用低场核磁共振研究氮冻融对不同煤阶煤体物性改造

利用低场核磁共振技术，开展关于液氮冻结时间，冻融循环，煤体含水率和煤变质程度对冻融煤体物性改造规律的探索试验。4种冻融变量对冻融煤体的孔隙结构、孔隙度和渗透率均具有不同的改造规律。其中冻融循环次数对煤体物性的改造尤为明显。液氮对不同煤阶煤体物性的改造规律受煤体初始孔隙度影响，一般情况下，改造效果为：褐煤＞无烟煤＞烟煤。以期获得冻融变量对煤体孔隙结构和渗透率等物性参数的影响规律，为煤储层的液氮循环压裂技术提供数据支持。低场核磁共振技术在地质与矿业领域具有极大的应用前景和推广价值，有望成为地矿领域的常规化和标准化设备。

测量煤孔隙特征的常见方法

煤体的孔隙特征包括煤体孔径的大小，连通性，以及孔隙数量的分布和比例。表征煤体孔径的方法一般分为定性分析法和定量分析法，其中定性分析包括：光学显微镜，扫描电子显微镜和透射电镜；定量分析方法包括：压汞法，氮气吸附法，二氧化碳吸附法，SAXS/ SANS，微型CT。上述孔径测试方法在一些方面具有局限性：低的测试效率，有限的孔径测试范围，损坏原始孔隙结构。在图1中，列出了不同孔隙特征测试方法的适用孔径范围：压汞法（100nm~100μm），氮气吸附（2~100nm），二氧化碳吸附（0.4~2nm），SAXS/ SANS（1~100nm）等。

甲烷分子的直径一般介于0.34~0.37nm，并且煤体中的绝大部分甲烷分子都吸附在小于10nm的孔隙中，在图1所述的方法中，核磁共振具有最大的孔径测试范围，且核磁共振技术具有无损性和测试的高效性。因此核磁共振技术能更加精确地表征煤体中甲烷吸附和渗流空间。实验设备和流程如图2所示。

图1 煤体孔隙特征测试方法适用范围（nm）对比图

图2 实验设备及实验流程