低场核磁共振技术研究吸附态甲烷

什么是吸附态甲烷?

吸附是甲烷在煤层中的最主要赋存方式,约占80%~90%。吸附煤层中的甲烷即是吸附态甲烷。

吸附态甲烷有哪些特征?

在不同的湿度、温度和压力条件下,甲烷煤样上的吸附量是不同的。由于甲烷在碳基吸附剂上的吸附过程可逆,反应放热,当系统达到平衡状态时,甲烷的吸附速率等于解吸速率。

随着压力增大,甲烷分子不断附着在吸附剂表面上,吸附位点逐渐趋于饱和,这将导致吸附剂表面能不断降低,表现为压力增大引起的吸附能力增幅减弱;另一方面,甲烷压缩性随着压力增大不断提高,体相容量不断增大,当压力超过极大值后,相比附着在吸附剂上,此时甲烷分子更容易压缩在体相中。另外,压力极值点的数值大小还取决于体相和吸附相中甲烷容量的相对大小,甲烷在两相中的容量均随温度增加而降低,这造成了不同温度条件下,压力极值点略有不同。

为什么要研究吸附态甲烷?

我国煤层气资源丰富,深部煤层气资源量大,开发前景广阔。但我国近30年来对煤层气的勘探开发和相关研究主要针对1000m以浅煤层,较少涉足1000m以深煤层。与浅煤层相比,深煤层具有高温、高压、高地应力、渗透性差、强度低的特征,且其中的甲烷通常处于超临界状态,造成了深部煤层气体赋存状态和产出机理认识不清,制约了我国煤层气产业的发展。

开发煤层气既能消除煤炭开采过程中的安全隐患,又能减少其直接排放到大气中造成的环境污染,还能缓解常规化石燃料的供应问题。随开发进行,吸附态甲烷不断解吸,并将导致煤岩基质收缩,表现为裂隙的张开和渗透率的改善。因此,了解甲烷在煤岩上的吸附特征有助于准确估算煤层气地质储量,并揭示其产出机理。

低场核磁共振技术如何研究吸附态甲烷?

低场核磁共振技术是一种先进的无损检测技术。低场核磁共振技术的基本工作原理是先获得被测物体的核磁共振信号,根据不同组分的弛豫时间差异,得到核磁共振成像图或T2弛豫分布图谱,低场核磁共振技术既可检测多孔介质的结构特性,也可检测多孔介质的某些物理特性和流动参数及流体和多孔介质骨架间相互作用,研究流体在其中流动状况及分布规律.低场核磁共振T2弛豫分布技术,可以根据测量到的驰豫时间来分析吸附在煤体中的气体.因此应用低场核磁共振成像或T2弛豫分布技术研究煤储层中煤层气赋存运移规律有望直观揭示煤层气在煤层中的赋存流动状态、运移产出过程中的各方面影响因素,从而搞清楚煤体内部煤层气运移流动状态和赋存状态.

赋存在煤体中的甲烷气体(包括吸附态甲烷和游离态甲烷)其驰豫时间要比纯游离态的甲烷气体的短,且信号强度也要小很多,低场核磁共振成像图或T2弛豫分布图谱可以很好的反映吸附态甲烷和游离态甲烷。