【摘要】：為了揭示與煤層氣高效開發(fā)中儲(chǔ)層多相流作用等科學(xué)問題,需要探索一種針對(duì)性的煤儲(chǔ)層特性無損分析新技術(shù)。從理論和技術(shù)2個(gè)角度討論了核磁共振弛豫時(shí)間分析技術(shù)在煤儲(chǔ)層巖石物理及流體分析中的應(yīng)用,研究建立了基于低場(chǎng)核磁共振的煤的孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性、甲烷等溫吸附曲線的精細(xì)定量綜合表征技術(shù)體系;論證了采用核磁共振弛豫分析來有效識(shí)別煤中"多態(tài)甲烷"(游離態(tài)、吸附態(tài)和孔束縛態(tài))和"多態(tài)水"(表面吸附態(tài)、孔內(nèi)毛管束縛態(tài)和自由態(tài)水)的理論與方法;提出了注CO_2置換煤層流體效率的理論評(píng)價(jià)模型。為進(jìn)一步開展煤層氣開發(fā)過程中氣、水多相介質(zhì)相互作用與儲(chǔ)層綜合動(dòng)態(tài)研究提供了技術(shù)保障。
【圖文】：

透率、孔隙結(jié)構(gòu)表征，在煤中的多態(tài)甲烷識(shí)別及甲烷吸附能力定量，以及在CO2注入煤層永久埋存應(yīng)用等方面所取得的成果，探討了該技術(shù)在煤儲(chǔ)層相關(guān)研究中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及存在的問題，并對(duì)相關(guān)方向的研究發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了初步展望預(yù)測(cè)。1煤儲(chǔ)層三相介質(zhì)系統(tǒng)與低場(chǎng)核磁共振原位煤儲(chǔ)層通常是由氣、水、煤組成的三相介質(zhì)系統(tǒng)，其中煤又可看成是由煤基質(zhì)塊和宏觀裂隙、顯微裂隙、大孔隙、微孔隙等組成的多元結(jié)構(gòu)系統(tǒng)［3］。為簡(jiǎn)便起見，將煤儲(chǔ)層系統(tǒng)定義為，是由煤骨架、孔裂隙、儲(chǔ)層流體組成的固－液－氣三相綜合系統(tǒng)(圖1)。在煤儲(chǔ)層系統(tǒng)中存在多相流體的多種作用過程，，主要有煤的吸附/解吸作用、煤的氣/水潤(rùn)濕性作用、煤儲(chǔ)層中氣/水的擴(kuò)散與滲流等。因此，可將煤層氣產(chǎn)出的實(shí)質(zhì)定義為，在壓力場(chǎng)(或應(yīng)力場(chǎng))、溫度嘗化學(xué)場(chǎng)變化環(huán)境下，氣、水多相流體在煤儲(chǔ)層孔裂隙系統(tǒng)中的作用過程(圖1)。圖1煤儲(chǔ)層三相介質(zhì)系統(tǒng)與核磁共振弛豫時(shí)間分析Fig.1Coal－matrix，pore－fracturesandfluidsystemofcoalreservoirandNMＲrelaxationtimeanalysis核磁共振弛豫時(shí)間分析技術(shù)是低場(chǎng)核磁共振工業(yè)應(yīng)用中最重要的一項(xiàng)技術(shù)，所研究對(duì)象是原子核(如氫核)在不同共振頻率下發(fā)生的弛豫行為。在煤儲(chǔ)層中，氫核存在于煤基塊骨架和儲(chǔ)層流體中，在這2種環(huán)境下氫核的核磁共振特性有很大差別。研究中通過選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量參數(shù)，可觀測(cè)僅來自孔隙流體而與煤基塊骨架無關(guān)的信號(hào)［13］。通過對(duì)煤儲(chǔ)層流體系統(tǒng)中的自旋氫核1H(如甲烷和水中的氫核)在均勻分布的靜磁場(chǎng)及射頻場(chǎng)的作用下的核磁共振弛豫行為的檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤儲(chǔ)層物性及其他流體特性的定量表征，原理與流程如圖1所示。一般通過測(cè)量1H的橫向弛豫時(shí)間T2來分析含氫流體在多孔介質(zhì)中弛豫?

水分析，而有關(guān)多態(tài)水的研究相對(duì)較少。低場(chǎng)核磁共振弛豫譜技術(shù)為分析煤中多態(tài)水及其變化研究提供了技術(shù)可能性。文獻(xiàn)［26］標(biāo)定了煤中各級(jí)別孔隙與“三態(tài)水”分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并建立了一種基于低場(chǎng)核磁共振的煤中不同狀態(tài)水分的測(cè)定方法:煤中吸附水、毛細(xì)管水和自由水的譜峰分別分布于0.1～1.0ms，100ms左右和大于100ms這3個(gè)弛豫時(shí)間段，譜峰的大小和形態(tài)決定了“三態(tài)”水的分布。文獻(xiàn)［24］采用該方法對(duì)系列不同煤階的塊煤樣在自然蒸發(fā)過程中多態(tài)水的變化規(guī)律進(jìn)行了研究，總結(jié)了多態(tài)水在煤中的擴(kuò)散和滲流規(guī)律。如圖2a所示，蒸發(fā)經(jīng)歷3個(gè)過程:前1h內(nèi)為中－大圖2含水煤樣在自然蒸發(fā)過程中水分的變化Fig.2Ｒeleasedmoisturecontentversustimeforspontaneousevaporationexperimentsofcoal孔孔隙內(nèi)的宏毛管水的散失，表現(xiàn)為圖中前4個(gè)T2譜右峰逐級(jí)減小而左峰不變;1～24h內(nèi)發(fā)現(xiàn)圖中的T2譜右峰消失、左峰開始迅速減少，說明�。锌卓紫秲�(nèi)的微毛管水開始蒸發(fā);而24h之后，煤樣的T2譜保持不變，說明煤樣已達(dá)到平衡水狀態(tài)，此時(shí)煤中的水分主要為微—小孔內(nèi)的吸附水。由圖2b可知，宏毛管水、微毛管水和吸附水經(jīng)歷了3個(gè)擴(kuò)散過程，其擴(kuò)散系數(shù)對(duì)應(yīng)為圖2b中3個(gè)線段的斜率(a1、a2、a3)。也就是，水分在煤中的蒸發(fā)擴(kuò)散從大孔開始，依次經(jīng)歷自由水?dāng)U散、大毛管束縛水?dāng)U散和微毛管束縛水?dāng)U散3個(gè)過程。此外，通過對(duì)多個(gè)煤樣的分析發(fā)現(xiàn)，煤中宏毛管水與微毛管水的擴(kuò)散速率主要與樣品的孔隙度與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，而自由水?dāng)U散與孔隙發(fā)育幾乎沒有相關(guān)關(guān)系［24］。值得指出的是，上述研究?jī)H是核磁共振弛豫時(shí)間分析煤中水運(yùn)移的一個(gè)典型的實(shí)例。事實(shí)上，低場(chǎng)核磁共振弛豫時(shí)間分析技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)原位煤儲(chǔ)層中溫度嘗應(yīng)力嘗化學(xué)場(chǎng)?
【作者單位】： 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41472137) 全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文作者專項(xiàng)資助項(xiàng)目(201253)
【分類號(hào)】：TE37;TE311

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬行陟;宋巖;柳少波;姜林;洪峰;;構(gòu)造抬升過程中煤儲(chǔ)層吸附能力的耦合效應(yīng)及控制因素[J];地學(xué)前緣;2012年04期

2 段連秀,王生維,張明,陳斌;河?xùn)|煤田煤儲(chǔ)層中氣脹節(jié)理的發(fā)現(xiàn)及其研究意義[J];地球科學(xué);1999年01期

3 翟雷;;煤儲(chǔ)層壓力與埋藏深度的相關(guān)性研究[J];科技與企業(yè);2013年03期

4 葉建平,史保生,張春才;中國(guó)煤儲(chǔ)層滲透性及其主要影響因素[J];煤炭學(xué)報(bào);1999年02期

5 秦勇,傅雪海,葉建平,林大揚(yáng),唐書恒,李貴中;中國(guó)煤儲(chǔ)層巖石物理學(xué)因素控氣特征及機(jī)理[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1999年01期

6 高敏;蔡文淵;羅安銀;劉百舟;張莉莉;袁文娟;雷卓;;用測(cè)井資料評(píng)價(jià)煤儲(chǔ)層頂?shù)装宸馍w性的方法[J];中國(guó)煤層氣;2012年05期

7 秦勇;傅雪海;吳財(cái)芳;傅國(guó)友;卜英英;;高煤級(jí)煤儲(chǔ)層彈性自調(diào)節(jié)作用及其成藏效應(yīng)[J];科學(xué)通報(bào);2005年S1期

8 孟召平;侯泉林;;高煤級(jí)煤儲(chǔ)層滲透性與應(yīng)力耦合模型及控制機(jī)理[J];地球物理學(xué)報(bào);2013年02期

9 葉建平;煤巖特性對(duì)平頂山礦區(qū)煤儲(chǔ)層滲透性的影響初探[J];中國(guó)煤田地質(zhì);1995年01期

10 孫昌花;唐書恒;萬毅;姜文;范二平;張成龍;孫鵬杰;;鄂爾多斯盆地宜川地區(qū)煤儲(chǔ)層孔隙特征及其分形規(guī)律研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2014年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前4條

1 王可新;潘樹仁;吳加和;傅雪海;;中國(guó)褐煤儲(chǔ)層的力學(xué)特征[A];第七屆全國(guó)煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術(shù)創(chuàng)新文集[C];2012年

2 曾家瑤;吳財(cái)芳;;黔西-滇東地區(qū)煤儲(chǔ)層滲透性特征及其地質(zhì)控制因素研究[A];2011年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

3 姚征;袁遠(yuǎn);王孝亮;熊先鉞;王安民;;煤儲(chǔ)層水力壓裂中壓力參數(shù)的影響因素分析[A];中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)2013年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要匯編——S13石油天然氣、非常規(guī)能源勘探開發(fā)理論與技術(shù)分會(huì)場(chǎng)[C];2013年

4 張金波;吳財(cái)芳;;恩洪礦區(qū)煤儲(chǔ)層特征、含氣特征及勘探開發(fā)建議[A];2011年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 吳群;延川南煤儲(chǔ)層地應(yīng)力條件及其對(duì)煤層氣產(chǎn)能的影響[D];西北大學(xué);2012年

2 蔚遠(yuǎn)江;準(zhǔn)噶爾盆地低煤級(jí)煤儲(chǔ)層及煤層氣成藏初步研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2003年

3 張松航;煤儲(chǔ)層氣體運(yùn)移特征和CO_2-ECBM數(shù)值模擬研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

4 王琳琳;煤儲(chǔ)層節(jié)理發(fā)育非均質(zhì)性評(píng)價(jià)的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)方法及其應(yīng)用[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 周為喜;基于角點(diǎn)網(wǎng)格的煤儲(chǔ)層三維建模研究與應(yīng)用[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

2 邵長(zhǎng)奎;煤儲(chǔ)層開發(fā)三相態(tài)含氣量動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2014年

3 王有坤;貴州松河龍?zhí)睹合捣浅Ｒ?guī)天然氣儲(chǔ)層強(qiáng)化機(jī)理與工藝[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

4 孫義敏;高嶺石/水分散體系對(duì)煤儲(chǔ)層滲透性影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2014年

5 朱啟朋;基于OpenGL的煤層氣開發(fā)地質(zhì)建模技術(shù)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2529629