《International Journal of Coal Science & Technology》：Method and application of accurate determination of nano-pore adsorption thickness in shale oil reservoir
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目前尚无能够针对不同矿物组成的页岩纳米孔隙液膜厚度进行精准表征的方法。本研究通过对500 nm均质石英模型进行润湿改性，测量了不同压力梯度下的液膜厚度并建立实验表达式。基于实验结果，确立了纳米孔隙边界层厚度预测方法与吸附层厚度理论模型，并将其应用于四川盆地达安
目前尚无能够针对不同矿物组成的页岩纳米孔隙液膜厚度进行精准表征的方法。本研究通过对500 nm均质石英模型进行润湿改性，测量了不同压力梯度下的液膜厚度并建立实验表达式。基于实验结果，确立了纳米孔隙边界层厚度预测方法与吸附层厚度理论模型，并将其应用于四川盆地达安寨页岩。结果表明：所建立的实验方法可确定页岩纳米孔隙系统中的吸附层厚度；达安寨页岩吸附特征显示其黏土含量高、长石与方解石含量低，吸附层相对较厚；达安寨五种岩相组合的可动下限（流体流动的临界孔喉尺寸）确定为37–76 nm。该研究对提高页岩油/气地质储量(GIP)与可采储量(EUR)预测精度具有重要意义。
研究背景与意义
页岩油储层广泛发育纳米级孔隙，流体在孔隙壁面附近会形成由吸附层和边界层共同构成的液膜，其中吸附层流体呈类固态、不可流动，直接决定流体可动的最小孔喉尺寸，即临界孔喉流动下限(CPSF)。现有研究多依赖分子动力学模拟或微米级岩心实验，缺乏针对真实矿物组成、可在纳米流动条件下直接测定的动态实验方法，且模拟结果尚未得到实验验证，限制了页岩油地质与可采储量评估的准确性。为此，研究人员以四川盆地达安寨页岩为研究对象，建立了基于质量守恒原理的纳米孔隙液膜厚度实验测定方法，并优化了边界层与吸附层厚度的预测模型。
关键技术方法
研究采用500 nm均质光栅结构石英微观刻蚀模型，经润湿改性使其接触角接近真实页岩岩心；利用高精度微流泵、压力传感器及高速摄像系统记录流体在纳米通道内的入口与出口流速变化，结合质量守恒计算液膜厚度；通过电子显微镜与图像处理技术划分近壁区吸附层、过渡层与体相区；将三种等温吸附理论模型（Freundlich模型、Harkins-Jura公式、T曲线法）无量纲化并回归实验参数，实现吸附层厚度的理论预测；最后将实验与优化模型应用于达安寨五种岩相组合，结合氮气吸附、高压压汞与核磁共振实验分析矿物组成、孔隙结构与CPSF的关系。
研究结果
500 nm均质模型液膜厚度实验
实验发现，随驱替压力梯度增加，液膜厚度先快速减小后趋于稳定，分别对应边界层软化阶段与液膜固化阶段；稳定值即为吸附层厚度。在油接触角50°、黏度3.86 mPa·s条件下，模型CPSF为39.626 nm；流体由页岩油变为凝析气时，吸附层厚度下降47.37%。
边界层与吸附层厚度理论模型研究
对比多种边界层厚度计算方法，引入孔径、压力梯度与流体黏度的非线性表达式拟合效果最优；对三种等温吸附模型进行无量纲化处理与分段回归，修正后的Freundlich模型（F模型）参数稳定、误差最小，适用于实际页岩吸附层厚度预测。
不同润湿性模型实验与理论结果对比及应用
达安寨页岩划分为五种岩相组合，润湿改性模型可较好模拟其接触角与吸附力特征；多因素拟合与实验拟合的CPSF分别为39.514–83.588 nm与37.178–74.044 nm，平均范围为37–76 nm。吸附层厚度与黏土含量正相关，与长石、方解石含量负相关；有机碳含量与孔隙结构亦显著影响CPSF。分子动力学模拟进一步证实，伊利石对页岩油的吸附密度与作用力高于方解石，导致高黏土岩相吸附层更厚。
讨论与结论
本研究首次通过动态流动实验直接测定纳米孔隙吸附层厚度，解决了传统方法依赖模拟、无法反映真实矿物影响的局限。修正后的F模型可实现页岩吸附层厚度的简便、精准预测。达安寨页岩CPSF介于37–76 nm，受控于矿物组成、孔隙结构与有机质含量，其中高黏土、低长石–方解石组合吸附能力最强。研究成果显著提升了页岩油/气地质储量(GIP)与可采储量(EUR)的预测可靠性，并为压裂液与支撑剂适配性评价提供了理论依据。论文发表于《International Journal of Coal Science》。
