基于低场核磁共振原位监测的煤岩甲烷吸附解吸动力学研究

吸附态甲烷在深部煤岩储层微纳米孔隙中占主导地位,研究其在吸附解吸中的扩散特征对于煤层气开发的预测与现场实施具有重要指导意义。基于自主研发搭建的体积法吸附原位低场核磁试验系统,研究了沁水盆地无烟煤样品的吸附解吸动力学特性,实现了吸附态甲烷在扩散过程中的原位动态监测。结果表明:核磁法所测吸附态有效扩散系数与体积法所测微孔扩散系数呈现相同演化规律:即在吸附过程中,吸附态甲烷的扩散系数随压力的增加呈现先增加后减小的规律;在解吸过程中,其随压力的减小而单调递减。该演化规律表明微孔填充过程中气体扩散分为两个阶段:气体压力小于6 MPa时,分子扩散及努森扩散占主导地位;当气体压力超过6 MPa时,吸附相表面扩散占主导地位。该实验设计为煤层气高效开发提供了重要的实验方法及数据,对实验室核磁共振分析设备的教学以及针对特定科学问题进行的设备升级改造具有重要指导意义。