基于低场核磁共振技术的液态CO2循环致裂煤体孔隙特征演化规律

摘要

煤层低孔渗特征成为制约瓦斯高效率抽采的主要瓶颈,现多采用强化致裂增透技术来改造煤储层孔隙结构,旨在提高煤体渗透率.液态CO2循环致裂能够通过循环热应力、相变致裂及疲劳损伤的耦合效应协同致裂煤体,可联合低场核磁共振技术实现煤体孔裂隙结构的定量表征,而基于核磁共振技术对液态CO2循环作用煤体孔隙的几何特征演化规律研究较少.基于自主研发的液态CO2循环致裂试验平台,对多个褐煤试样进行循环冲击作用,采用低场核磁弛豫技术对循环作用煤体的孔裂隙结构进行统计监测,并结合几何分形理论探讨了渗流孔分形维数Ds、有效贯通孔分形维数De、T2截止值、孔隙率、渗透率的耦合关系.统计分析液态CO2循环作用后煤体端面不同裂隙形态的差异性与基质非均质性、原始孔裂隙结构的相互关系;"饱水-离心"联测法获得的T2弛豫谱曲线表征液态CO2循环作用煤体的总孔隙率Φt、有效孔隙率Φe核磁渗透率kSDR-d及其增长率△kSDR-d均有所增加,利用基于T2谱构建的几何分形计算模型,论证了渗流孔和有效贯通孔具有较好的分形特征,而吸附孔不具备分形特征.Ds与T2截止值存在"快速增大—缓慢增大"的指数拟合关系,分别与Φt,Φe,kSDa-d和△kSDR-d存在负相关关系,而De分别与Φe和△kSDR-d呈正相关,揭示了液态CO2循环作用能够促进煤基质内多尺度孔裂隙结构的扩容及延伸,裂隙间的贯通率和渗透特性大幅提升.