低场核磁法研究天然气吸附过程

天然气是成煤过程中生成,并以吸附和游离状态赋存于地下煤层及围岩的自储式天然气体。

资料显示,地质的演化或者现阶段地质的构造状况对天然气的开采影响十分巨大。由于我国的含煤岩系是经历了多期构造作用的影响而保存,与其他国家大为不同。煤体结构较为特殊,降低了煤层气的渗透性能且影响产能输出;同时,由于煤是自生自储,它与石油天然气的储层截然不同,多种因素制约着它的产能。

研究发现煤层的自身孔隙的总容积要远远小于天然气总含量,所以可以明确的指出天然气肯定还有另外一种存在状态,即吸附态,也就是说在某种多孔介质中容纳了以类液态或凝聚态存在的气体,其存在方式分为化学吸附和物理吸附。通过各种理论和大量的实验证明,煤岩中的煤层气主要是以物理吸附的方式存在;此外,解吸是指天然气分子在其被煤岩等介质吸附后,受到了在热运动或者是某种振动的影响下,使天然气分子重新活跃,且足以摆脱吸附介质的吸附力,这样天然气分子又能以游离状态返回到天然气分子群中。研究发现,天然气的解吸/吸附在一定条件下可以相互转换。

天然气吸附过程

研究表明天然气吸附先是渗流过程,即由于强大的外部压力使甲烷的气体分子渗流到大孔系统中流动,并且在煤基质外的表面产生一种煤层气气膜。

当气体分子经过介质颗粒外时,有一部分气体分子会被介质外表面强力吸附,并且被吸附的气体分子会通过介质的微孔隙向煤介质内部扩散;同时另一部分会通过往介质颗粒内的孔道向内扩散。

天然气吸附过程包括了外扩散、内扩散以及表面扩散。而最慢阶段,一般是内扩散阶段的速率,决定了吸附过程的总速率。

低场核磁法研究天然气吸附过程

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差异来分析吸附在煤体中的气体，实现天然气吸附过程即时的、动态的观测，有助于研究煤储层中煤层气赋存运移规律，直观揭示煤层气在煤层中的赋存流动状态、分析运移产出过程中的各方面影响因素，在煤储层物性及天然气吸附规律的分析和研究中具有更好的适用性。

核磁共振的驰豫时间可表征气体的分子运动性，通过驰豫时间大小差异可表征不同吸附状态的甲烷气体。典型的煤/页岩试样的T2图谱曲线具有明显的3个峰，依次为吸附态、孔隙束缚态、自由态气体。