在我国的能源战略中，煤层气作为一种非常规天然气资源，其商业化开发意义重大。然而，煤层气开采长期面临“采出率低、效益差"的困境。要实现高效的煤层气提高采收率，必须攻克储层低渗透、强非均质性和改造效果评估滞后三大核心痛点。在这一背景下，低场核磁共振技术 以其独特的无损、精准、动态监测能力，正成为解锁煤层气藏潜能、优化增产措施的革命性工具，尤其是在指导二氧化碳竞争吸附解析 等前沿增采技术方面，展现出无可-比拟的优势。

一、应用背景：煤层气开采为何呼唤新技术？

传统的煤层气开采依赖于降压解吸，但煤储层独特的“双孔隙结构"（基质孔隙和裂隙系统）带来了巨大挑战：

气体解吸困难：超过90%的煤层气以吸附态存在于煤基质的微纳米孔隙中。这些孔隙连通性差，导致气体难以解吸并流向井筒。

储层“看不清"：煤储层非均质性极-强，裂隙网络分布如同错综复杂的“地下迷宫"。常规测井和岩心分析难以精准描绘出流体的有效运移通道。

措施“盲目性"：注水压裂等储层改造措施的效果评估严重滞后，无法实时获知压裂裂缝的延伸情况和气体解吸动态，导致开发方案调整犹如“盲人摸象"。

因此，行业亟需一种能够“直视"煤孔隙内部、动态追踪气体运移、并科学评估增产效果的技术。低场核磁共振技术 的引入，恰好填-补了这一空白。

二、技术原理：低场核磁共振如何“看清"煤层气？

低场核磁共振技术的核心在于利用氢原子核（¹H）在磁场中的弛豫特性来探测物质内部信息。在煤层气研究中，氢原子存在于水、甲烷（CH₄）等流体中。

其基本原理是：
当煤岩样品或储层处于一个稳定的主磁场中，其中的氢原子核会被极化。施加一个特定的射频脉冲后，氢核会发生共振，吸收能量。当脉冲停止，氢核会逐渐释放能量并恢复到初始状态，这个过程称为“弛豫"。弛豫过程包含两个时间常数：横向弛豫时间（T₂）和纵向弛豫时间（T₁）。

对于煤层气研究而言，T₂弛豫谱是关键的诊断工具：

小孔隙对应短T₂：束缚在煤基质微小孔隙中的水或吸附气，受孔壁作用强，弛豫很快，T₂时间短。

大孔隙/裂隙对应长T₂：存在于大孔隙或裂隙中的自由水或游离气，受束缚小，弛豫慢，T₂时间长。

通过解析T₂弛豫谱的分布，研究人员可以：

精准识别吸附气与游离气的含量与分布。

定量表征煤岩的孔隙结构，区分微孔、中孔、大孔和裂隙，并计算渗透率。

无损、动态地监测气体解吸、驱替的整个过程。

三、核心应用：在二氧化碳竞争吸附解析中的精准导航

二氧化碳竞争吸附解析 是当前最-具潜力的煤层气提高采收率 技术之一。其原理是向煤层注入CO₂，利用CO₂与CH₄在煤基质上的吸附能力差异（CO₂的吸附能力通常是CH₄的2-4倍），将CH₄“置换"出来，同时还能实现CO₂的地质封存，一举两得。

然而，这一过程在微观尺度如何发生？注入的CO₂如何与CH₄竞争？置换效率如何？这些问题传统技术无法解答。低场核磁共振技术 在此扮演了“实时CT"的角色：

可视化竞争过程：通过持续监测注入CO₂前后煤岩样品的T₂谱变化，可以清晰看到代表吸附CH₄的信号峰（主要在短T₂区域）如何衰减，而代表CO₂吸附或游离态流体的信号如何增强，直观展示“竞争吸附"的动态过程。

量化置换效率：通过谱图积分计算，可以精确量化在不同压力、温度条件下，单位CO₂注入量所能置换出的CH₄量，为优化注入参数提供直接数据支撑。

揭示机理与路径：核磁共振成像（MRI）功能可以二维/三维可视化CO₂-CH₄的驱替前沿，揭示气体是均匀推进还是优势通道窜流，从而指导如何优化注入策略以避免CO₂过早突破，提高波及效率和采收率。

面对煤层气提高采收率 的严峻挑战，低场核磁共振技术 凭借其在对孔隙结构的精准刻画、对流体动态的无损监测，特别是在优化二氧化碳竞争吸附解析 工艺中的卓-越表现，正成为推动煤层气产业降本增效的核心科技驱动力。