应力作用下孔隙-裂隙系统动态变化的低场核磁共振松弛分形分析：贵州西部煤的实验研究

为了定量分析孔隙-断裂系统在应力作用下的动态变化，采用了低场核磁共振（NMR）方法来确定中国贵州西部的六个煤炭样品的应力敏感性。核磁共振T2分布显示，随着煤炭等级的增加，由于孔隙率的降低，煤炭变得相当紧凑，具有短弛豫时间（≤2.5毫秒）的吸附空间（≤100纳米）逐渐成为主导。随着封闭压力从0到12兆帕的增加，可以观察到长弛豫时间（>2.5毫秒）的峰面积明显减少。此外，低等级的煤具有更高的应力敏感性，由于渗流空间的压缩和封闭（>100纳米），吸附空间出现了增加。当压力卸载时（12 MPa→0 MPa），孔隙和断裂结构的破坏不能完全逆转。此外，用核磁共振分形理论计算了吸附空间分形D₁（T₂≤2.5ms）、渗流空间分形D₂（T₂>2.5ms）和总孔隙空间分形D_NMR（0<T₂≤10000ms）。D₁一般小于2，这不符合分形几何理论。D₂和D_NMR与煤的等级、吸附空间的比表面积和Langmuir体积有正的线性关系，而它们都随着孔隙率和渗透性的增加而减少。较高的D₂和D_NMR表示较强的吸附能力。随着封闭压力的增加，由于渗流空间的封闭，D₂逐渐增加。此外，用核磁共振结果计算的裂隙压缩性（C_f）表明，C_f不是一个恒定的因素，而是随着压力的增加呈现出下降的趋势。用C_f和初始渗透率也计算出了不同压力下的渗透率，随着压力的增加，渗透率呈指数式下降。动态渗透率与D₂之间的负线性关系表明，D₂高的煤具有低的流动能力。本研究结果提供了一种直观的方法来量化不同孔隙大小内的煤储层的应力敏感性。