多相流体在煤孔隙介质中的分布状态及微观作用机理

项目拟采用低场核磁共振方法，分析煤中表面吸附水、孔内毛管束缚水和自由水（三态水）在煤中的赋存特征及吸附、解吸和扩散机制，揭示不同储层环境下（如温度、压力、流体物化特征等）气、水微观相互作用及对煤吸附/解吸甲烷的动态耦合效应；分析吸着-吸附相、凝聚-吸附相和游离相甲烷在煤的表面和孔隙中赋存特征，阐明不同地质环境下甲烷与水的互溶特征及变化规律；分析煤对甲烷和水的相对润湿性特征，初步建立不同煤级煤的气、水相对渗透率计算模型；分析煤对二氧化碳气体的润湿性行为，揭示煤中水、甲烷和二氧化碳等多相流体的微观相互作用效应，初步建立不同煤级煤的注二氧化碳提高煤层气采收率评价的量化模型。最终建立基于低场核磁共振的煤的水分含量、润湿性和甲烷吸附量的精细定量表征技术体系，并阐明多相流体在煤中的吸附/解吸、扩散、润湿和渗流等微观作用机理。研究有望丰富煤储层表征技术体系，对指导煤层气高效开发具有一定理论意义。

本项目主要基于低场核磁共振等技术对煤储层物性和储层内流体介质的微观作用开展了精细研究，取得了三个方面的创新性成果。（1）通过对比常规压汞、恒速压汞、微焦点CT和低场核磁共振对煤孔隙结构的分析结果，发现压汞法研究煤的孔隙结构时，存在“连续大孔孤立小孔”和“连续小孔孤立大孔”两种孔隙遮挡效应，会引起较大的实验结果误差；特别是，在研究褐煤或机械强度较低煤的孔隙结构时，低场核磁共振方法无损检测的特点使得它与压汞法相比具有较强的优势。（2）研究确定了采用低场核磁共振技术分析煤中水分的参数设置和测试方法；建立了煤中自由水、大毛管束缚水和微毛管束缚水（“多态水”）的表征方法；利用低场核磁共振T2谱的变化特征揭示了煤的孔隙结构系统中“多态水”赋存特征及微观运移机制。进一步基于“多态水”扩散过程的分析，建立了基于低场核磁共振的煤储层渗透率预测模型，实验结果表明预测模型具有较高的准确定，可用于煤储层渗透率的预测。（3）将常规的等温吸附装置与低场核磁共振装置联合，建立了一套可同时进行常规甲烷等温吸附和基于核磁共振的吸附测定的实验装置。通过平行对比实验发现，煤样吸附甲烷后的核磁共振T2谱在 T2 < 7 ms、7–240 ms和240–2000ms分别呈现三个不同的峰值，分别对应于吸附态甲烷、多孔介质束缚甲烷和自由态甲烷。提取吸附态甲烷在各个压力点下的吸附量，求得了基于低场核磁共振的甲烷等温吸附曲线，通过与体积法结果的对比论证了利用低场核磁共振进行煤的甲烷等温吸附定量分析的可行性，为煤的吸附科学研究提供了新的技术手段。整体上，本项目建立了基于低场核磁共振的煤的水分含量和甲烷吸附量的精细定量表征技术体系，一定程度上阐明了煤的吸附、扩散和渗流过程中气、水的微观作用机理。研究有望丰富煤储层物性表征技术体系，对指导煤层气高效开发具有一定理论意义。