深部煤层气储层中吸附态与游离态甲烷的核磁共振定量表征与预测模型研究

本文创新性地结合等温吸附实验与实时核磁共振（NMR）技术，定量解析了深部煤层气（CBM）储层中吸附态（T2=0.01-10ms）与游离态（T2=100-10000ms）甲烷的动态分布规律。基于超临界Dubinin-Radushkevich（S-DR）理论构建的预测模型，首次确定了临兴-神府区块吸附气临界深度阈值（2200-2400m）和最佳开发深度区间（1600-2400m），为深部CBM资源评估与开发提供了重要理论支撑。

　　

Highlight

1D核磁共振谱中，吸附态甲烷的横向弛豫时间(T₂)为0.01-10ms，游离态甲烷为100-10000ms；2D谱中二者纵向弛豫时间比(T₁/T₂)分别为10-1000和1-10。压力升高时，游离气含量呈线性增长，吸附气则呈对数增长——就像海绵吸水一样，初期吸附迅猛，后期逐渐饱和。

Characterization of adsorbed and free methane by 1D NMR

甲烷在煤中的T₂谱呈现典型双峰分布：短峰(P1)对应微孔吸附态甲烷，长峰(P2)代表大孔隙游离态甲烷。就像用分子尺子丈量，吸附气含量随镜质体反射率(R_o)升高而增加，但会被温度"烫"得逐渐减少。

Model for predicting adsorbed gas

基于超临界Dubinin-Radushkevich(S-DR)理论构建的预测模型，巧妙解决了深部储层甲烷超临界状态的难题。这个分子级"计算器"通过温度(T)、压力(P)和极限吸附量(V_L)等参数，精准预测吸附气含量——就像为深部煤层气装上了GPS定位系统。

Sensitivity parameters of the predictive model

模型敏感性分析揭示：温度每升高1°C，吸附气含量就"畏缩"0.5-1.5cm³/g；而孔隙压缩系数就像弹簧，压力越大，游离气存储空间被压缩得越厉害。在临兴-神府区块，1600m以下开始出现游离气，2400m以下吸附气含量反而随深度"跳水"。

Conclusions

(1) 1D/2D NMR技术成功绘制了甲烷分子"身份证"；(2) 建立的S-DR模型就像深部煤层气的"气象预报站"，可预测1600-2400m最佳开发甜点区；(3) 不同区块因煤阶、地温梯度等差异，需要定制化分析——这项研究为解锁深部煤层气宝藏提供了金钥匙。