煤田地质与勘探

作者：张和伟, 申建, 李可心, 吴财芳,

关键词：气−水产出, 核磁共振成像, 孔隙结构, 动力学机制, 鄂尔多斯盆地,

背景深部煤层气开发面临CH4−H2O两相流动的温−压协同效应认知不清的难题，制约着深部煤层气高效排采制度的建立。方法以鄂尔多斯盆地东缘关家崖煤矿13号煤为研究对象，采用低场核磁共振(LF−NMR)和核磁成像(NMRI)技术，探究了不同驱替压力(2~8 MPa)和温度条件(25与60 ℃)下，CH4驱水的动态过程及其产出机理。结果和结论试样以微孔和介孔为主，水分分布非均质性强，受孔裂隙和层理结构的控制。常温25 ℃驱替下，随着驱替压力和时间的增加，核磁信号呈现显著的非单调变化特征：2 MPa阶段，气−水饱和度显著降低，宏孔水分快速排出；4、6 MPa阶段，气−水饱和度反常升高，主要源于甲烷的吸附作用；8 MPa阶段，气−水饱和度再次降低。NMRI图像揭示了气−水沿注入方向推进并向中轴汇聚的特征，逐渐形成“注入端气饱和−中段气/水共存−出口端残余水”的分带式分布格局。相对而言，高温(60 ℃)驱替下，气−水饱和度下降幅度更大(16.67%)，而常温下仅下降11.2%；且高温条件下4、6 MPa阶段未出现信号回升现象，表明高温抑制了甲烷在中等压力下的吸附滞留；但是，8 MPa阶段仍出现信号回升，揭示高压下吸附能力重新增强的转变。进一步分析表明，CH4−H2O的非线性流动特征是压力驱动下孔隙结构响应、甲烷吸附−膨胀、界面传质与多尺度流动耦合的复杂动力学过程。在深部煤层气开发中应合理调控生产压差，避免诱发严重水锁，同时考虑温度效应以实现气−水协同高效产出，建议温度60 ℃左右的储层生产初期将生产压差控制在4~6 MPa。研究成果为深部煤层气生产压差的设定选取提供了实验参考和理论依据。

来源：2026年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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