[发明专利]一种采用低场核磁共振测量高压下煤润湿性的方法与装置

说明书

本发明公开一种采用低场核磁共振测量高压下煤润湿性的方法与装置。所述方法在标准状况下对煤粉中的水进行低场核磁共振测量，获得煤中水的T₂谱图，根据T₂谱图右边第一个峰的位置及幅度得到该谱峰的弛豫时间T₂的几何平均值T_2g。结合平行实验常规的型煤表面水接触润湿角的测量结果θ，建立利用归一化T_2g，NT_2g，获取水润湿角的关系式：θ＝84.376×NT_2g+52.612。利用此关系式，结合高压条件下煤中水的T_2g值，求得设定气体压力下煤的水润湿角。所述装置包括气源、密封恒压系统和核磁磁体，所述核磁磁体连接低场核磁共振仪器。所述方法通过建立煤的润湿性与核磁共振T₂谱信号的标度关系，实现对不同气体压力下煤润湿性的定量测定，是一种可即时的、原位的、动态的测量煤润湿性的新方法。

技术领域

本发明属于煤层气勘探开发过程中储层物性评价的测量以及煤炭洗选及加工技术领域，具体涉及一种采用低场核磁共振测量高压下煤润湿性的方法与装置。本发明主要用于测量高压下煤的润湿性，但也同样适用于油气储层物性评价的测量领域，如对砂岩、碳酸盐岩等储层样品的润湿性测定。

背景技术

润湿性是指一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性。该倾向性对于煤层气开发至关重要，涉及开发过程中地层中的气、水两相渗流过程。润湿性是制定煤层气开发方案时所需的最为基础的数据之一。目前适用常规岩石样品润湿性定量测定的方法主要有：(1)离心机(USBM，United States Bureau of Mines)法、Amott法，这两种方法测定润湿性均基于驱替实验，由于煤样品大多为低孔低渗，所以驱替实验效果不佳。(2)接触角法，该方法测量结果虽直观准确，但此方法应用于煤岩时，结果受到煤岩组成非均质性的影响，误差较大。对于煤样，还有水膜浮选法、水蒸气吸附法，均为定性的判断方法，受操作者及仪器精确度影响测量准确度较低。

而高压下煤润湿性的测量技术发展较为缓慢。主要的测量技术是将煤置于高压气体腔内，对水接触角进行测量的方法。但是此类方法在国内并未广泛使用和研究，未形成标准的操作。

目前核磁共振技术在油气领域多用于岩石孔隙度，渗透率方面的测定。岩石水润湿性其实是水在岩石样品中铺展开的一种能力，研究表明，水润湿性强的样品水更容易在煤表面形成水膜，水润湿性弱的样品，水则会以水滴形式存在煤表面，利用该特性，可将核磁共振技术引入润湿性定量测定，同时建立高压下润湿性测量的方法，实现准确快速地定量判定煤润湿性，为煤层气开发过程中储层特性评价提供了一种新的技术手段。

本发明的原理为：

滴入煤样的水滴以不同的状态存在，T2谱图可以反映水的不同存在状态。煤粉样品中的水的T2谱显示出三个不同的峰值：从左向右依次为P1、P2和P3峰(参见附图1)。由核磁共振基本原理可知，P1峰大约位于0.1-10ms的弛豫时间段内，代表煤粉颗粒内部的吸附孔(孔隙直径小于0.1μm)中的水；P2峰弛豫时间大概为10-100ms，主要由颗粒内部渗流孔内水的表面弛豫作用产生的信号量；P3峰弛豫时间位于100-10000ms之间，代表的是煤粉颗粒间水，主要是由水的体驰豫及颗粒表面产生的表面弛豫信号组成。

在理想平面水滴的接触角可以定义为三相(气、液、固)周界面张力相互作用的结果(参见附图2)，当受力达到平衡时满足杨氏方程：

δ_sg-δ_ls＝δ_lgcosθ

其中，δ_lg为气、水之间的界面张力；δ_sg为固体与气体之间的界面张力；δ_ls为液体和固体之间的界面张力；θ为水在固体表面的接触角。公式中，δ_sg-δ_ls定义为表面润湿张力或者附着张力，是驱动水在固体表面运移的动力。