0 引言
随着中国能源需求持续增长与“双碳”目标的推进，深部煤层气（埋深大于2 000 m）作为清洁能源的战略价值日益凸显。鄂尔多斯盆地东部等区域的勘探结果显示，深部煤层气资源潜力巨大，但其高储层温度（大于50 ℃）、高储层压力（大于15 MPa）、低水平应力差（小于4 MPa）、高游离气占比（大于20%）及高地层水矿化度（大于10×104 mg/L）的特征[1-4]，显著区别于中浅部煤层。目前，大规模水力压裂已成为深部煤层气开发的核心技术，但现场实践表明，压裂液滤失率高、气井产能衰减快等问题突出，严重制约了开发效益[3-5]。究其原因，深部煤层压裂液渗吸行为与中浅部煤层存在本质差异，低矿化度压裂液侵入含高矿化度溶液储层后，多物理场耦合作用下引发复杂的离子迁移、润湿性演变及气体解吸—扩散过程，而传统基于中浅部煤层的渗吸理论难以精准描述这一机制。当前研究多聚焦于压裂液-煤孔隙的毛细管效应与润湿性调控[6-8]，对深部环境下流体矿化度动态响应机制的研究仍存在不足。一方面，深部煤层中黏土矿物（如高岭石、伊利石）与碳酸盐的溶解释放大量离子，导致压裂液化学组分持续演化[9]，进而改变孔隙内流体的润湿性和渗流路径，但高矿化度条件下煤表面润湿性的动态响应规律尚未揭示；另一方面，针对砂岩、页岩和煤等储层的研究发现，超高矿化度储层水与低矿化度压裂液形成的渗透压差，可能成为驱动流体渗吸或阻碍返排的“隐形”作用力[5,10 -11]，然而溶质浓度差所诱导的渗透驱动力在煤储层孔喉体系中的具体作用机制及对产出的影响规律尚未被揭示。此外，储层与压裂液间的矿化度梯度对CH4竞争吸附与扩散的调控机制尚未明晰，压裂液化学组分与气体解吸效率间的定量关联也亟待建立。以上因素导致深部煤层压裂液优化设计及降压返排工艺设计缺乏理论支撑，制约了深部煤层气高效开发技术革新。
针对上述问题，本文以鄂尔多斯盆地大宁—吉县区块深部8#煤为研究对象，通过多尺度实验手段系统解析压裂液渗吸—返排全周期的气-液-固相互作用机理。通过核磁共振动态监测渗吸体积与离子扩散的非同步特征，结合电导率测量、接触角测量与扫描电镜观察等揭示矿化度对润湿性的调控规律。设计渗透压差驱动下的渗吸—返排模拟实验，阐明流体矿化度梯度对CH4置换效率与扩散能力的双重影响规律。研究成果可以完善深部煤层气开发的渗吸动力学理论框架，并为基于矿化度差异的压裂液体系设计与工程优化提供理论指导。
1 实验设计
1.1 接触角测量
采集鄂尔多斯盆地东部8#煤的钻孔岩心样品（埋深2 405 m，镜质体反射率（Ro）2.76%），制备2 cm×2 cm标准煤光片，抛光消除表面粗糙度差异。煤岩样品基础参数为：镜质组含量82.5%，惰质组含量12.5%，矿物含量5.0%，孔隙度3.13%，渗透率0.054×10－3 μm2。采用蒸馏水对样品进行多次洗盐处理，以去除煤样中初始盐分对分析结果的影响。基于研究区煤层气井排采水的水质分析结果，采用蒸馏水分别配制低矿化度（3 320.06 mg/L）、中矿化度（33 200.60 mg/L）和高矿化度（332 006.00 mg/L）3种实验流体。3种流体均依据排采水真实离子组成（Na+、Ca2+、Mg2+、K+、Cl-、HCO3-等）按组分比例配制，其中高矿化度流体为原排采水，具体配制方案参见文献[5]。采用座滴法测量上述3种流体，不同质量分数NaCl、MgCl2、CaCl2溶液，以及不同温度下蒸馏水、25%NaCl溶液在煤表面的静态接触角，研究压裂液矿化度对深部煤润湿行为的调控机理。
1.2 自发渗吸与离子迁移模拟实验
从原始钻井取心样品中钻取尺寸为25 mm×50 mm的标准柱状岩心，用于自发渗吸与离子迁移模拟实验。首先将未作洗盐等处理的岩心样品在105 ℃下干燥48 h，然后置于蒸馏水中开展自发渗吸实验。渗吸过程中间歇性取出煤样，利用Oxford GeoSpec 12/53低场核磁共振仪测定横向弛豫时间（T2）谱。T2谱中，P1峰代表微孔（小于10 nm）、P2峰为中孔（10~100 nm）、P3峰为大孔（大于100 nm）[12]，据此定量分析不同大小孔隙内渗吸体积随时间的变化规律。
渗吸实验过程中，同步采集渗吸容器中的液相样品，经滤膜过滤后，分析溶液中主量阳离子及微量元素浓度变化，并以一定的取样间隔时间测定液相电导率和矿化度，分析渗吸过程中离子迁移动力学规律。
此外，从原始岩心（未作洗盐等处理）中切割边长为2 cm的块样，使用场发射扫描电镜对块样进行观察，结合能谱分析标记特征点；随后将块样置于50 mL的超纯水中密封浸泡10 d；确保水-煤反应充分后，将块样在105 ℃下干燥48 h，再次进行场发射扫描电镜观察和能谱分析。通过对比煤样在渗吸前后的孔裂隙变化规律和煤中矿物的溶解、溶蚀特征，系统分析渗吸过程中矿物-流体相互作用机制。
1.3 压裂液渗吸—返排模拟实验
设计3组模拟实验，利用核磁共振T2谱实时监测渗吸—返排过程中的渗吸体积变化，揭示不同矿化度梯度条件下流体在煤储层中的动态迁移行为。
A组实验用于模拟低矿化度压裂液侵入含高矿化度溶液储层的过程，类比深部煤储层。将洗盐后的干燥煤样分别浸入低矿化度（3 320.06 mg/L）、中矿化度（33 200.60 mg/L）和高矿化度（332 006.00 mg/L）多组分盐溶液中，渗吸饱和后分别代表含低矿化度溶液储层、含中等矿化度溶液储层和含高矿化度溶液储层。采用蒸馏水作为渗吸液，模拟低矿化度压裂液侵入不同矿化度储层的过程，分析渗透压差对滤失的驱动效应。
B组实验用于模拟高矿化度压裂液侵入含低矿化度溶液储层的过程，类比浅部煤储层。采用蒸馏水渗吸饱和的煤样代表含极低矿化度溶液储层，分别浸入前述低、中、高3种矿化度水溶液（代表压裂液）中，观察渗透压差对流体返排的抑制现象。
C组为置换效应验证实验。采用重水（无核磁信号）代替A组实验中的蒸馏水，先将洗盐后的干燥煤样分别浸入中、高矿化度重水溶液中，渗吸饱和后分别代表含中、高矿化度溶液储层。采用纯重水作为渗吸液，模拟低矿化度压裂液侵入含中、高矿化度溶液储层时，重水对微孔内中、高矿化度流体的动态置换过程，结合电导率变化表征离子迁移路径。
1.4 “压裂液-煤-气”体系耦合实验
为模拟水力压裂全生命周期的液-煤-气体系作用规律，设计Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4组降压解吸实验。利用核磁共振T2谱实时监测整个实验过程中CH4含量的变化规律。采用核磁共振区分不同相态CH4的方法详见文献[13]。
Ⅰ组：将煤样放入核磁夹持器中，保持有效应力在2 MPa，先进行1，2，3，4，6 MPa下的CH4吸附实验，利用核磁共振实时监测吸附阶段CH4赋存状态的演化；待吸附平衡后，进行降压解吸实验，同时采用核磁共振分析解吸效果。
Ⅱ组：先在4 MPa下使煤样达到CH4吸附平衡，然后使用ISCO泵注入无核磁信号的纯重水，模拟低矿化度压裂液渗吸过程，利用核磁共振监测渗吸置换过程中CH4含量和赋存状态的变化；渗吸完成后再次进行降压解吸实验，同时采用核磁共振分析解吸效果。
Ⅲ组和Ⅳ组：采用重水配制两种不同矿化度重水溶液，替换Ⅱ组中的纯重水，模拟高矿化度压裂液渗吸过程，Ⅲ组为中矿化度重水溶液，Ⅳ组为高矿化度重水溶液。除压裂液矿化度差异外，Ⅲ组和Ⅳ组的其他实验细节与Ⅱ组相同。
在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组实验中，通过核磁共振实验结果计算渗吸置换率（即置换量与初始量的比值，根据CH4衰减峰面积计算流体对气体的竞争吸附量）和返排扩散系数（降压后分析CH4有效扩散系数），定量表征“水锁”效应及解吸增效机理。
2 结果与讨论
2.1 压裂液矿化度对深部煤润湿行为的调控机理
深部煤层的润湿性受储层水矿化度的影响显著且复杂，是决定压裂液渗吸效率与气体解吸能力的关键界面属性。接触角测量对比实验结果表明，当压裂液矿化度从3 320.06 mg/L增至332 006.00 mg/L时，煤表面接触角由73.2°逐渐增大至85.6°（见图1a），即矿化度升高导致流体疏水性增强（接触角增大）。因此，压裂液侵入地层后，煤的润湿行为并非静态特征，而是随液相矿化度演变而动态变化。
压裂液矿化度对煤表面润湿性的调控高度依赖于压裂液中离子的种类、价态和温度。单价阳离子（如Na+）主要通过压缩煤表面双电层提高疏水性；二价阳离子（如Ca2+、Mg2+）除压缩双电层外，还可通过络合作用与煤中羧基、羟基等含氧官能团结合，动态屏蔽极性位点，显著削弱亲水能力[14]。Ma等[15]通过分子动力学模拟进一步揭示，Ca2+和Mg2+倾向于锚定在煤表面含氧官能团附近，其水合壳层与煤基质间的排斥力降低，促使液相接触线回缩。此外，高价阳离子可通过诱导煤表面电荷反转加剧疏水效应[14]。本文实验发现，随着质量分数的增加，NaCl、MgCl2、CaCl2溶液在煤表面的接触角均逐渐增大，相同质量分数下，含Ca2+和Mg2+溶液在煤表面的接触角比含Na+溶液高（见图1b）；盐溶液在煤表面的润湿性受温度条件的线性约束（见图1c）。可见，压裂液侵入煤储层过程中，可通过矿物溶解重构与官能团活化机制，实现对煤-水-气三相润湿状态的调控。
2.2 深部煤储层压裂液自发渗吸诱导的离子迁移机制
原始深部煤样蒸馏水自发渗吸实验结果表明，当含高矿化度溶液的深部煤储层与低矿化度压裂液（采用蒸馏水来模拟）接触时，孔隙毛管压力驱动渗吸，强烈水-煤作用导致煤中矿物或盐类溶解，引起溶液电导率和矿化度的显著增高（见图2a），同时引发复杂的离子扩散或迁移响应。
在渗吸初期（见图2a中的斜率Ka1段），压裂液在毛管压力驱动下迅速渗入煤体孔隙网络，其渗吸速率较快，溶液中发生显著的离子交换作用，水迅速溶解煤中矿物及原始盐分（如NaCl、CaCl2），导致液相中Ca2+、Na+、Li+、Hg2+等离子浓度显著上升，电导率与矿化度增加。核磁共振T2谱显示，微孔（小于10 nm，见图2b中的P1峰）因其较高的毛管压力主导了液体的早期渗透，而纳米孔隙的高比表面积进一步加快了可溶盐分的释放。然而，在初始阶段，由于水相间连通性较差，部分由水-煤反应生成的离子被困于低流动性区域，无法及时释放至自由液相中。因此，整个离子交换并不十分迅速，表现为电导率和矿化度增加速度不快（见图2a中斜率Ka1和Kb1段）。随着渗吸持续进行，煤样含水饱和度逐步提升，水相连通性显著增强，促使前期“被困”离子与新生成离子同步扩散；同时，水与煤基质接触面积扩大，也进一步促进了矿物界面的反应过程，离子迁移速率明显跃变，表现为电导率和矿化度增加速度显著变大（见图2a中斜率Ka2和Kb2段）。此后，水在煤中的渗吸速度逐渐变慢，孔隙水相趋于稳定。相应地，孔隙水的浓度梯度减弱，离子扩散速率明显下降，整体进入相对“缓释放”阶段（见图2a中斜率Ka3和Kb3段）。
储层流体矿化度的动态变化会显著影响煤表面的界面性质，进而反向调控渗吸行为。例如，矿物在渗吸过程中不断溶解，释放Ca2+、Mg2+等高价阳离子，这些离子通过压缩煤表面的双电层增强疏水性。接触角测量实验表明，当NaCl质量分数从5%增加至25%时，煤表面接触角上升约12.3°（见图1b），表明矿化度升高抑制了后续压裂液的渗吸能力。矿化度对润湿性的调控并非瞬时完成，而是呈现明显的阶段性：渗吸初期（0~41.5 h），离子吸附主导润湿性快速调整，高渗透压差促使压裂液迅速侵入大孔隙网络，优先充填连通性较好的孔裂隙，该阶段渗吸速率较快；渗吸中期（41.5~81.5 h），随着渗吸深度增加，矿化度梯度逐渐减弱，渗透压差下降，毛管压力主导的微孔渗吸占比提升，但渗吸速率显著放缓；渗吸后期（81.5~238.5 h），润湿性逐渐趋近准稳态，渗透压差趋于动态平衡，矿物溶解、次生沉淀和煤骨架损伤等耦合效应成为主导，其渗吸速度逐渐变平缓。
此外，上述渗吸与离子扩散过程会伴随显著的水-煤反应，并引起煤结构和孔裂隙的变化。一方面，煤中方解石和钠长石矿物表面出现蜂窝状溶蚀孔洞，而高岭石矿物发生溶蚀，且分解的颗粒分散在高岭石周围，存在明显的迁移行为（见图2c）。另一方面，渗吸过程中分解的高岭石颗粒在带电离子的吸附下发生二次沉淀，Ca2+、Mg2+、Ba2+与S2-等离子的释放也可能引发化学沉淀反应，堵塞孔隙喉道，降低有效渗吸率。值得指出的是，这些微观结构的动态演化不仅改变了孔隙连通性，也为离子的持续迁移提供了新的通道。
矿化度对深部煤润湿行为的调控是多尺度、多机制耦合的复杂过程，其核心在于矿物溶解-离子吸附-界面重构的动态竞争。压裂液自发渗吸诱导的离子迁移机制可概括为“渗吸驱动溶解→离子分异迁移→孔喉动态响应”的链式过程。该多尺度协同作用不仅影响煤储层的渗吸行为，还可能调控压裂液在孔裂隙网络中的赋存状态与扩散路径。
2.3 渗透压差驱动渗吸与返排效应
A、B、C这3组渗吸—返排模拟实验指示了低矿化度压裂液进入含高矿化度溶液储层和高矿化度压裂液进入含低矿化度溶液储层两种情形下的渗吸与返排效应。
低矿化度压裂液侵入含高矿化度溶液储层时（A组实验），打破了煤样原有的渗吸平衡，压裂液侵入后再次发生渗吸，核磁共振T2谱表现为P1峰的信号幅度持续增加（见图3b—图3d），且随着浓度差的增大，渗吸量增幅愈加显著（见图3a）。这表明，当注入压裂液矿化度低于储层水矿化度时，渗透压差成为压裂液自发渗吸的重要驱动机制。渗透压差的建立促使煤样迅速渗吸蒸馏水，蒸馏水的再次渗吸稀释了孔隙中的高矿化度流体，提高了孔隙的亲水性和表面张力，从而增加了孔隙毛管压力。因此，在渗透压差与毛管压力的协同作用下，低矿化度流体的渗吸过程被显著强化。随着离子扩散逐步达到平衡，渗透压差趋于消失，毛管压力亦恢复至新的稳定状态，渗吸过程随之终止。
渗透压差的本质是两相流体化学势梯度导致的非平衡态驱动效应。当矿化度差异显著时（如压裂液矿化度小于5×104 mg/L，储层水矿化度大于30×104 mg/L），压裂液与储层水的活度比会驱动水分子自发迁移至高活度区域（即储层水侧），促进低矿化度流体向储层内运移。当压差主导时，估算理论渗透压可达18~25 MPa，其量级与纳米孔中毛管压力相当（如在接触角70°、界面张力0.035 N/m、直径2 nm的孔隙中毛管压力约为24 MPa）。值得指出的是，深部煤层水具有天然的高矿化度特征，而常规活性水基压裂液相对于储层则为极低矿化度体系。因此，推断渗透压差为深部低渗煤层渗吸的主导驱动力，也是加剧压裂液滤失和导致较低返排率的主因。
将高矿化度压裂液注入含低矿化度溶液储层时（B组实验），不同矿化度压裂液注入同样会扰动原有的润湿平衡，导致流体运移行为表现出明显的差异，且差异性主要取决于孔隙内外的初始浓度（矿化度）差。当矿化度差较小（3 320.06~33 200.60 mg/L）时，核磁共振T2谱中P1峰位置呈左右波动，但整体渗吸体积变化不显著（见图4a—图4d）；当矿化度差进一步增大至332 006.00 mg/L时，孔隙内流体出现由储层内向外运移趋势，表现为微孔中的渗吸体积明显下降（见图4e—图4f）。推断在高矿化度压裂液注入含低矿化度溶液储层时，渗透压差对自发渗吸过程具有抑制效应。具体而言，孔隙内流体倾向脱离毛管压力的约束，发生反向迁移。基于上述观察，提出“临界浓度差阈值”定义，当孔隙内外浓度差超过该阈值时，渗透压差起主导作用，诱导孔内流体向外释放。从工程角度来看，渗透压差对压裂液表现为一种“反压”阻力，会减少压裂液的滤失、增加返排率，但同时也会增加压裂施工的最大泵注压力，这种情况在浅部煤层采用高矿化度压裂液压裂时可能存在。
C组实验采用重水替代A组实验中的蒸馏水，来研究低矿化度压裂液侵入含高矿化度溶液储层后流体的扰动行为。因为C组实验中的重水没有核磁共振信号，所以最终监测的T2谱为原始储层的水信号变化。渗吸达到平衡后渗吸体积减小，而液相电导率和矿化度分别增加了120.40 mS/cm和60.20 mg/L，表明在毛管压力与渗透压差共同驱动下，重水进入孔隙系统，并依赖较强的润湿能力置换部分原始较高矿化度流体（见图5a、图5b）。相对而言，对于含高矿化度溶液储层，核磁共振T2谱信号先呈下降、右移趋势，随后又出现升高和进一步右移，对应渗吸体积经历“先减后增”的双阶段变化（见图5a、图5c）。这表明，重水侵入过程中，初期流体运移受高矿化度盐水主导，表现为反渗吸与再分布行为；而在中后期，随着自发渗吸持续进行，先前被驱替出的流体逐步重新返回渗入到煤孔隙中。这是因为，相对于含中矿化度溶液储层，含高矿化度溶液储层经一定时间渗吸后，在储层和流体间仍存在一定渗透压差和较强的毛细管效应，进而导致“再渗吸”的发生。这也是极高矿化度储层压裂液较难返排的主要原因。
综上所述，在深部煤层压裂过程中，渗透压差是驱动压裂液自发渗吸与返排的核心物理化学机制。渗透压差不仅控制了流体在孔喉结构中的运移方向、速率与空间分布，还显著影响压裂液的滤失行为、返排效率及储层改造效果。值得指出的是，不同浓度条件下渗透压差机制具有显著的方向性与阶段性差异：低矿化度压裂液侵入含高矿化度溶液储层时，渗透压差协同毛管压力强化渗吸；而在高矿化度压裂液侵入含低矿化度溶液储层的情况下，则可能反向抑制渗吸，削弱毛管压力的正向驱动，有利于返排液量的提高。因此，系统认识渗透压差主导下的流体动态行为，对于提升深部煤层压裂效率、优化压裂液配方及实现精准控滤返排，具有重要的理论意义与工程指导价值。
2.4 流体矿化度对CH4解吸—扩散的影响
2.4.1 不同矿化度流体促解吸效应
图6a为不同压力下甲组煤岩心样品CH4吸附过程的核磁共振T2谱。根据Yao等[13,16]的研究，图6a中的P1峰反映吸附态CH4含量，是本文研究的重点。因此将P1峰的核磁信号量与压力的关系转换成图6b，即为该煤样的CH4等温吸附曲线。图6c—图6e分别为注入纯重水、中矿化度重水溶液和高矿化度重水溶液前后煤样中CH4的核磁共振T2谱变化，可见注入流体后水会置换CH4并导致部分CH4从煤表面解吸。进一步统计分析了3种不同矿化度流体注入后CH4的置换率，如图6f所示。显然，虽然注入3种不同矿化度流体后均会促进CH4的解吸，但矿化度越低其置换效率越高，渗吸驱替平衡时，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组的置换率分别为23.13%，11.05%，2.46%。
综合上述分析，流体矿化度通过协同调控压裂液自发渗吸能力与H2O-CH4竞争吸附强度，在多尺度上决定了置换过程的演化路径。随着离子浓度的提高，压裂液对CH4的解吸促进作用逐步减弱，这是解释其置换效率随矿化度升高而下降的关键物理化学机制。
2.4.2 不同矿化度流体调控CH4扩散的机理
流体矿化度不仅决定压裂液的渗吸能力与置换效率，也对储层中CH4的扩散路径与速率产生显著影响。在上述不同矿化度流体渗吸置换平衡后，在统一压降条件下开展降压解吸操作。根据低场核磁共振原理及前人对CH4赋存状态的划分可知[13,16]，干燥煤样及含不同矿化度流体的煤样均表现出相似解吸演化趋势：微孔中吸附态CH4逐渐解吸并向游离态转化，在核磁共振T2谱中表现为P1峰信号的持续下降与轻微左移（见图7a、图7c、图7e、图7g）。这一变化归因于在压降梯度驱动下，微孔中吸附态CH4含量显著减少，使T2分布整体向短T2区间移动。但比较发现，含高矿化度重水溶液的煤样与干燥煤样类似，CH4解吸量在初期（200 min前）出现了快速增加阶段（见图7b、图7h），但含纯重水煤样和含中矿化度重水溶液煤样在初期（200 min前）没有出现快速增加阶段，这一现象表明孔隙中纯重水和中矿化度流体对CH4扩散存在不同程度的阻滞效应。
由图7也可以发现，至解吸平衡时，纯重水置换平衡后煤样中CH4解吸量最少，信号量为130.767，其次为含中矿化度重水溶液煤样和含高矿化度重水溶液煤样，而干燥煤样中CH4的解吸量最多，信号量为325.138。这说明矿化度越低对解吸的阻滞效应越强，煤中高矿化度水对气体解吸的影响较小。
润湿性受矿化度调控的最终效应体现在气体解吸效率上。高矿化度诱导的疏水性增强可减少孔隙水膜对CH4扩散的阻隔，同时压缩双电层释放更多吸附位点。核磁共振原位监测显示，矿化度由3 320.06 mg/L增至33 200.60，332 006.00 mg/L时，CH4有效扩散系数提高约4.27倍和19.52倍[17]，但若矿化度过高，润湿性波动叠加孔隙堵塞风险可能导致气测渗透率下降。此外，非均质润湿条件会改变气水两相流动机理：高矿化度区域形成的疏水通道可降低气-水界面张力，诱发气泡聚集并形成连续气流优势通道，提升气体相对渗透率；而低矿化度区域仍以毛管压力束缚的分散气态存在，形成微观“气锁”。
综合以上分析，流体矿化度通过“宏观渗吸饱和度控制-孔隙结构水桥封堵-界面润湿调控-分子尺度扩散路径优化”这一多尺度耦合机制，系统地调控煤储层中CH4扩散行为。
2.5 深部煤层流体矿化度对流体赋存与分配控制机制及工程启示
以深部含高矿化度溶液煤层为例，低矿化度压裂液侵入地层后可分为压裂液侵入阶段（水驱气）与返排阶段（气驱水）（见图8）。在侵入阶段，压裂液扰动原有储层化学平衡，大量离子随自发渗吸进入液相体系，诱发矿物溶解-沉淀、离子交换、吸附-解吸以及氧化还原等多种界面反应[22--2422-24]，导致流体体系成分发生显著变化，返排液浓度逐渐升高（见图8a）。一方面，离子的外向扩散会增强局部的离子水合效应，使水分子被离子束缚而难以在煤表面形成稳定连续的吸附水膜，从而对压裂液在孔隙中的润湿性和毛细驱动力产生“离子抑制效应”。该效应削弱了压裂液的界面亲水性和毛细吸入能力，使其在煤孔隙中的侵入深度、CH4置换效率均明显下降，表现为压裂液渗吸—置换能力随矿化度升高而持续减弱（见图8b、图8c）；另一方面，伴随流体迁移释放的高岭石、煤粉等细颗粒在离子作用下聚集成团，易在稳压阶段沉积于孔裂结构中，形成次生堵塞带，阻碍压裂液返排和煤层气的渗流。
如前所述，水锁和渗吸都是毛管压力作用下的流体吸入过程。水锁一般是外力驱动下的强制吸入（如压裂），吸入的水堵塞了流道，不利于气体扩散渗流；而渗吸是毛管压力自发驱动的吸入，吸入的水置换出了气体并疏通了流道，有利于气体扩散渗流。水锁主要存在于裂隙和大孔道中，而渗吸主要发生在基质孔隙中。从压裂增产的角度来看，要尽量避免水锁而促进渗吸。
压裂液矿化度对煤层气开采效率也有一定影响。一方面，直接注入低矿化度压裂液虽有利于远端渗吸，实现储层的“保压保能”，同时实现置换与释放甲烷的目的，但也存在不利于构建高强度裂缝网络的问题；而单独使用高矿化度流体虽能扩展压裂范围，也利于提高返排率，但整体渗吸达到储层远端且置换煤层气的效果不足，降压排采阶段“以水带气”的能量不足，会影响初期产气量。基于此，结合不同矿化度流体的优势，提出“高—低矿化度序贯注入”的压裂液调控策略：压裂初期使用高矿化度前置液，提升液体稳定性，此时毛管压力是阻力，可加入一定的表面活性剂促进裂缝扩展增加改造体积；压裂后期注入中矿化度携砂液或低矿化度顶替液，增强其在微孔中的自发渗吸能力，扩大压裂液覆盖范围并提升游离气释放比例，提高煤储层内部“以水带气”的立体波及范围。
在返排阶段，随着压裂液矿化度因溶解作用逐渐升高（接近储层水活度），初始渗透压差驱动效应减弱甚至反转。如图8d所示，低矿化度压裂液所受的孔壁毛管压力相对于压降返排阶段气体的产出为阻力；而高矿化压裂液所受的孔壁毛管压力为动力，所以高矿化度压裂液相比低矿化度压裂液易返排。在实际煤层气井生产中，可通过提高降压幅度来加速返排，因此相较于煤层气产量来讲，返排难易本身并非最终评价指标，其工程意义在于对后续产气效率的影响。
假设采用“高—低矿化度序贯注入”的压裂液调控策略，由于后期补充低矿化度压裂液的强亲水性，导致这些液体通过渗吸进入煤储层深部的微孔内，会置换孔壁的甲烷。这部分渗吸作用在储层远端主要发生于孔壁而不是孔喉，一般不易堵塞孔道造成水锁效应，同时远端的渗吸具有储层深部“保压保能”的作用，因此可以考虑适度焖井。从此角度来看，低矿化度压裂液“适度滤失”不会产生负面效应，即使发生小规模的水锁效应，也可通过提高压裂后高产水阶段的辅助排液量有效解除。
值得指出的是，确定合适焖井时间至关重要。焖井时间太长不仅增加生产成本，同时可能降低“以水带气”的排采效率；焖井时间太短，可能流体没有渗吸到储层远端，导致近井地带储层水锁效应的发生。实际生产过程中可通过开展岩心物理模拟实验和现场数值模拟分析，同时结合现场压裂液返排过程中矿化度、离子浓度示踪及产气产水历史曲线分析等，综合计算地层矿化度梯度场、毛管压力梯度场等与地层原始能量场的平衡关系，通过逐级迭代优化反推确定合理的返排速率和焖井时间。
综上所述，在实际压裂—排采工作中，需要进一步构建合理的多场、多相流体场，核心思想是增加渗吸置换体积、减弱水锁效应、优化渗流通道结构，从而实现“压得开、焖得好、排得稳、产得高”的目标，最大化深部煤层气单井产量和采收率。
3 结论
流体矿化度通过离子水合效应调控煤储层固液界面的润湿状态。离子浓度升高及价态增强均会减弱水分子与含氧官能团间的相互联系，从而诱导煤表面疏水性增强。
低矿化度流体进入深部煤样后，流体的自发渗吸先于离子扩散达到平衡，溶解、沉淀、孔喉重构并存，渗吸不再是单纯的毛细管诱导过程，而是渗吸、界面反应、离子扩散的链式耦合过程，其结果将直接改变孔裂隙体系的有效连通性。
流体浓度差决定渗透压差的方向性：当压裂液矿化度低于储层水时，渗透压差表现为正向驱动力，可强化渗吸与CH4置换；当压裂液矿化度高于储层水时，则表现为反向阻力，可抑制滤失并提高返排能力。因此，渗透压差不是固定方向的外加约束，而是一项可根据矿化度组合实现调控和反转的流体驱动力。
流体矿化度通过润湿性、渗吸/返排、孔隙水膜结构多级耦合机制，控制CH4由吸附态向游离态的转化效率：注入阶段矿化度越低置换效应越强；返排阶段矿化度越高扩散受阻越弱，高矿化度体系更易形成有利气相渗流通道。
考虑深部煤层高矿化度特征，应根据储层矿化度调整压裂液配方，平衡滤失与返排效率，建议采用“高—低矿化度序贯注入”策略，即先注入高矿化度前置液构建稳定裂缝通道，再引入低矿化度顶替液拓展渗吸覆盖、提高CH4解吸—扩散效率。同时建议采取适度焖井措施增加渗吸体积，实现储层“保压保能”和渗吸置换等多重积极作用。
未来研究应进一步拓展至更复杂的深部煤层情境，应重视多离子-多尺度耦合效应、矿化度-温度-应力的协同机制以及渗透压差动态演化下的储层流体侵入与返排模型等研究工作，实现“压得开、焖得好、排得稳、产得高”，最大化深部煤层气单井产量和采收率。