前沿应用 | 基于二维核磁T1-T2的致密气藏压裂液水锁损伤特征研究

前言

致密气作为一种重要的非常规资源，对于未来油气产量增长至关重要，特别是在实现“双碳目标”的背景下。然而，此类储层通常具有物性差、非均质性强、孔隙结构复杂且连通性有限的特点，给开发带来了巨大挑战。

水力压裂虽已被证明是开发致密气藏的有效技术，但压裂液侵入储层基质后会导致渗透率损害，其中最常见的形式之一是水锁损害。压裂液在孔隙中的滞留会形成水锁，改变束缚流体与自由流体的比例，导致流体流动性下降，从而严重降低产能。进行及时有效的返排对于减轻此类损害至关重要。

现有研究在表征压裂液损害方面存在局限性。例如，扫描电镜（SEM）分析缺乏对孔隙结构演化的系统研究，CT技术则受限于分辨率和样品要求，难以捕捉细微变化。核磁共振大多数现有研究依赖一维NMR T₂谱，它只能粗略区分“自由流体”和“束缚流体”，信号存在重叠，这导致对水锁损害的评价存在显著误差。此外，现有实验普遍缺乏不同返排压差下的动态数据，难以揭示压差增加驱动流体驱替并缓解水锁损害的连续过程。

基于以上问题，本案例综合运用一维NMR T₂谱和二维NMR T₁-T₂谱，旨在开发一种多尺度孔隙-流体表征方法，以精确识别不同含氢物质，量化不同孔隙尺度的水锁损害程度，并揭示其动态调控机制，从而为优化压裂返排提供科学依据。

科研案例：Characteristics of fracturing fluid water blocking damage in tight gas reservoirs based on two-dimensional NMR T ₁ –T₂ [1]

样品信息

岩样

三块砂岩，孔隙类型以粒间孔和溶蚀孔为主，粘土矿物主要为高岭石和伊利石；

模拟地层水

CaCl₂型，矿化度27,200 mg/L；压裂液体系为胍胶压裂液，pH值范围为7–10。

实验设备

低场核磁共振：PQ001（苏州纽迈分析仪器股份有限公司）

实验方案

1.将岩心在烘箱中干燥24小时，随后抽真空并用地层水饱和24小时，测量孔隙度。

2.以0.5 MPa压力注入N₂，直至出口不再有液体产出，建立初始气水分布状态。

3.在模拟地层温度（80 °C）下，以0.05 mL/min的速率反向注入压裂液，直至注入10倍孔隙体积，随后关闭进出口，浸泡12小时。

4.设置N₂返排压差为2 MPa，持续注气直至出口无液体产出，进行NMR测试。

5.改变岩心类型与返排压差（4、6、8 MPa），重复步骤1–4。

6.利用NMR T₂和T₁-T₂谱图确定流体分布并量化水锁程度，分析水锁损害特征并揭示其机理。

实验分析

实验结果分析主要围绕一维NMR T₂谱和二维NMR T₁-T₂谱对压裂液水锁损害的表征展开，从孔隙尺度、流体赋存、水锁机制等方面进行了系统分析。

01

通过整合高压压汞与NMR T₂谱，确定了三类储层岩心的转换系数，并将孔隙划分为微孔（T₂ < 0.25 ms）、中孔（0.25 ms ≤ T₂ < 5.41 ms）和大孔（T₂ ≥ 5.41 ms）。

02

NMR T₂谱显示三类岩心均呈双峰分布，左峰幅度高于右峰，表明中孔和微孔是压裂液的主要滞留空间，且随着储层物性从I类到III类变差，左右峰幅度差异愈发明显。

随着返排压差增大，岩心的NMR曲线均向左偏移，幅度下降，表明中孔和大孔中压裂液滞留显著减少。

1号岩心核磁共振弛豫谱

03

基于干样、水饱和及离心状态的T₂谱，确定了储层中含氢物质的边界值，并在T₁-T₂谱上划分出强结合区（区域i）、束缚流体区（区域ii）和自由流体区（区域iii），建立了含氢物质分布图。

1号岩心 T₁–T₂含氢物质分布

04

在返排过程中，T₁-T₂谱信号变化直观反映了流体滞留情况：2 MPa时区域iii信号消失，表明大孔中压裂液几乎完全返排；6 MPa时区域ii信号左移，中孔和大孔内流体明显减少；最终阶段区域i和ii成为主要滞留区，微孔中水信号依然强烈，表明强结合水是微孔中永久水锁的主要原因。

1号岩心不同压力下二维T₁–T₂谱

05

通过对二维核磁信号的统计，对三组样品不同孔隙尺度的水锁损害进行分析：

大孔：水锁程度最低，2 MPa时显著下降，8 MPa时分别降至13.44%、25.86%、26.40%。

中孔：初期滞留量大，4 MPa时水锁程度分别为38.68%、38.96%、36.37%，返排后中孔水锁变化最显著，降幅达83.33%、80.01%、76.82%。

微孔：水锁程度最高，最终分别达66.74%、39.90%、47.14%，降幅仅为31.83%、60.05%、52.64%，表明微孔可能产生长期或永久性水锁损害。

小结

大孔中压裂液滞留最少，毛细管力弱，连通性好，易于返排，水锁损害低。

中孔是流体滞留的主要区域，但毛细管力弱于微孔，仍可通过提高返排压差有效回收。

微孔中孔喉细小，强毛细管力和贾敏效应共同作用，使压裂液难以排出，特别是与粘土矿物强结合的水，是永久性水锁的核心原因。

总体而言，微孔和中孔是压裂液的主要滞留区，而提高返排压差可有效降低中孔和大孔的水锁损害，但对微孔作用有限。

核磁共振二维技术能够有效分辨一维NMR T₂谱中重叠的氢信号，实现了对含氢物质的精确分类和识别，能够直观地观测孔隙发育程度和流体滞留情况，为定量评估不同孔隙尺度的水锁损害提供了关键依据。

推荐设备

大口径核磁共振成像分析仪

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参考文献：[1] Xiao-Hang Li, Hui Gao, Yong-Gang Xie. et al. Characteristics of fracturing fluid water blocking damage in tight gas reservoirs based on two-dimensional NMR T1–T2. Petroleum Science[J]. 23 (2026).