随着全球能源需求持续增长，煤炭与非常规油气资源的开发成为保障能源安全的关键。我国煤层气资源丰富，但煤层普遍具有低渗透率、高吸附性、复杂孔隙结构的特征，导致瓦斯抽采效率低、采收率较低。水力压裂技术作为提高油气采收率的关键手段，自上世纪年发展以来，已广泛应用于低渗、致密储层，通过创建人工裂缝网络来增强流体流动能力，从而显著提升采收率。

水力压裂提高采收率的本质在于改造储层孔隙结构，有以下方式：裂缝扩展：高压流体撑开天然裂隙，形成主裂缝并衍生分支裂缝；孔隙活化：压裂液渗入煤基质微纳米孔隙，解除瓦斯吸附束缚，增强解吸-扩散能力；连通性提升：裂缝贯通孤立孔隙，构建流体运移高速通道等。

传统岩心分析或微CT扫描等方法存在破坏性强、效率低等局限，难以原位、动态监测压裂过程中的微观孔隙变化。尤其压裂过程中孔隙-裂隙动态扩展的实时监测；多尺度孔隙的定量区分；瓦斯/水相态在孔隙内的赋存与运移行为解析等难以表征。

低场核磁共振技术填补了这一空白，进行温度场、压力场、渗流场、化学场等多场耦合，实现“近原位、高仿真”的地层环境模拟，无损、快速测量流体弛豫信号，实现孔隙大小分布（如微孔、中孔和大孔的变化）、识别流体赋存状态，并动态追踪水力压裂诱导的孔隙结构演化过程。

基于低场核磁水力压裂技术提高煤层气采收率的研究案例^[1]：

样品制备：

采用内蒙古乌兰哈达煤矿（WL）的无烟煤，制成直径50 mm、高100 mm的圆柱体，中心钻有直径6 mm的压裂钻孔，并安装4 mm注水管。

图一水力压裂煤样制备

实验流程：

阶段1：脉冲预加载（疲劳损伤诱导）

脉动频率：固定 8 Hz（优化后最佳值）。

脉动幅度：恒定 2 MPa（最小波动值）。

最大压力梯度：0/3/6/9 MPa（分组施加）。

持续时间：每组样本持续 2小时（模拟长期循环载荷）。

阶段2：水力压裂（静态破裂）

加载方式：以 0.1 MPa/s 速率施加静态水压直至煤样破裂。

终止条件：压力骤降 ≥10% 或 样品宏观破裂。

实验结论：

图二水饱和煤样弛豫谱     

图三 孔隙分布图

该研究使用低场核磁共振技术，研究了脉冲加载水力压裂后损伤煤样的孔隙结构，获取弛豫谱图和孔隙度分布信息，有以下结论：图二表明煤的孔隙度分布随T2的变化而变化。根据饱和孔隙的累积曲线，微孔的孔隙率约为3.96%，总孔隙率为4.30%。煤样的峰值饱和孔隙度位于T2=0.76ms处。饱和孔隙率包括被游离水和吸附水占据的孔隙。通常可用通过离心法去除游离水来测量吸附的孔隙率。饱和孔隙和离心孔隙的覆盖面积之差代表自由孔隙。从累积孔隙率曲线可以看出，吸附孔隙的孔隙率为2.86%，自由孔隙的孔隙率为1.44%。

参考文献：

[1] Yu X, Chen A, Hong L, et al. Experimental investigation of the effects of long-period cyclic pulse loading of pulsating hydraulic fracturing on coal damage[J].Fuel, 2024, 358(Part A).

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