深层页岩气（埋深3500-4500 m）是我国页岩气增储上产的战略接替领域，其资源量占页岩气总资源量的65%以上。然而，水力压裂开发过程中大量压裂液滞留于页岩储层内部，显著影响气体运移与产能发挥。压裂液在页岩基质中的渗吸行为不仅决定返排效率和水锁损害程度，还直接影响页岩气井的长期产能表现。由于深层页岩储层具有超低渗透率、高温高压以及复杂纳米孔隙结构等特点，其渗吸机理及控制因素尚缺乏系统认识。因此，开展深层页岩渗吸行为研究，对揭示压裂液滞留机制、优化压裂液体系设计和提高深层页岩气开发效率具有重要科学意义。

近期，中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室沈伟军等联合中国石油勘探开发研究院等单位，针对深层页岩气压裂液渗吸行为开展了系统研究，以我国典型深层页岩为对象，综合运用低场核磁共振开展了不同矿化度、离子类型、压力和温度条件下的页岩渗吸实验，结合COMSOL Multiphysics平台，建立了考虑毛细压力和相对渗透率效应的两相渗流相场模型，实现了深层页岩孔隙尺度渗吸过程的数值模拟与实验验证。研究表明，深层页岩的渗吸曲线呈现“快速自吸－过渡－缓慢扩散”三阶段特征，但其渗吸能力系数远小于中浅层页岩，归因于深层页岩中以非膨胀性伊利石为主的黏土矿物组成，导致水湿性较弱、水敏性低。实验与模拟结果一致表明，高矿化度NaCl溶液及K+相较于Na+均显著抑制渗吸行为，其中K+因水化能低、与黏土层静电作用强，抑制作用更为突出。压力、温度与渗吸量呈现非单调变化特征，存在最优作用区间，压力约20MPa、温度约40℃时页岩渗吸能力达到峰值，继续升压升温会造成孔隙压缩闭合，进而削弱渗吸效果。该研究系统揭示了深层页岩储层压裂液滞留和渗吸运移机制，建立了适用于深层页岩孔隙尺度渗吸过程的两相流数值模型，为深层页岩气储层压裂液优化设计、水锁损害控制及高效开发提供了重要理论依据和技术支撑。

图1 不同温压条件下W3岩样T2谱分布对比

图2 不同压力条件下渗吸数值模拟流体分布

图3 Energy & Fuels期刊封面

相关研究成果以“Experimental Investigation and Numerical Modeling of Imbibition Behavior in Deep Shale Gas Reservoirs”为题发表于能源领域国际权威期刊Energy & Fuels（2026, 40(16): 12336-12349），并入选Energy & Fuels期刊封面论文（2026, 40(16)），力学所沈伟军为论文第一作者和通讯作者。研究工作得到了新型油气国家科技重大专项（2025ZD1403006）、国家自然科学基金（12172362）、中国科学院国际伙伴计划（025GJHZ2023048FN）、中国科学院青年创新促进会（12092023024）和中国科学院力学研究所优秀青年人才A类计划（ESZ00402）等项目联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6c01513.