基于低场核磁共振的液氮冻融对不同煤阶煤体物性改造的部分案例

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。

上一节介绍了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，核磁共振具有较大的孔径测试范围，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。

部分案例分享

图1 液氮冻结处理60min后煤体的T2谱和孔隙度测试结果

图2 煤的变质程度对液氮冻融孔隙影响的对比图

　　图3不同冻融变量对煤体孔隙度（有效孔隙度和残余孔隙度）的影响规律

　　图4不同冻融变量对孔隙度比例和渗透率的改造

结论：

发现液氮冻结时间对煤体孔隙度和渗透率的改造有限，随着时间的增加，改造作用越来越小；

冻融循环次数对孔隙结构影响巨大，尤其是瓦斯渗流孔隙，对孔隙度和渗透率的改造则随着冻融次数逐渐增加，对形成良好的抽采条件具有很大的促进作用；

煤体含水率越大煤体增透效果也越好，但是受到煤体饱和含水率的限制；

煤阶不同对液氮增透效果也不同，主要受煤体初始孔隙度影响，一般情况下，增透效果：褐煤＞无烟煤＞烟煤。
　　

文章来源：

Lei Qin, Cheng Zhai, Shimin Liu, Jizhao Xu, Guoqing Yu, Yong sun. Changes in the petrophysical properties of coal subjected to liquid nitrogen freeze-thaw-A nuclear magnetic resonance investigation. Fuel, 2017(194):102-114.