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前沿應用|基于低場核磁水力壓裂技術提高煤層氣采收率的研究

來源:蘇州紐邁分析儀器股份有限公司 更新時間:2025-09-08 17:45:21 閱讀量:262
導讀:低場核磁共振技術進行溫度場、壓力場、滲流場、化學場等多場耦合,實現(xiàn)“近原位、高仿真”的地層環(huán)境模擬,無損、快速測量流體弛豫信號,實現(xiàn)孔隙大小分布(如微孔、中孔和大孔的變化)、識別流體賦存狀態(tài),并動態(tài)追蹤水力壓裂誘導的孔隙結(jié)構演化過程。

隨著全球能源需求持續(xù)增長,煤炭與非常規(guī)油氣資源的開發(fā)成為保障能源安全的關鍵。我國煤層氣資源豐富,但煤層普遍具有低滲透率、高吸附性、復雜孔隙結(jié)構的特征,導致瓦斯抽采效率低、采收率較低。水力壓裂技術作為提高油氣采收率的關鍵手段,自上世紀年發(fā)展以來,已廣泛應用于低滲、致密儲層,通過創(chuàng)建人工裂縫網(wǎng)絡來增強流體流動能力,從而顯著提升采收率。


水力壓裂提高采收率的本質(zhì)在于改造儲層孔隙結(jié)構,有以下方式:裂縫擴展:高壓流體撐開天然裂隙,形成主裂縫并衍生分支裂縫;孔隙活化:壓裂液滲入煤基質(zhì)微納米孔隙,解除瓦斯吸附束縛,增強解吸-擴散能力;連通性提升:裂縫貫通孤立孔隙,構建流體運移高速通道等。

傳統(tǒng)巖心分析或微CT掃描等方法存在破壞性強、效率低等局限,難以原位、動態(tài)監(jiān)測壓裂過程中的微觀孔隙變化。尤其壓裂過程中孔隙-裂隙動態(tài)擴展的實時監(jiān)測;多尺度孔隙的定量區(qū)分;瓦斯/水相態(tài)在孔隙內(nèi)的賦存與運移行為解析等難以表征。


低場核磁共振技術填補了這一空白,進行溫度場、壓力場、滲流場、化學場等多場耦合,實現(xiàn)“近原位、高仿真”的地層環(huán)境模擬,無損、快速測量流體弛豫信號,實現(xiàn)孔隙大小分布(如微孔、中孔和大孔的變化)、識別流體賦存狀態(tài),并動態(tài)追蹤水力壓裂誘導的孔隙結(jié)構演化過程。





基于低場核磁水力壓裂技術提高煤層氣采收率的研究案例[1]



樣品制備


圖一 水力壓裂煤樣制備


采用內(nèi)蒙古烏蘭哈達煤礦(WL)的無煙煤,制成直徑50 mm、高100 mm的圓柱體,中心鉆有直徑6 mm的壓裂鉆孔,并安裝4 mm注水管。




實驗流程

階段1:脈沖預加載(疲勞損傷誘導)

脈動頻率:固定 8 Hz(優(yōu)化后最佳值)。

脈動幅度:恒定 2 MPa(最小波動值)。

最大壓力梯度:0/3/6/9 MPa(分組施加)。

持續(xù)時間:每組樣本持續(xù) 2小時(模擬長期循環(huán)載荷)。

階段2:水力壓裂(靜態(tài)破裂)

加載方式:以 0.1 MPa/s 速率施加靜態(tài)水壓直至煤樣破裂。

終止條件:壓力驟降 ≥10% 或 樣品宏觀破裂。





實驗結(jié)論


圖二 水飽和煤樣弛豫譜  


圖三 孔隙分布圖


該研究使用低場核磁共振技術,研究了脈沖加載水力壓裂后損傷煤樣的孔隙結(jié)構,獲取弛豫譜圖和孔隙度分布信息,有以下結(jié)論:圖二表明煤的孔隙度分布隨T2的變化而變化。根據(jù)飽和孔隙的累積曲線,微孔的孔隙率約為3.96%,總孔隙率為4.30%。煤樣的峰值飽和孔隙度位于T2=0.76ms處。飽和孔隙率包括被游離水和吸附水占據(jù)的孔隙。通??捎猛ㄟ^離心法去除游離水來測量吸附的孔隙率。飽和孔隙和離心孔隙的覆蓋面積之差代表自由孔隙。從累積孔隙率曲線可以看出,吸附孔隙的孔隙率為2.86%,自由孔隙的孔隙率為1.44%。


參考文獻



[1] Yu X, Chen A, Hong L, et al. Experimental investigation of the effects of long-period cyclic pulse loading of pulsating hydraulic fracturing on coal damage[J].Fuel, 2024, 358(Part A).

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