低場核磁共振技術(shù)研究吸附態(tài)甲烷

什么是吸附態(tài)甲烷?

吸附是甲烷在煤層中的最主要賦存方式,約占80%~90%。吸附煤層中的甲烷即是吸附態(tài)甲烷。

吸附態(tài)甲烷有哪些特征?

在不同的濕度、溫度和壓力條件下,甲烷煤樣上的吸附量是不同的。由于甲烷在碳基吸附劑上的吸附過程可逆,反應(yīng)放熱,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)時,甲烷的吸附速率等于解吸速率。

隨著壓力增大,甲烷分子不斷附著在吸附劑表面上,吸附位點逐漸趨于飽和,這將導(dǎo)致吸附劑表面能不斷降低,表現(xiàn)為壓力增大引起的吸附能力增幅減弱;另一方面,甲烷壓縮性隨著壓力增大不斷提高,體相容量不斷增大,當(dāng)壓力超過極大值后,相比附著在吸附劑上,此時甲烷分子更容易壓縮在體相中。另外,壓力極值點的數(shù)值大小還取決于體相和吸附相中甲烷容量的相對大小,甲烷在兩相中的容量均隨溫度增加而降低,這造成了不同溫度條件下,壓力極值點略有不同。

為什么要研究吸附態(tài)甲烷?

我國煤層氣資源豐富,深部煤層氣資源量大,開發(fā)前景廣闊。但我國近30年來對煤層氣的勘探開發(fā)和相關(guān)研究主要針對1000m以淺煤層,較少涉足1000m以深煤層。與淺煤層相比,深煤層具有高溫、高壓、高地應(yīng)力、滲透性差、強(qiáng)度低的特征,且其中的甲烷通常處于超臨界狀態(tài),造成了深部煤層氣體賦存狀態(tài)和產(chǎn)出機(jī)理認(rèn)識不清,制約了我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

開發(fā)煤層氣既能消除煤炭開采過程中的安全隱患,又能減少其直接排放到大氣中造成的環(huán)境污染,還能緩解常規(guī)化石燃料的供應(yīng)問題。隨開發(fā)進(jìn)行,吸附態(tài)甲烷不斷解吸,并將導(dǎo)致煤巖基質(zhì)收縮,表現(xiàn)為裂隙的張開和滲透率的改善。因此,了解甲烷在煤巖上的吸附特征有助于準(zhǔn)確估算煤層氣地質(zhì)儲量,并揭示其產(chǎn)出機(jī)理。

低場核磁共振技術(shù)如何研究吸附態(tài)甲烷?

低場核磁共振技術(shù)是一種先進(jìn)的無損檢測技術(shù)。低場核磁共振技術(shù)的基本工作原理是先獲得被測物體的核磁共振信號,根據(jù)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(shù)既可檢測多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性,也可檢測多孔介質(zhì)的某些物理特性和流動參數(shù)及流體和多孔介質(zhì)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(shù),可以根據(jù)測量到的馳豫時間來分析吸附在煤體中的氣體.因此應(yīng)用低場核磁共振成像或T2弛豫分布技術(shù)研究煤儲層中煤層氣賦存運移規(guī)律有望直觀揭示煤層氣在煤層中的賦存流動狀態(tài)、運移產(chǎn)出過程中的各方面影響因素,從而搞清楚煤體內(nèi)部煤層氣運移流動狀態(tài)和賦存狀態(tài).

賦存在煤體中的甲烷氣體(包括吸附態(tài)甲烷和游離態(tài)甲烷)其馳豫時間要比純游離態(tài)的甲烷氣體的短,且信號強(qiáng)度也要小很多,低場核磁共振成像圖或T2弛豫分布圖譜可以很好的反映吸附態(tài)甲烷和游離態(tài)甲烷。