研究背景：

水鎖效應來源于油氣開發過程中，當鉆井液、完井液侵入石油儲集層后，造成近井壁處油氣相滲透率降低的現象。非常規致密儲層的開發，極大的依賴水力壓裂技術，而實踐表明，壓裂液的反排率通常很低。大量的壓裂液滯留在地層中引起了水鎖效應與賈敏效應（如圖1），造成了儲層傷害，這對非常規油氣的開發是極為不利的。

從國內外研究現在來看，在石油領域的水鎖效應研究較為成熟，主要體現在水鎖效應機理、產生原因及解除方法上。而且，水鎖效應的解除方法主要有兩種:①通過改變流體表面張力改變壓裂液性能;②改變巖體孔隙特征。

實驗方法：

實驗樣品采用的煤樣取自晉煤集團長平煤礦3煤層，樣品信息見下表。

利用NMR實驗（臺式核磁）共振儀對煤儲層水鎖效應的解除進行研究，具體步驟為：
1.首先將取自晉煤集團長平煤礦煤樣制備成直徑為25 mmx50 mm的圓柱形煤樣20份。
2.選擇12份煤樣，利用真空飽和裝置對12份煤樣干抽480 min，濕抽240 min，使煤樣完全飽和水，對12份飽和水煤樣分別進行核磁共振測試，反演T2分布。
3.將步驟2中核磁共振測試后的12份飽和水煤樣，利用高速離心機分別在轉速為1000一12000r/min條件下離心30 min。進行第2次核磁共振測試，反演T2分布，同時核磁共振巖心分析軟件計算得出T2截止值，BVI，FFI參數，研究孔隙負壓對煤層水鎖效應解除方法。
孔隙負壓是一種壓強的表現形式，可以用離心力與煤體內表面積的比值表示。通過壓汞實驗和CO2吸附測試，可以獲得煤樣內表面為130平方米每克，因此可以計算孔隙負壓。

實驗結果：

圖2為12份原煤樣NMR的T2分布圖，圖3為煤樣在不同離心機轉速離心后的T2分布。在不同離心機轉速條件下由核磁共振巖芯分析軟件計算得出的水鎖效應參數，見表2。

圖2. 飽和煤樣的T2分布

由圖2可知，對于12份原煤樣其內部孔徑分布特征基本相同。煤樣在不同轉速條件下離心后，如圖3所示，當離心機轉速從1000 r/min增加到7000 r/min過程中，第1弛豫峰逐漸降低，但基本保持穩定，第2弛豫峰和第3弛豫峰不變;當離心機轉速達到10000 r/min時，3個弛豫峰均明顯降低;當轉速繼續增加到12000r/min時，第1弛豫峰趨于穩定，第2弛豫峰和第3弛豫峰基本消失。

圖3. 不同離心轉速下的T2分布

由表2可知，在離心機轉速從1000 r/min逐次升高到12000 r/min時，煤樣所受的孔隙負壓從12.8Pa升高到1108.1Pa。T2截止值和BVI隨轉速的增加有降低趨勢，而FFI隨轉速的增加而增加。T2截止值、BVI和FFI隨轉速的變化趨勢如圖4,5所示，據此劃分出三個階段。

表2. 不同離心轉速下參數表

(1)穩定I階段:離心機轉速為0一7000 r/min，T2截止值保持在18.6 ms不變，BVI和FFI亦分別穩定在98%和2%。說明此時孔隙內部飽和水分含量基本沒有變化。此階段離心機轉速產生的離心力以及等效的孔隙負壓不足以使大孔隙的水分與煤體分離，更不會驅使小孔隙的水分向大孔隙流動，對煤樣中的水鎖效應沒有產生影響，水鎖效應沒有解除。若在煤礦井下實際抽采過程中，當煤層內的孔隙負壓小于360.9Pa時，煤層內的外來水會堵塞煤體孔隙，封鎖瓦斯流動通道，產生煤體水鎖效應。

(2)降低階段:離心機轉速為8000~10000 r/min，T2截止值從18.7 ms降低到10ms，在此階段，BVI降低，FFI增加。煤樣孔隙內的飽和水分含量開始變化，大孔隙的水分開始與煤體離，小孔隙的水分也開始向大孔隙移動，并且一部分小孔隙的水分經過大孔隙也與煤體分離。

(3)穩定II階段:離心機轉速為10000~12000 r/min。此階段煤樣孔隙內水分含量又趨于穩定，大孔隙內基本沒有水分的存在，而只有存在極微小孔隙內殘留的水分，此時T2截止值穩定在10 ms。在此階段，煤樣大孔隙內水分再不會減少，微小孔隙內殘余的水分也不會再與煤體分離。此時，對應的孔隙負壓為769.6Pa，即在井下煤層中的孔隙負壓為769.6Pa時，可以抽出大孔隙的水分，并且使小孔隙內水分通過大孔隙運移到煤層裂縫中，消除水分對煤層孔隙的封堵，解除瓦斯抽采過程中的煤層水鎖效應。

圖4. T2截止值隨離心轉速的變化

圖5. BVI值與FFI值隨離心轉速的變化

結論：

為提高煤層瓦斯抽采效果，提出利用NMR無損害測試水鎖效應的方法，從孔隙負壓角度對煤層水鎖效應解除方法進行實驗研究。結果表明:隨孔隙負壓的增加，核磁共振T2截止值可分為3個階段：穩定一降低一穩定階段。當煤層內的孔隙負壓小于360.9Pa時，煤層內的外來水會堵塞煤體隙，產生煤體水鎖效應;當孔隙負壓大于769.6Pa時，能夠消除水分對煤層孔隙的封堵，解除煤層水鎖效應。

參考文獻：

倪冠華,李釗,解宏超.基于核磁共振測試的煤層水鎖效應解除方法[J].煤炭學報, 2018,43(08):2280-2287.

紐邁小編:小Y. 本文更多實驗結果和結論