油田现场数据显示,页岩储层在水力压裂施工时,压裂液返排率很低。为了评估滤失液对储层生产及地下水的影响,充分理解页岩气藏吸水的三种机理:毛管力、化学渗透及表面水化作用显得十分重要。首先,在毛管力吸水模拟理论方面,通过实验与模拟相结合的方法,本文给出了一种以核磁共振测量为基础,高效测量地层中水力参数的方法,用以快速估测由毛管力引起的吸水量。该方法与传统方法相比可以显著降低所需要的时间,快速获得地层毛管力曲线、本征渗透率及相对渗透率。同时,本文中的吸水实验可验证其准确性。此外,本研究还对比了核磁共振方法中两个常用于测量砂岩地层本征渗透率的经验公式在页岩地层中的适用性,并给出了相关经验系数在页岩地层中的取值。接着,本研究基于考虑化学渗透作用时饱和页岩吸水的解析解,分析化学渗透作用对页岩吸水过程的贡献。分析结果表明,当存在化学渗透作用时,饱和页岩吸水过程由两个扩散方程控制:离子扩散和压力传递。由于离子扩散方程的扩散系数很低,化学渗透作用会显著延长页岩的吸水平衡时间。此外,化学渗透作用会影响孔隙中水压的分布。该影响与油田常见水压相比尽管很小,但是在大多数页岩储层中,可以利用该水压变化测量页岩地层有效渗透系数的值。在饱和条件下,由化学渗透作用引起的吸水量很小,因为其在使得渗透压差作为吸水动力引起水的流动的同时,还会影响水压进而引起方向与前者相反的水的回流。最后,本研究提出一种通过修正岩石压缩系数估测由于表面水化引起的吸水的方法,并将其与毛管力、化学渗透作用下的控制方程结合,给出综合考虑三种吸水机理的页岩气藏吸水的控制方程。该模型预测的压裂液滤失量与油田现场观察到的滤失量很接近,即页岩气藏具有较强的存储滤失液的能力,滤失液对饮用水层的影响较小。三种机理中,毛管力作用对压裂液总滤失量的贡献最大;表面水化作用仅在地层几乎达到饱和时产生较为明显的贡献;而化学渗透作用由于不饱和条件下浓度消散较快,在初始浓度差不大时几乎可以忽略不计。