[發明專利]一種采用低場核磁共振測量高壓下煤潤濕性的方法與裝置

在審

• 申請號: 201810436597.2
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108593697A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 姚艷斌;孫曉曉;文星;劉大錳;蔡益棟
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 蔣常雪

本發明公開一種采用低場核磁共振測量高壓下煤潤濕性的方法與裝置。所述方法在標準狀況下對煤粉中的水進行低場核磁共振測量，獲得煤中水的T₂譜圖，根據T₂譜圖右邊第一個峰的位置及幅度得到該譜峰的弛豫時間T₂的幾何平均值T_2g。結合平行實驗常規的型煤表面水接觸潤濕角的測量結果θ，建立利用歸一化T_2g，NT_2g，獲取水潤濕角的關系式：θ＝84.376×NT_2g+52.612。利用此關系式，結合高壓條件下煤中水的T_2g值，求得設定氣體壓力下煤的水潤濕角。所述裝置包括氣源、密封恒壓系統和核磁磁體，所述核磁磁體連接低場核磁共振儀器。所述方法通過建立煤的潤濕性與核磁共振T₂譜信號的標度關系，實現對不同氣體壓力下煤潤濕性的定量測定，是一種可即時的、原位的、動態的測量煤潤濕性的新方法。

技術領域

本發明屬于煤層氣勘探開發過程中儲層物性評價的測量以及煤炭洗選及加工技術領域，具體涉及一種采用低場核磁共振測量高壓下煤潤濕性的方法與裝置。本發明主要用于測量高壓下煤的潤濕性，但也同樣適用于油氣儲層物性評價的測量領域，如對砂巖、碳酸鹽巖等儲層樣品的潤濕性測定。

背景技術

潤濕性是指一種液體在一種固體表面鋪展的能力或傾向性。該傾向性對于煤層氣開發至關重要，涉及開發過程中地層中的氣、水兩相滲流過程。潤濕性是制定煤層氣開發方案時所需的最為基礎的數據之一。目前適用常規巖石樣品潤濕性定量測定的方法主要有：(1)離心機(USBM，United States Bureau of Mines)法、Amott法，這兩種方法測定潤濕性均基于驅替實驗，由于煤樣品大多為低孔低滲，所以驅替實驗效果不佳。(2)接觸角法，該方法測量結果雖直觀準確，但此方法應用于煤巖時，結果受到煤巖組成非均質性的影響，誤差較大。對于煤樣，還有水膜浮選法、水蒸氣吸附法，均為定性的判斷方法，受操作者及儀器精確度影響測量準確度較低。

而高壓下煤潤濕性的測量技術發展較為緩慢。主要的測量技術是將煤置于高壓氣體腔內，對水接觸角進行測量的方法。但是此類方法在國內并未廣泛使用和研究，未形成標準的操作。

目前核磁共振技術在油氣領域多用于巖石孔隙度，滲透率方面的測定。巖石水潤濕性其實是水在巖石樣品中鋪展開的一種能力，研究表明，水潤濕性強的樣品水更容易在煤表面形成水膜，水潤濕性弱的樣品，水則會以水滴形式存在煤表面，利用該特性，可將核磁共振技術引入潤濕性定量測定，同時建立高壓下潤濕性測量的方法，實現準確快速地定量判定煤潤濕性，為煤層氣開發過程中儲層特性評價提供了一種新的技術手段。

本發明的原理為：

滴入煤樣的水滴以不同的狀態存在，T2譜圖可以反映水的不同存在狀態。煤粉樣品中的水的T2譜顯示出三個不同的峰值：從左向右依次為P1、P2和P3峰(參見附圖1)。由核磁共振基本原理可知，P1峰大約位于0.1-10ms的弛豫時間段內，代表煤粉顆粒內部的吸附孔(孔隙直徑小于0.1μm)中的水；P2峰弛豫時間大概為10-100ms，主要由顆粒內部滲流孔內水的表面弛豫作用產生的信號量；P3峰弛豫時間位于100-10000ms之間，代表的是煤粉顆粒間水，主要是由水的體馳豫及顆粒表面產生的表面弛豫信號組成。

在理想平面水滴的接觸角可以定義為三相(氣、液、固)周界面張力相互作用的結果(參見附圖2)，當受力達到平衡時滿足楊氏方程：

δ_sg-δ_ls＝δ_lgcosθ

其中，δ_lg為氣、水之間的界面張力；δ_sg為固體與氣體之間的界面張力；δ_ls為液體和固體之間的界面張力；θ為水在固體表面的接觸角。公式中，δ_sg-δ_ls定義為表面潤濕張力或者附著張力，是驅動水在固體表面運移的動力。