摘要： 为探究煤层注水与氮气驱替条件下残余水的赋存机制及动态分布规律,提升两项技术在煤层气开采中的联合应用效果,以乌东烟煤煤样为研究对象,基于低场核磁共振设备及配套气液两相注入、高温高压循环系统,开展固定注水压与变化氮气驱替压、变化注水压与固定氮气驱替压两种条件下的注水注氮联合驱替实验。提出残余水饱和度指标计算公式及区分煤体残余水赋存与运移结构分形特征的方法,探讨注水条件下煤体不同尺度孔隙动态演化过程,并结合NMR三维可视化表征技术分析联合注水注氮条件下残余水赋存机制。结果表明:6 MPa 氮气驱替后,与注水饱和状态相比,大孔及裂隙残余饱和度降至4.92％(降幅最大),中孔降至77.46％,微小孔降至97.64％(降幅最小);不同尺度孔隙氮气驱替难度排序为:微小孔>中孔>大孔及裂隙。注水注氮交替存在“氮气阻碍”现象,即注入的氮气会抑制二次注水效果,且与大尺度孔裂隙相比,煤样内赋存的氮气对小尺度孔隙的影响更显著。联合多重分形理论与“T_2c”截止值法,提出“T_2rc”残余截止值法,用于界定残余水赋存结构与运移结构,实验煤样T_2rc值分别为108.8和27.57 ms。煤层注水对煤体残余水的赋存结构与运移结构均具有扩展效应,且随注水压升高而显著增强。煤体赋存结构与运移结构的残余水饱和度随注水压升高呈相反的演化趋势:由微小孔主导的赋存结构,经扩展改造后水分赋存含量增加,且因该类孔隙驱替难度大,残余水饱和度升高;由大孔及裂隙主导的运移结构,扩展改造后孔裂隙连通性增强,降低了驱替难度,残余水饱和度下降。

关键词: 残余水, 核磁共振, 残余饱和度, 孔隙度, 分形维数, 动态演化

中图分类号: 

• TD 845