日前，团队和澳大利亚埃迪斯科文大学（Edith Cowan University）研究团队合作，在液氮压裂对不同煤阶煤岩影响的实验研究方面取得最新进展，相关成果以论文形式在期刊Journal of Natural Gas Science and Engineering上发表。论文题目为《不同煤阶煤岩的液氮压裂效率：多尺度层析成像研究》（Liquid nitrogen fracturing efficiency as a function of coal rank: A multi-scale tomographic study）。杨永飞为该文共同通讯作者。
图1 处理前后煤样3D图像。右侧为体积大于10-5 mm3的孔隙和裂缝
图2 纳米压痕实验结果
图3 LBM模拟速度分布与流线分布
煤岩储层通常渗透率较低，这给煤层气的开采带来了一定的困难。在煤岩储层中注入液氮是解决低渗问题的方法之一。本文采用X射线计算机断层成像技术，从微观（微米CT）与宏观（医学工业CT）两种尺度上，研究了液氮压裂对不同煤阶煤岩的作用，结果表明发现液氮压裂对无烟煤（Anthracite）的作用不明显。相反，微米CT成像结果表明，用液氮冷冻处理烟煤（bituminous coal）和次烟煤（sub-bituminous coal）后，孔隙度分别增加14%与119%，宏观尺度上的也发现了同样明显的孔隙度提高同样明显，同时压裂后的裂缝面形成于初始微裂缝，连通性明显增强。此外，基于SEM和显微镜图像发现，液氮在无烟煤中压裂的效率较低下，但在其他两种煤中的效率却很高。在宏观尺度上，液氮处理后在烟煤中出现了大裂缝（开度140μm），次烟煤也产生许多新的裂缝。研究还通过纳米压痕技术对液氮处理前后煤岩的力学性能进行分析，结果表明，对于低阶煤，力学性质变化较为显著。最后，通过驱油实验和格子Boltzmann方法模拟分别对煤样的渗透率变化进行研究，发现处理后的烟煤和次烟煤的渗透率增加了一倍以上，而无烟煤则基本没有变化。本研究介绍了液氮压裂技术在不同煤阶煤样中的结果，对于提高不同煤层中煤层气开采的采收率具有重要意义。
Journal of Natural Gas Science and Engineering涵盖了最广泛的天然气勘探、开发、加工和运输领域。旨在发表明确的天然气相关研究成果，消除天然气工程与科学之间的隔阂。该期刊最新影响因子为4.965，JCR Q1区，中科院工程技术大类2区。
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引用格式：
Akhondzadeh Hamed, Keshavarz Alireza*, Awan Faisal Ur Rahman, Ali Muhammad, Al-Yaseri Ahmed Z., Liu Changfu，Yang Yongfei*, Iglauer Stefan, Gurevich, Boris，Lebedev, Maxim. Liquid nitrogen fracturing efficiency as a function of coal rank: A multi-scale tomographic study [J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2021, 95: 104177.