渤海湾盆地页岩与清洁压裂液相互作用的热力学及位点能量分布研究：对页岩气开采的启示

本文通过实验研究了清洁压裂液（clean fracturing fluids）对渤海湾盆地页岩组分、孔隙结构及CH4吸附性能的影响，揭示了压裂液浓度升高导致黏土矿物含量降低、页岩表面出现–CH2不对称伸缩振动峰（2921.77 cm?1），并阐明了处理后页岩的比表面积减小、CH4吸附位点能量分布异质性增强等机制，为页岩气高效开采提供了理论依据。

　　

Highlight

清洁压裂液与页岩的相互作用会显著改变页岩孔隙结构。Sun等通过X射线衍射（XRD）、77K氮气吸附（N₂ adsorption）和CH₄等温吸附实验发现，经清洁压裂液处理72小时后，四川盆地龙马溪页岩比表面积和孔隙体积减小，但孔隙表面粗糙度增加且结构更规则。Wang等则观察到压裂液侵入会导致页岩发生静态离子吸附，从而降低孔隙度。

Conclusions

清洁压裂液处理后，页岩中Si、Al、Fe等元素含量显著降低，而K元素增加。黏土矿物和碳酸盐矿物（如方解石、白云石）含量随压裂液浓度升高呈梯度下降。红外光谱在2921.77 cm^?1处出现新的–CH₂振动峰，表明压裂液组分在页岩表面发生化学吸附。处理后页岩的CH₄吸附能力在低压区降幅较小，而高压区降幅加剧，位点能量分布（SED）显示高/低能吸附位点数量均减少，暗示压裂液使页岩表面能量分布更趋异质化。