專利名稱：一種測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤儲(chǔ)層含水特性測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的方法。
背景技術(shù)：
煤儲(chǔ)層中的水具備多樣化的儲(chǔ)存和運(yùn)移樣式，對(duì)煤層氣開采具有不同的意義。煤中存在的水不僅影響煤中甲烷的吸附、解吸和產(chǎn)出，同時(shí)影響煤層氣開發(fā)過程中的工程措施決策。常規(guī)煤炭工業(yè)分析中將煤中的水分分為外在水分和內(nèi)在水分，外在水分是存在于煤粒表面和煤粒裂縫及非毛細(xì)孔的空穴中的水，內(nèi)在水分是存在煤的毛細(xì)管中的水分，然 而在實(shí)際測(cè)量中由于煤從脫去外在水分到脫去內(nèi)在水分是個(gè)連續(xù)而復(fù)雜的過程，二者間難以嚴(yán)格分開。因此工業(yè)分析中的外在水分和內(nèi)在水分不是按照其理論定義來劃分的，而是按測(cè)量方法或者是測(cè)量條件來定義的。所謂外在水分是在環(huán)境溫度和濕度條件下，煤與大氣接近濕度平衡時(shí)失去的那部分水，而留下的水分則為內(nèi)在水，這與以表面吸附和毛細(xì)管吸附為根據(jù)的理論劃分有所出入。第一，當(dāng)煤與環(huán)境溫度和濕度達(dá)到平衡時(shí)不僅失去了外在水，部分毛細(xì)管吸附的內(nèi)在水也會(huì)失去；第二，這種方式測(cè)量的結(jié)果隨測(cè)量環(huán)境的不同而不同。從煤作為儲(chǔ)層以及煤層氣開發(fā)的角度來說，簡(jiǎn)單地測(cè)量煤樣的外在水分和內(nèi)在水分已不能滿足儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的要求，而是應(yīng)該將飽和水煤樣的水分按照其對(duì)煤層氣賦存及產(chǎn)出的影響分為吸附水、毛管束縛水和自由水更為合理。自由水即存在于煤樣裂隙及非毛細(xì)管的空穴中的水，在重力作用下其容易流出；毛管束縛水指存在于煤毛細(xì)管孔隙中的水分，其由于毛管力的作用不能在重力狀態(tài)下流出；吸附水則是存在于煤的微、小孔隙中，由于煤內(nèi)表面強(qiáng)的表面吸附力使得其極難移動(dòng)。自由水的狀態(tài)影響煤儲(chǔ)層的滲透率和原位儲(chǔ)層壓力；毛管束縛水和吸附水的狀態(tài)則影響煤的吸附能力和氣體儲(chǔ)存。準(zhǔn)確測(cè)定不同狀態(tài)水分的含量對(duì)于評(píng)價(jià)煤中水分對(duì)煤層氣吸附、解吸、擴(kuò)散和儲(chǔ)集的影響至關(guān)重要。因此，如何測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量是當(dāng)前需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的方法，解決了如何測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的方法，包括對(duì)飽和煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣的橫向弛豫時(shí)間T2譜，計(jì)算各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積；根據(jù)得到的預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的換算方式，將各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積轉(zhuǎn)換為不同狀態(tài)水的體積百分含量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，應(yīng)用本發(fā)明，能夠同時(shí)、快速、無損地測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分的含量，而且測(cè)量值不受外界環(huán)境的影響；而且本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)便。


圖I為I號(hào)飽和樣品核磁共振T2譜特征及其與不同狀態(tài)水的對(duì)照關(guān)系圖；圖2是本發(fā)明的測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的方法的流程圖；圖3為孔隙度標(biāo)準(zhǔn)樣品核磁共振T2譜；圖4為利用標(biāo)準(zhǔn)樣品的核磁T2譜擬合的標(biāo)定曲線圖；圖5為2-5號(hào)飽和煤樣的核磁共振T2譜；
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的方法主要通過低場(chǎng)核磁共振技術(shù)測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量。對(duì)于飽和水樣品，低場(chǎng)核磁共振技術(shù)探測(cè)的是樣品中水的H原子核，其信號(hào)與樣品中水的含量成正t匕，而且存在于不同大小孔隙中的水分具有不同的橫向弛豫時(shí)間(T2)特征，弛豫時(shí)間越長代表其觀測(cè)的水分所存在的孔隙半徑越大。如圖I所示，煤樣的低場(chǎng)核磁共振T2譜一般具有“三峰”的特征，其譜峰分別在O. 1-2. 5ms、5-50ms、100-300ms，分別稱其為S1' S2, S3。然而三個(gè)譜峰在每一個(gè)飽和煤樣中存在與否與樣品的孔隙特征有關(guān)，其間以兩峰之間的最低點(diǎn)或譜峰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為分界。S3的存在直接和煤樣中裂縫以及大孔有關(guān)，且當(dāng)飽和樣品在空氣中靜置3-5小時(shí)后基本消失，代表了自由水；S2的譜峰在200Psi離心力作用下離心I小時(shí)左右基本消失，為毛管束縛水A1則在所有的煤樣中均存在，且譜峰最高，代表了吸附水。因此，低場(chǎng)核磁共振技術(shù)能夠很好地區(qū)分不同大小孔隙中的水分含量，并能夠同時(shí)有效識(shí)別煤中吸附水、毛管束縛水和自由水的含量。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的方法首先對(duì)飽和煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣的橫向弛豫時(shí)間T2譜，計(jì)算各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積，將各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積轉(zhuǎn)換為不同狀態(tài)水的體積百分含量，具體步驟如下所示I)制作標(biāo)樣用蒸餾水配置一定濃度的MnCl2溶液，使其橫向弛豫時(shí)間T2保持在IO-IOOms之間，等間隔質(zhì)量地取上述溶液制成不同孔隙度((10%)的標(biāo)準(zhǔn)樣品；2)建立標(biāo)線方程設(shè)置儀器測(cè)量參數(shù)回波時(shí)間為O. 10ms，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品T2譜，將標(biāo)準(zhǔn)樣品的孔隙度作為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)單位體積標(biāo)準(zhǔn)樣品T2譜積分面積作為縱坐標(biāo)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的線性回歸方法擬合標(biāo)線方程Y=AX ；3)飽和樣品用游標(biāo)卡尺測(cè)量柱狀煤樣尺寸后，將煤樣在真空度彡-O. 095MPa的真空壓力下干抽2小時(shí)，濕抽大于10小時(shí),使煤樣飽和水；4)樣品測(cè)量將飽和煤樣用濕紙巾擦拭表面水分后，設(shè)置儀器測(cè)量參數(shù)回波時(shí)間為O. 10ms，對(duì)飽和水煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣T2譜，分別計(jì)算譜峰SpS2、S3單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積Mp M2、M3 ;5)水含量計(jì)算將Mp M2' M3帶入標(biāo)線方程即分別求得煤樣中吸附水、毛管束縛水和自由水的體積百分含量。如圖2所示，本發(fā)明的測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的方法，包括以下步驟
步驟110、對(duì)飽和煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣的橫向弛豫時(shí)間T2譜，計(jì)算各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積；還包括將煤樣在真空度小于等于-O. 095MPa的真空壓力下干抽2小時(shí)，且濕抽大于10小時(shí)后，得到所述飽和煤樣。所述對(duì)飽和煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣的橫向弛豫時(shí)間T2譜，計(jì)算各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積的步驟，包括將所述飽和煤樣去除表面水分后，設(shè)置儀器測(cè)量參數(shù)回波時(shí)間為O. 10ms，對(duì)飽和煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣的T2譜；分別計(jì)算Si、S2、S3譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積Mp M2、M3。步驟120、根據(jù)得到的預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的換算方式，將各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積轉(zhuǎn)換為不同狀態(tài)水的體積百分含量。 所述得到預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的換算方式的步驟，包括所述標(biāo)準(zhǔn)樣品是通過蒸餾水配置的MnCl2溶液，其T2時(shí)間保持在IO-IOOms之間，等間隔質(zhì)量地取上述溶液制成不同孔隙度的標(biāo)準(zhǔn)樣品，其中孔隙度設(shè)置為小于等于10% ；設(shè)置儀器測(cè)量參數(shù)回波時(shí)間為O. 10ms，對(duì)不同孔隙度的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得其T2譜，建立單位體積標(biāo)準(zhǔn)樣品的T2譜積分面積與孔隙度之間的換算方式Y(jié)=AX，其中標(biāo)準(zhǔn)樣品的孔隙度作為橫坐標(biāo)X，對(duì)應(yīng)單位體積標(biāo)準(zhǔn)樣品T2譜積分面積為縱坐標(biāo)Y，A為單位體積水的核磁共振信號(hào)幅度，A為常數(shù)。所述根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的換算方式，將各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積轉(zhuǎn)換為不同狀態(tài)水的體積百分含量，包括根據(jù)得到的單位體積標(biāo)準(zhǔn)樣品T2譜積分面積與孔隙度之間的換算方式Y(jié) = AX，通過得到的所述各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積Mp M2、M3,分別計(jì)算得到煤樣中吸附水、毛管束縛水和自由水的體積百分含量。下面通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中試驗(yàn)材料5個(gè)直徑為25_長度不等的柱狀煤樣、蒸餾水、MnCl20試驗(yàn)儀器:AniMR(全直徑巖心核磁共振成像分析系統(tǒng))，其共振頻率12. 15MHz，磁體強(qiáng)度O. 285T，探頭線圈125mm，磁體穩(wěn)定控制在31. 99-32. 00°C。制備標(biāo)準(zhǔn)樣品用量杯盛取一定量的蒸餾水，向蒸餾水中加入少量MnCl2固體，使其充分溶解，直到上述MnCl2溶液橫向弛豫時(shí)間T2處于IO-IOOms之間。將配置的溶液用數(shù)字滴定儀分別取I. 0,2. 0,3. 0,4. 0,5. 0,6. Oml至可燒制封閉的規(guī)格為Φ25mmX 20mm的玻璃器皿中，燒制密封，制成對(duì)應(yīng)體積為100ml，孔隙度分別為1%、2%、3%、4%、5%、6%的標(biāo)準(zhǔn)樣品O制備試驗(yàn)樣品取5個(gè)不同煤級(jí)煤樣,鉆取直徑為25mm的柱狀巖心樣品，編號(hào)I、
2、3、4、5。主要過程，如下所示I)設(shè)置儀器測(cè)量參數(shù)回波時(shí)間為O. 10ms，對(duì)配置好的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得其T2譜，如圖3 ;求取單位體積標(biāo)準(zhǔn)樣品的T2譜積分面積，具體結(jié)果如下表I :
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的方法，其特征在于，包括 對(duì)飽和煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣的橫向弛豫時(shí)間T2譜，計(jì)算各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積； 根據(jù)得到的預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的換算方式，將各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積轉(zhuǎn)換為不同狀態(tài)水的體積百分含量。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， 所述得到預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的換算方式的步驟，包括 所述標(biāo)準(zhǔn)樣品是通過蒸餾水配置的MnCl2溶液，其T2時(shí)間保持在IO-IOOms之間，等間隔質(zhì)量地取上述溶液制成不同孔隙度的標(biāo)準(zhǔn)樣品，其中孔隙度設(shè)置為小于等于10% ； 設(shè)置儀器測(cè)量參數(shù)回波時(shí)間為O. 10ms，對(duì)不同孔隙度的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得其T2譜，建立單位體積標(biāo)準(zhǔn)樣品T2譜積分面積與孔隙度之間的換算方式Y(jié) = AX，其中標(biāo)準(zhǔn)樣品的孔隙度作為橫坐標(biāo)X，對(duì)應(yīng)單位體積標(biāo)準(zhǔn)樣品T2譜積分面積為縱坐標(biāo)Y，A為單位體積水的核磁共振信號(hào)幅度。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， 還包括將煤樣在真空度彡-O. 095MPa的真空壓力下干抽2小時(shí)，濕抽大于10小時(shí)后，得到所述飽和煤樣。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述對(duì)飽和煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣的橫向弛豫時(shí)間T2譜，計(jì)算各譜峰單位體積飽和煤樣T2譜的積分面積的步驟，包括 將所述飽和煤樣去除表面水分后，設(shè)置儀器測(cè)量參數(shù)回波時(shí)間為O. 10ms，對(duì)飽和煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣的T2譜，分別計(jì)算各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積W、M2、M3，其中不同的譜峰其間以兩峰之間的最低點(diǎn)或譜峰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為分界。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于， 所述根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的換算方式，將各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積轉(zhuǎn)換為不同狀態(tài)水的體積百分含量的步驟，包括 根據(jù)得到的單位體積標(biāo)準(zhǔn)樣品T2譜積分面積與孔隙度之間的換算方式Y(jié) = AX,通過得到的所述各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積Mp M2、M3,分別計(jì)算得到煤樣中吸附水、毛管束縛水和自由水的體積百分含量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的方法，包括對(duì)飽和煤樣進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振測(cè)量，獲得飽和煤樣的橫向弛豫時(shí)間T2譜，計(jì)算各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積；根據(jù)得到的預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的換算方式，將各譜峰單位體積飽和煤樣的T2譜的積分面積轉(zhuǎn)換為不同狀態(tài)水的體積百分含量。本發(fā)明解決了如何測(cè)量煤中不同狀態(tài)水分含量的問題。
文檔編號(hào)G01N24/08GK102944571SQ20121039527
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者姚艷斌, 劉俊剛, 劉大錳, 吳建國 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)