页岩油气藏具有低孔隙度、低渗透性的特点，因此，页岩油通常是通过水力压裂人工增产页岩地层。一旦基质的裂缝密度得到提高，建立了石油流向井筒的有效途径，自发渗吸就成为细粒页岩采油的重要机制。自发渗吸过程是指主要在毛细管力，特别是对于孔喉较小的非常规页岩油和煤层气藏，毛细管力效应突出。因此，了解自发渗吸过程中油流的机制具有重要意义。一般认为，自发渗吸行为主要受润湿性和孔隙结构。润湿性是指某种流体在多种不混溶流体存在下在固体表面上的膨胀趋势。页岩的成分很复杂，包括亲脂性和亲水性成分，如矿物质和有机物。因此，页岩的润湿性通常分为三种类型：水润湿、中性（混合）润湿和油润湿，目前，岩石润湿性有多种测量方法，如阿莫特润湿性指数或美国矿业局润湿性指数、毛细管压力法、浮选法、核磁共振法，等。由于不同方法之间的检测原理和样品要求不同，很难对检测结果进行有效的比较，而这些方法通常对整体页岩进行评估，而缺乏对页岩中不同孔隙润湿性的系统研究。因此，需要进一步改进以准确评价页岩的润湿性。此外，页岩储层微观孔隙结构是评价页岩储层的基础研究之一，主要包括孔隙形态、不同孔径及其相互连通性等参数，这些参数是决定页岩油运移的关键因素。
图1.页岩动态自吸水（W 代表水，左图）和油（O 代表油，右图）核磁T2谱。
在本研究中，选择了三种类型的岩相页岩，以及核磁共振 （NMR）、N2采用吸附法 （NP）、注汞孔隙度法 （MICP） 和岩石热解法研究了动态水自发渗吸过程中页岩油的流动机理和剩余分布。结果表明：I.型页岩中的微孔以墨瓶状为主，具有弱水湿性，而中孔和大孔类则表现出弱油湿;II 型页岩的微孔主要为窄狭缝状，该型页岩除大孔外呈弱水湿性，而 III 型页岩的微孔主要为平行板状孔隙，所有孔隙均表现出弱水湿和混湿。水的贡献 （MnCl2解决方案）对页岩油采收率的吸收率很高，范围从 27.5% 到 55.5% 不等，主要是由于微孔的贡献。微孔和大孔的利用率相对较高（分别为平均 79% 和 86%），而中孔的利用率最低。页岩油在微孔中的回收率与石英、长石和粘土矿物呈正相关，并且与小于 10 nm 的孔喉控制的孔隙体积成正比。此外，弱水湿或混湿的微孔对页岩采收率有显著影响。基于以上因素，提出了页岩油自发渗吸作用下的流动机理：MnCl2溶液进入亲水性微孔，并驱动微孔中的油进入亲脂性中孔。这部分油可利用微孔两侧的毛细管压差，通过中孔传递到微裂缝并排出;总结了I.型页岩吸水后剩余油的分布规律，为湖相页岩油的勘探开发提供了理论支撑。
图2.自发渗吸前后页岩孔隙中的油水分布
研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊Geoenergy Science and Engineering。受国家自然科学基金中国国家自然科学基金（41830431）和山东省科学技术厅省级重点研发专项资金（2020ZLYS08)资助.论文第一作者和通讯作者分别为中国石油大学（华东）地球科学与技术学院博士生林子智和胡钦红教授合作者包括中国石油大学（华东）尹娜、杨升宇，中石化胜利油田刘惠民、晁静。
论文信息：Zizhi Lin, Qinhong Hu*, Na Yin*, Shengyu Yang, Huimin Liu, Jing Chao,, 2024, Nanopores-to-microfractures flow mechanism and remaining distribution of shale oil during dynamic water spontaneous imbibition studied by NMR Geoenergy Science and Engineering, https://doi.org/10.1016/j.geoen.2024.213202
