液氮循环冻结煤体融化过程未冻水含量特征及其对孔隙的影响机制

孔隙未冻水含量和分布特征可以反映煤体融化程度,融化程度影响冰孔隙大小,直接决定孔隙渗透性,影响煤层气开采效率.研究冻结条件下煤体冰水相变过程特征,对精准评价煤层低温致裂效率具有重要意义.实验以冻结态饱水烟煤为研究对象,使用核磁共振技术研究煤样融化过程孔隙特征,综合测量T2曲线、累计孔隙度以及累计孔喉分布,定量分析煤样融化过程孔隙结构.实验结果表明,液氮循环冻结煤体融化过程中,首先融化出小孔结构,后融化出中大孔结构,且融化前期孔隙连通性较差.通过计算T2曲线面积,验证了融化过程未冻水含量与温度呈指数关系,并建立拟合函数.同时,根据煤样累计孔隙度与累计孔喉分布将融化过程划分为3个阶段,分别为加速融化阶段(-196～-30℃)、稳定融化阶段(-30～-5℃)以及快速融化阶段(-5～10℃).热力学分析表明,低温下煤样未冻水含量同时受到孔隙压力与孔径分布影响,孔隙压力越大、小孔结构越丰富的煤样未冻水含量越多.总结了基于液氮循环冻融孔隙扩张收缩以及局部导热特性分析体系,涉及T2图谱分析、导热组分划分、融化速度计算等关键问题,进而分析液氮循环次数造成的煤样融化速度差异.计算结果表明,液氮循环冻结10次时煤样平均融化速度最快,小孔、中孔与大孔冰的最大融化速度分别为0.632％/℃、0.582％/℃和0.521％/℃.