水作为能源地质储层中最为重要的流体之一，对油气开采、地下水利用、地热开发、放射性核废料储存、二氧化碳封存、地质储气等应用方面极为关键。因此，了解不同相态的水在地质储层中的赋存状态和控制因素对以上多个应用方面有指导作用。本文以美国德克萨斯州Bossier页岩为研究对象，通过自发渗吸和水蒸气吸附结合核磁共振、动态水蒸气吸附、衬度对比-小角中子散射技术、（超）小角X射线散射等多种先进技术，对页岩的孔隙结构及流体运移进行了深入研究。
衬度对比-小角中子散射显示，在自发渗吸的条件下，1-200nm亲水孔占据了总孔隙的28.7-72.6%。核磁共振结果显示，在自发渗吸和水蒸气吸附两种情况下，随着时间的推移，水首先填充小孔，再填充大孔。在高湿度情况下，水蒸气吸附虽然比自发渗吸吸水速度慢，但仍然有大量的水被吸入。
图1衬度对比-小角中子散射结果，(A) X-14079, (B) X-14095, (C) X-14113, (D) X-14125, (E) X-14153, (F) X-14183, (G) X-14199. WTR（亲水孔-总孔比例）
图2两个样品的T2核磁共振曲线（A和C，自发渗吸；B和D，水蒸气吸附）
同时本研究还对岩石的孔隙结构表征进行优化，结合（超）小角X射线散射和高压压汞两个实验方法对页岩的孔径-孔喉比进行刻画。发现在Bossier页岩中孔径-孔喉比差别较大，最小为1.65，最大为19.4。同样体积的流体流过孔喉-孔径比20的样品要比1.5的样品流动177倍的距离。
研究成果发表中科院一区Top期刊Fuel上。论文第一作者为中国石油大学（华东）地球科学与技术学院讲师王齐鸣，通讯作者为胡钦红教授，合作作者为中国石油大学（华东）赵晨、张存剑，中国散列中子源马长利、程贺等。中国石油大学（华东）深层油气全国重点实验室为第一署名单位。该研究获得国家自然科学基金青年基金及中央高校基本科研业务费专项资金资助及美国阿贡国家实验室、中国散列中子源、上海同步辐射光源等单位的技术支持。
论文信息： Wang, Q., Hu, Q., Zhao, C., Zhang, C., Ilavsky, J., Yu, l., Ma, C., Cheng, H., Li, X., Zhang, Y., Kuzmenko, I., Zhang, T., 2025. Integrated experimental studies of pore structure and fluid uptake in the Bossier Shale in eastern Texas, U.S.A. Fuel, 384, 133926. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.133926
