用低場核磁共振研究氮凍融對不同煤階煤體物性改造

利用低場核磁共振技術(shù)，開展關(guān)于液氮凍結(jié)時間，凍融循環(huán)，煤體含水率和煤變質(zhì)程度對凍融煤體物性改造規(guī)律的探索試驗。4種凍融變量對凍融煤體的孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙度和滲透率均具有不同的改造規(guī)律。其中凍融循環(huán)次數(shù)對煤體物性的改造尤為明顯。液氮對不同煤階煤體物性的改造規(guī)律受煤體初始孔隙度影響，一般情況下，改造效果為：褐煤＞無煙煤＞煙煤。以期獲得凍融變量對煤體孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率等物性參數(shù)的影響規(guī)律，為煤儲層的液氮循環(huán)壓裂技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持。低場核磁共振技術(shù)在地質(zhì)與礦業(yè)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景和推廣價值，有望成為地礦領(lǐng)域的常規(guī)化和標準化設(shè)備。

測量煤孔隙特征的常見方法

煤體的孔隙特征包括煤體孔徑的大小，連通性，以及孔隙數(shù)量的分布和比例。表征煤體孔徑的方法一般分為定性分析法和定量分析法，其中定性分析包括：光學(xué)顯微鏡，掃描電子顯微鏡和透射電鏡；定量分析方法包括：壓汞法，氮氣吸附法，二氧化碳吸附法，SAXS/ SANS，微型CT。上述孔徑測試方法在一些方面具有局限性：低的測試效率，有限的孔徑測試范圍，損壞原始孔隙結(jié)構(gòu)。在圖1中，列出了不同孔隙特征測試方法的適用孔徑范圍：壓汞法（100nm~100μm），氮氣吸附（2~100nm），二氧化碳吸附（0.4~2nm），SAXS/ SANS（1~100nm）等。

甲烷分子的直徑一般介于0.34~0.37nm，并且煤體中的絕大部分甲烷分子都吸附在小于10nm的孔隙中，在圖1所述的方法中，核磁共振具有最大的孔徑測試范圍，且核磁共振技術(shù)具有無損性和測試的高效性。因此核磁共振技術(shù)能更加精確地表征煤體中甲烷吸附和滲流空間。實驗設(shè)備和流程如圖2所示。

圖1 煤體孔隙特征測試方法適用范圍（nm）對比圖

圖2 實驗設(shè)備及實驗流程