【土木专栏】二氧化碳和氦气对煤润湿性的影响研究

煤润湿性常用测定方法

上述各测定方法均存在一定的局限性，对于低孔低渗的煤样，通常以驱替为基础的离心泵法和Amott法，但驱替效果并不明显，且测量费时；另外，大多数方法针对的是液体的润湿性，而并不适用于气体的润湿性。这就需要一种新型、快速、无损的方法来弥补上述方法的不足。

LF-NMR技术无疑为不二之选，可以通过观察核磁共振T2图谱中吸附水、毛管束缚水和自由水的状态之间相互转化，进而可以判断其润湿性的改变程度。

选取低阶煤，镜质组最大反射率为0.81%。试验前，将煤样磨制呈200~250μm，放入110℃的空气干燥箱内干燥直至恒重，完成样品的预处理。具体实验流程如下图所示。

试验流程图1

试验流程图2

试验所采用的仪器为全直径岩心核磁共振成像分析系统MiniMR60，该仪器装置中的密封罐( 盛装湿煤粉) 以及高压样品罐( 盛装CO2和煤-水反应)均为无磁材料研制而成。试验具体参数设置详见文献。

图1 湿煤粉自然饱和水过程中T2谱的变化曲线

从图1中可以看出，随着煤粉吸水饱和时间的增加，毛管束缚水峰值向左偏移，峰面积逐渐减少，而吸附水峰面积则逐渐增大。

图2 湿煤粉在4MPa压力CO2条件下饱和水的T2谱变化曲线

从上图可以看出，核磁共振T2谱为双峰结构，随着吸水时间的增加，吸附水峰的面积逐渐增加，毛管束缚水峰向左缓慢移动，峰面积有所降低，但不明显。

图3 湿煤粉在4MPa压力He条件下饱和水的T2谱变化曲线

分析上图可知，在初始时刻为双峰结构，随着吸水时间的增加，吸附水峰面积逐渐增大，而毛管束缚水峰也向左缓慢移动，最后大部分消失转变为吸附水峰。

图4 不同条件下各相态水质量分数和T2随时间变化