低場(chǎng)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(chǔ)式天然氣體。

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

研究發(fā)現(xiàn)煤層的自身孔隙的總?cè)莘e要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhì)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(xué)吸附和物理吸附。通過各種理論和大量的實(shí)驗(yàn)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(zhì)吸附后,受到了在熱運(yùn)動(dòng)或者是某種振動(dòng)的影響下,使天然氣分子重新活躍,且足以擺脫吸附介質(zhì)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(zhuǎn)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(qiáng)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(dòng),并且在煤基質(zhì)外的表面產(chǎn)生一種煤層氣氣膜。

當(dāng)氣體分子經(jīng)過介質(zhì)顆粒外時(shí),有一部分氣體分子會(huì)被介質(zhì)外表面強(qiáng)力吸附,并且被吸附的氣體分子會(huì)通過介質(zhì)的微孔隙向煤介質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散;同時(shí)另一部分會(huì)通過往介質(zhì)顆粒內(nèi)的孔道向內(nèi)擴(kuò)散。

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

低場(chǎng)核磁法研究天然氣吸附過程

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)是一種先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)的基本工作原理是先獲得被測(cè)物體的核磁共振信號(hào),根據(jù)不同組分的弛豫時(shí)間差異,得到核磁共振成像圖或T2弛豫分布圖譜,低場(chǎng)核磁共振技術(shù)既可檢測(cè)多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性,也可檢測(cè)多孔介質(zhì)的某些物理特性和流動(dòng)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(dòng)狀況及分布規(guī)律.低場(chǎng)核磁共振T2弛豫分布技術(shù),可以根據(jù)測(cè)量到的馳豫時(shí)間差異來分析吸附在煤體中的氣體，實(shí)現(xiàn)天然氣吸附過程即時(shí)的、動(dòng)態(tài)的觀測(cè)，有助于研究煤儲(chǔ)層中煤層氣賦存運(yùn)移規(guī)律，直觀揭示煤層氣在煤層中的賦存流動(dòng)狀態(tài)、分析運(yùn)移產(chǎn)出過程中的各方面影響因素，在煤儲(chǔ)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(shí)間可表征氣體的分子運(yùn)動(dòng)性，通過馳豫時(shí)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(gè)峰，依次為吸附態(tài)、孔隙束縛態(tài)、自由態(tài)氣體。