低場核磁法研究天然氣吸附過程

天然氣是成煤過程中生成,并以吸附和游離狀態(tài)賦存于地下煤層及圍巖的自儲式天然氣體。

資料顯示,地質的演化或者現(xiàn)階段地質的構造狀況對天然氣的開采影響十分巨大。由于我國的含煤巖系是經歷了多期構造作用的影響而保存,與其他國家大為不同。煤體結構較為特殊,降低了煤層氣的滲透性能且影響產能輸出;同時,由于煤是自生自儲,它與石油天然氣的儲層截然不同,多種因素制約著它的產能。

研究發(fā)現(xiàn)煤層的自身孔隙的總容積要遠遠小于天然氣總含量,所以可以明確的指出天然氣肯定還有另外一種存在狀態(tài),即吸附態(tài),也就是說在某種多孔介質中容納了以類液態(tài)或凝聚態(tài)存在的氣體,其存在方式分為化學吸附和物理吸附。通過各種理論和大量的實驗證明,煤巖中的煤層氣主要是以物理吸附的方式存在;此外,解吸是指天然氣分子在其被煤巖等介質吸附后,受到了在熱運動或者是某種振動的影響下,使天然氣分子重新活躍,且足以擺脫吸附介質的吸附力,這樣天然氣分子又能以游離狀態(tài)返回到天然氣分子群中。研究發(fā)現(xiàn),天然氣的解吸/吸附在一定條件下可以相互轉換。

天然氣吸附過程

研究表明天然氣吸附先是滲流過程,即由于強大的外部壓力使甲烷的氣體分子滲流到大孔系統(tǒng)中流動,并且在煤基質外的表面產生一種煤層氣氣膜。

當氣體分子經過介質顆粒外時,有一部分氣體分子會被介質外表面強力吸附,并且被吸附的氣體分子會通過介質的微孔隙向煤介質內部擴散;同時另一部分會通過往介質顆粒內的孔道向內擴散。

天然氣吸附過程包括了外擴散、內擴散以及表面擴散。而最慢階段,一般是內擴散階段的速率,決定了吸附過程的總速率。

低場核磁法研究天然氣吸附過程

低場核磁共振技術是一種先進的無損檢測技術。低場核磁共振技術的基本工作原理是先獲得被測物體的核磁共振信號,根據不同組分的弛豫時間差異,得到核磁共振成像圖或T2弛豫分布圖譜,低場核磁共振技術既可檢測多孔介質的結構特性,也可檢測多孔介質的某些物理特性和流動參數(shù)及流體和多孔介質骨架間相互作用,研究流體在其中流動狀況及分布規(guī)律.低場核磁共振T2弛豫分布技術,可以根據測量到的馳豫時間差異來分析吸附在煤體中的氣體，實現(xiàn)天然氣吸附過程即時的、動態(tài)的觀測，有助于研究煤儲層中煤層氣賦存運移規(guī)律，直觀揭示煤層氣在煤層中的賦存流動狀態(tài)、分析運移產出過程中的各方面影響因素，在煤儲層物性及天然氣吸附規(guī)律的分析和研究中具有更好的適用性。

核磁共振的馳豫時間可表征氣體的分子運動性，通過馳豫時間大小差異可表征不同吸附狀態(tài)的甲烷氣體。典型的煤/頁巖試樣的T2圖譜曲線具有明顯的3個峰，依次為吸附態(tài)、孔隙束縛態(tài)、自由態(tài)氣體。