在我(wo)國的能源(yuan)戰略中，煤(mei)層氣(qi)作為(wei)壹種(zhong)非(fei)常規(gui)天然氣(qi)資源(yuan)，其(qi)商業化開發意(yi)義重大(da)。然而，煤(mei)層氣(qi)開采長期面臨“采出率低、效(xiao)益(yi)差(cha)"的困境(jing)。要(yao)實現高效(xiao)的煤層氣(qi)提高采收率，必(bi)須(xu)攻(gong)克(ke)儲層低滲透、強非(fei)均(jun)質(zhi)性(xing)和改(gai)造(zao)效(xiao)果評估(gu)滯後三大核(he)心痛點。在這(zhe)壹背景(jing)下(xia)，低場核(he)磁(ci)共(gong)振技(ji)術 以其獨(du)特的無損(sun)、精準(zhun)、動態(tai)監(jian)測能(neng)力，正成(cheng)為(wei)解鎖(suo)煤層氣(qi)藏潛(qian)能(neng)、優(you)化(hua)增(zeng)產(chan)措施(shi)的革命(ming)性(xing)工具(ju)，尤(you)其是在指(zhi)導(dao)二(er)氧(yang)化(hua)碳競爭(zheng)吸附解析(xi) 等(deng)前沿(yan)增(zeng)采技(ji)術方面，展現出(chu)無可(ke)-比擬的優(you)勢(shi)。

壹(yi)、應(ying)用背景(jing)：煤(mei)層氣(qi)開采為(wei)何呼(hu)喚(huan)新(xin)技(ji)術？

傳統的煤層氣(qi)開采依賴(lai)於降壓解(jie)吸，但煤(mei)儲(chu)層獨(du)特的“雙(shuang)孔(kong)隙結(jie)構"（基(ji)質(zhi)孔(kong)隙和裂(lie)隙系統）帶來了(le)巨(ju)大挑(tiao)戰：

氣(qi)體(ti)解(jie)吸困難：超(chao)過(guo)90%的煤層氣(qi)以吸附態(tai)存(cun)在於煤基(ji)質(zhi)的微納(na)米(mi)孔(kong)隙中。這(zhe)些孔(kong)隙連通(tong)性(xing)差(cha)，導(dao)致氣(qi)體(ti)難(nan)以解吸並流向井筒(tong)。

儲(chu)層“看(kan)不(bu)清(qing)"：煤(mei)儲層非(fei)均(jun)質(zhi)性(xing)極-強，裂(lie)隙網絡分布(bu)如(ru)同錯綜(zong)復雜(za)的“地下(xia)迷(mi)宮"。常規(gui)測井(jing)和(he)巖(yan)心分析難(nan)以精準描(miao)繪(hui)出流體(ti)的有效(xiao)運移通(tong)道(dao)。

措(cuo)施(shi)“盲(mang)目(mu)性(xing)"：註水壓(ya)裂(lie)等(deng)儲層改(gai)造(zao)措(cuo)施(shi)的效(xiao)果評估(gu)嚴(yan)重滯後，無法(fa)實(shi)時(shi)獲知壓(ya)裂(lie)裂(lie)縫(feng)的延伸(shen)情況(kuang)和(he)氣(qi)體(ti)解(jie)吸動態(tai)，導(dao)致開發方案(an)調整猶如“盲(mang)人(ren)摸(mo)象(xiang)"。

因此(ci)，行(xing)業亟需(xu)壹種(zhong)能夠“直視(shi)"煤(mei)孔(kong)隙內部、動態(tai)追蹤(zong)氣(qi)體(ti)運移、並(bing)科(ke)學(xue)評估(gu)增(zeng)產(chan)效(xiao)果的技(ji)術。低場核(he)磁(ci)共(gong)振技(ji)術 的引入(ru)，恰(qia)好填(tian)-補(bu)了(le)這(zhe)壹空(kong)白(bai)。

二、技(ji)術原(yuan)理：低場核(he)磁(ci)共(gong)振如(ru)何“看(kan)清(qing)"煤(mei)層氣(qi)？

低場核(he)磁(ci)共(gong)振技(ji)術的核(he)心在於利用(yong)氫(qing)原(yuan)子核(he)（¹H）在磁(ci)場中的弛(chi)豫(yu)特性(xing)來探(tan)測物(wu)質(zhi)內部(bu)信(xin)息。在煤層氣(qi)研究(jiu)中，氫(qing)原(yuan)子存在於水、甲烷（CH₄）等(deng)流(liu)體(ti)中。

其(qi)基本原(yuan)理是：
當煤(mei)巖(yan)樣品或(huo)儲(chu)層處於壹個(ge)穩定的主磁(ci)場中，其(qi)中的氫(qing)原(yuan)子核(he)會被極化。施加(jia)壹個(ge)特(te)定的射頻脈沖(chong)後，氫(qing)核(he)會發生共(gong)振，吸收能量(liang)。當(dang)脈沖(chong)停止(zhi)，氫(qing)核(he)會逐(zhu)漸釋放(fang)能量(liang)並(bing)恢復到初始(shi)狀(zhuang)態(tai)，這(zhe)個過(guo)程(cheng)稱(cheng)為(wei)“弛(chi)豫(yu)"。弛(chi)豫(yu)過程(cheng)包含兩(liang)個時(shi)間(jian)常數(shu)：橫向弛(chi)豫(yu)時(shi)間(jian)（T₂）和縱向弛(chi)豫(yu)時(shi)間(jian)（T₁）。

對(dui)於煤層氣(qi)研究(jiu)而言，T₂弛(chi)豫(yu)譜是(shi)關(guan)鍵的診斷工具(ju)：

小(xiao)孔(kong)隙對(dui)應(ying)短T₂：束縛(fu)在煤基質(zhi)微小(xiao)孔(kong)隙中的水或(huo)吸附氣(qi)，受(shou)孔(kong)壁(bi)作用強，弛(chi)豫(yu)很快(kuai)，T₂時(shi)間(jian)短。

大孔(kong)隙/裂(lie)隙對(dui)應(ying)長T₂：存(cun)在於大孔(kong)隙或裂(lie)隙中的自由水(shui)或遊(you)離氣(qi)，受(shou)束縛(fu)小(xiao)，弛(chi)豫(yu)慢(man)，T₂時(shi)間(jian)長。

通(tong)過(guo)解(jie)析(xi)T₂弛(chi)豫(yu)譜的分布(bu)，研究(jiu)人員(yuan)可(ke)以：

精準識別吸附氣(qi)與(yu)遊離氣(qi)的含量(liang)與(yu)分布(bu)。

定量表(biao)征煤巖(yan)的孔(kong)隙結(jie)構，區(qu)分微孔(kong)、中孔(kong)、大(da)孔(kong)和(he)裂(lie)隙，並計(ji)算滲透率。

無損(sun)、動態(tai)地(di)監(jian)測氣(qi)體(ti)解(jie)吸、驅替的整個過(guo)程(cheng)。

三、核(he)心應用(yong)：在二氧化碳競爭(zheng)吸附解析(xi)中的精準(zhun)導航(hang)

二氧(yang)化碳(tan)競爭(zheng)吸附解析(xi) 是(shi)當前(qian)最-具(ju)潛(qian)力的煤層氣(qi)提高采收率 技(ji)術之壹。其(qi)原(yuan)理是向煤層註入CO₂，利(li)用CO₂與(yu)CH₄在煤基質(zhi)上的吸附能力差(cha)異（CO₂的吸附能力通(tong)常是CH₄的2-4倍(bei)），將(jiang)CH₄“置換(huan)"出(chu)來，同時(shi)還能(neng)實(shi)現CO₂的地質(zhi)封存(cun)，壹舉兩得。

然而，這(zhe)壹過(guo)程(cheng)在微觀(guan)尺(chi)度如何發生？註入的CO₂如何與(yu)CH₄競爭(zheng)？置換(huan)效(xiao)率如何？這(zhe)些問題傳(chuan)統技(ji)術無法(fa)解(jie)答。低場核(he)磁(ci)共(gong)振技(ji)術 在此(ci)扮演了(le)“實時(shi)CT"的角色(se)：

可(ke)視(shi)化(hua)競爭(zheng)過(guo)程(cheng)：通(tong)過(guo)持(chi)續(xu)監(jian)測註入CO₂前(qian)後煤巖(yan)樣品的T₂譜變化，可(ke)以清(qing)晰(xi)看到代表(biao)吸附CH₄的信(xin)號(hao)峰(feng)（主要(yao)在短T₂區域）如(ru)何衰(shuai)減(jian)，而代(dai)表(biao)CO₂吸附或遊(you)離(li)態(tai)流(liu)體的信(xin)號(hao)如(ru)何增(zeng)強，直觀(guan)展示(shi)“競爭(zheng)吸附"的動態(tai)過(guo)程(cheng)。

量化(hua)置換(huan)效(xiao)率：通(tong)過(guo)譜圖(tu)積(ji)分計(ji)算，可(ke)以精確量(liang)化(hua)在不(bu)同壓(ya)力、溫度條件(jian)下，單位CO₂註入量(liang)所能(neng)置換(huan)出(chu)的CH₄量，為(wei)優(you)化(hua)註入參(can)數(shu)提供(gong)直接數(shu)據支(zhi)撐(cheng)。

揭(jie)示(shi)機(ji)理與(yu)路徑(jing)：核(he)磁(ci)共(gong)振成(cheng)像（MRI）功(gong)能可(ke)以二維/三(san)維可(ke)視(shi)化(hua)CO₂-CH₄的驅替前沿(yan)，揭(jie)示(shi)氣(qi)體(ti)是(shi)均(jun)勻推(tui)進(jin)還是(shi)優(you)勢(shi)通(tong)道(dao)竄流，從(cong)而指(zhi)導(dao)如(ru)何優(you)化(hua)註入策(ce)略(lve)以避免CO₂過(guo)早(zao)突破(po)，提高波(bo)及效(xiao)率和采收率。

面對(dui)煤(mei)層氣(qi)提高采收率 的嚴(yan)峻(jun)挑(tiao)戰，低場核(he)磁(ci)共(gong)振技(ji)術 憑借其在對(dui)孔(kong)隙結(jie)構的精準(zhun)刻畫、對(dui)流(liu)體動態(tai)的無損(sun)監(jian)測，特(te)別是在優(you)化(hua)二(er)氧(yang)化碳競爭(zheng)吸附解析(xi) 工藝中的卓(zhuo)-越表(biao)現，正(zheng)成為(wei)推(tui)動煤(mei)層氣(qi)產(chan)業降本增(zeng)效(xiao)的核(he)心科(ke)技(ji)驅(qu)動力。