線性函數(shù)關(guān)系?；贑HEN等研究不同時(shí)間（0～240 h）氧化后通過壓汞法測定的頁巖巖樣孔徑分布數(shù)據(jù)［15］，對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行敏感性分析（圖7），證實(shí)頁巖氧化溶蝕作用下孔徑的增加對(duì)頁巖基塊柱塞巖樣自吸速率的提高具有顯著影響。

圖7 孔徑變化對(duì)水相自吸速率的影響Fig.7 Effect of pore size on water imbibition rate

3.1.2 增強(qiáng)裂縫面水潤濕性

對(duì)于頁巖裂縫中的流體自吸，因裂縫通常為微米級(jí)，且水相在裂縫中流速較小，故忽略慣性力?？紤]裂縫和孔隙中流體流動(dòng)的差異，由（1）式推導(dǎo)出裂縫中水相自吸的動(dòng)量平衡方程為：

為方便計(jì)算，取裂縫與水平面傾角為0°，可得出裂縫中水相自吸距離和自吸速率的表達(dá)式分別為：

頁巖裂縫柱塞巖樣氧化前后自吸流體均為蒸餾水，故認(rèn)為流體界面張力和流體黏度保持不變，則潤濕性和裂縫寬度與自吸速率的平方呈正相關(guān)。

圖8 裂縫面水潤濕性變化對(duì)水相自吸速率的影響Fig.8 Effect of wettability of fracture surface on water imbibition rate

基于模型參數(shù)敏感性分析，圖8揭示了裂縫面的水潤濕性對(duì)自吸速率的影響。張曉怡通過測量黏土礦物含量相近、有機(jī)質(zhì)差異較大的龍馬溪組頁巖樣品的水潤濕接觸角發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)含量為2.5%的頁巖水潤濕接觸角為17.6°，而有機(jī)質(zhì)含量為4.1%的頁巖水潤濕接觸角高達(dá)53.8°［29］；ROYCHAUD?HURI等也發(fā)現(xiàn)頁巖水潤濕接觸角隨頁巖TOC值的增加而增大［30-31］。測量基塊柱塞巖樣H-2和V-1蒸餾水潤濕接觸角（圖9），發(fā)現(xiàn)氧化后巖樣水潤濕接觸角分別降低9.8°和9.1°，表明頁巖裂縫面疏水有機(jī)質(zhì)溶蝕（圖10）后，其親水性增強(qiáng)，平均自吸速率分別提高6.3%和6.0%。

圖9 頁巖氧化前后水潤濕接觸角變化Fig.9 Changes of water-phase contact angle of fracture surface before and after oxidation of shale samples

3.2 氧化溶蝕作用增加頁巖水相自吸量機(jī)理

氧化液浸泡處理后巖樣水相自吸量顯著提高，裂縫柱塞巖樣自吸量增長率為9.8%～12.3%，而基塊柱塞巖樣自吸量增長率相對(duì)更高，為11.6%～15.3%；自吸氧化液較蒸餾水分布范圍擴(kuò)大。通過分析模型參數(shù)的敏感性發(fā)現(xiàn)（圖11，圖12），孔徑（潤濕性）改變對(duì)提高基質(zhì)孔隙（裂縫）自吸距離影響顯著。氧化溶蝕作用誘發(fā)大量微米級(jí)裂縫，氮?dú)馕綔y試表明巖樣氧化24 h后納米級(jí)孔隙平均孔徑從4.9 nm增至6.9 nm，壓汞數(shù)據(jù)顯示孔隙體積從0.015 cm3/g增至0.079 cm3/g［15］；YOU等壓汞法測試了經(jīng)足量30%和15%氧化液處理48 h的川東龍馬溪組露頭頁巖巖樣，發(fā)現(xiàn)巖樣孔隙度分別提高了40.1%和35.4%［17］。本文選用的龍馬溪組頁巖巖樣，在經(jīng)10%～15%過氧化氫處理10 d后，碳酸鹽礦物和黃鐵礦幾乎完全溶解，同時(shí)有機(jī)質(zhì)去除率高達(dá)87.5%［15］。分析認(rèn)為，氧化溶蝕對(duì)頁巖的物質(zhì)凈移除作用，擴(kuò)大了水相賦存空間，增加了水相自吸量。

另外，頁巖儲(chǔ)層可溶鹽含量高，部分非常規(guī)儲(chǔ)層地層水礦化度達(dá)到入井壓裂液礦化度的6倍之多，美國Bakken地區(qū)頁巖氣井返排液中的可溶固相達(dá)200 000 mL/L［33］。蒸餾水自吸過程大量白色可溶鹽沿頁巖裂縫析出，而氧化液自吸過程加劇了可溶鹽的溶解析出（圖1），同時(shí)在微觀尺度下，也發(fā)現(xiàn)大量白色可溶鹽析出物附著在巖樣表面［15，17］。滯留在頁巖孔縫中的可溶鹽溶解析出，可能為水相賦存提供了空間。

圖10 掃描電鏡下頁巖氧化前后礦物溶蝕情況原位觀察（據(jù)文獻(xiàn)［32］修改）Fig.10 FESEM situ observation of mineral dissolution before and after oxidation（Revised from Reference［32］）

圖11 孔徑變化對(duì)水相自吸距離的影響Fig.11 Effect of pore size on water imbibition distance

圖12 裂縫面潤濕性變化對(duì)水相自吸距離的影響Fig.12 Effect of wettability of fracture surface on water imbibition distance

此外，頁巖屬于烴源巖，烴源巖中絕大部分有機(jī)質(zhì)與黏土礦物結(jié)合在一起，高比表面積的黏土礦物決定了85%的有機(jī)質(zhì)富集，一般以有機(jī)黏粒復(fù)合體形式存在［34-35］。BURFORD等研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)復(fù)合體除去被黏土復(fù)合的有機(jī)質(zhì)后，黏土表面積會(huì)增加［36］。氧化液自吸進(jìn)入頁巖內(nèi)部，與有機(jī)黏粒復(fù)合體反應(yīng)，有機(jī)質(zhì)被氧化分解，增大了黏土礦物與水接觸面積，促進(jìn)黏土礦物晶層通過滲透擴(kuò)散作用吸收水分子，觸發(fā)黏土礦物水化，導(dǎo)致頁巖過度吸水［34，37-38］。

3.3 氧化溶蝕促進(jìn)裂縫水相圈閉損害自解除機(jī)理

頁巖氣井體積壓裂規(guī)模越大，壓裂縫溝通天然裂縫后形成的縫網(wǎng)面積越大，吸水量越多［39］。在頁巖氣井水力壓裂過程中，壓裂液在正壓差、毛細(xì)管力和黏滯力作用下滲吸進(jìn)入儲(chǔ)層深處，往往導(dǎo)致裂縫面附近的含水飽和度較高（圖13a）；而返排過程中，隨未支撐裂縫開度的減小和返排壓差的逐漸降低，若無法克服以毛細(xì)管力和黏滯力為主的返排阻力，水相將無法排除而永久滯留裂縫（圖13b），進(jìn)而降低裂縫的氣體傳質(zhì)能力，影響氣體傳輸［40-41］。

圖13 氧化壓裂液促使儲(chǔ)層水相圈閉自解除示意Fig.13 Diagram of self-release of water phase trap damage promoted by oxidative fracturing fluid in shale gas reservoirs

有學(xué)者認(rèn)為，燜井期間的水相滲吸擴(kuò)散，促使頁巖裂縫水相圈閉自解除：燜井過程中毛細(xì)管力主導(dǎo)的自吸行為，使裂縫中滯留的水相向基質(zhì)孔隙（主要是水潤濕的孔隙和黏土孔隙）中擴(kuò)散分布，從而降低裂縫內(nèi)水相飽和度，增加裂縫的相對(duì)滲透率，表現(xiàn)為產(chǎn)氣量增加伴隨產(chǎn)水量減少［42］。水相圈閉自解除主要機(jī)理為微裂縫擴(kuò)張和壓裂液擴(kuò)散，其主要控制因素為水相自吸作用下微裂紋新增能力和微納米孔隙液體吸收能力［43］。

考慮頁巖氧化對(duì)加速滯留壓裂液擴(kuò)散分布、轉(zhuǎn)換水相賦存位置的積極作用，以及協(xié)同水化作用誘發(fā)的孔縫溶擴(kuò)效應(yīng)［44-46］，提出通過使用氧化壓裂液促進(jìn)頁巖儲(chǔ)層水相圈閉自解除思路：通過氧化性壓裂液沿主裂縫網(wǎng)絡(luò)滲吸進(jìn)入次級(jí)裂縫和頁巖基質(zhì)孔隙，氧化溶蝕黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)等組分，協(xié)同水化作用誘發(fā)大量溶蝕孔縫并促進(jìn)可溶鹽析出，為水相擴(kuò)散分布提供空間；在此基礎(chǔ)上，氧化溶蝕作用加速壓裂液擴(kuò)散分布，從而快速有效降低主裂縫的含水飽和度，使裂縫水相圈閉損害得以自解除，釋放更多裂縫空間，改善頁巖氣的產(chǎn)出通道。此外，氧化壓裂液沿裂縫面向基質(zhì)孔隙的擴(kuò)散分布，將擴(kuò)大氧化誘發(fā)孔縫溶擴(kuò)范圍（圖13c，13d），從而實(shí)現(xiàn)水相圈閉解除與儲(chǔ)層納米尺度基質(zhì)改造并舉的效果，進(jìn)一步提升頁巖氣體傳輸能力。

4 結(jié)論

氧化溶蝕作用對(duì)頁巖組分的物質(zhì)凈移除效應(yīng)，擴(kuò)大了水相賦存空間，增加了自吸量；氧化溶蝕作用改善頁巖基質(zhì)孔徑分布、增強(qiáng)裂縫面水潤濕性和誘發(fā)溶蝕孔縫，降低自吸前緣含水飽和度，協(xié)同提高了水相自吸速率，加速了水相擴(kuò)散分布；氧化溶蝕作用轉(zhuǎn)換頁巖中水相賦存位置、加速滯留壓裂液擴(kuò)散分布，促進(jìn)頁巖氣藏裂縫網(wǎng)絡(luò)水相圈閉自解除，并協(xié)同水化作用誘發(fā)孔縫溶擴(kuò)，對(duì)提升頁巖氣體傳輸能力具有重要意義。

符號(hào)解釋

g——重力加速度，m/s2；

h——自吸距離，cm；

h′——自吸距離對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；

hf——裂縫中流體自吸距離，cm；

h′f——裂縫中流體自吸距離對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；

hp——孔隙中流體自吸距離，cm；

——孔隙中流體自吸距離對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；

r——孔隙半徑，nm；

t——自吸時(shí)間，h；

w——縫寬，μm；

γ——流體界面張力，mN/m；

θ——潤濕接觸角，（°）；

μ——流體黏度，mPa·s；

ζ——毛細(xì)管或裂縫與水平面的傾角，（°）；

ρ——自吸流體密度，g/cm3。