煤层气是一种重要的非常规洁净能源,开发煤层气对于资源利用、煤矿减灾与安全生产和改善大气环境质量都具重要意义。煤层气主要以溶解态、游离态、吸附态存在于煤储层中。煤储层与常规储层相比,具有易碎、易压缩、孔隙结构复杂性等特点,使得常规测试分析方法在分析煤储层时存在一定的局限性和不确定性。与常规测试方法相比,低场核磁共振技术具有快速、无损,信息量丰富等特点。本文以低场核磁共振技术为基础,结合低温氮吸附实验和常规等温吸附实验,计算了中高煤阶煤的表面弛豫率及转换系数,探究利用核磁共振方法进行煤吸附性能研究的可行性。在室温条件下,借助低温液氮吸附脱附实验和低场核磁共振实验,分析了测试样品的吸/脱附曲线特征及孔径分布特征,并计算了测试样品的核磁共振表面弛豫率以及T2弛豫时间与岩心孔隙半径rc之间的转换系数。结果显示:与中煤阶样品相比,高煤阶样品孔隙结构更复杂,且微小孔更为发育;高煤阶样品的表面弛豫率(0.54·10-8m/ms左右)低于中煤阶样品(1.25·10-8m/ms左右),进一步求得中高煤阶样品转换系数;并以此计算得到了基于核磁法的微小孔的赝孔径分布,发现赝孔径分布与采用BJH得到的孔径分布在形态和变化趋势上都具有高度一致性,相对误差在2.2%~10.9%之间。上述研究表明,低场核磁共振方法可有效应用于煤中煤小孔的研究。通过自主研发的无磁样品罐,结合低场核磁共振测试系统,对不同煤级的粉状煤样进行甲烷的吸附测试,研究粉状煤样中吸附甲烷的核磁共振特征。经分析发现:粉状煤样中的甲烷T2谱为三峰结构,由左向右可分为吸附态、颗粒间游离态以及自由态甲烷峰;借助建立的甲烷标线换算方程,利用核磁法计算得到甲烷的等温吸附曲线以及兰氏体积;与体积法计算结果相比,误差在实验允许范围内。利用核磁方法,对煤的吸附性能进行了研究。结果显示:不同煤阶样品的吸附能力随着镜质体反射率、镜质组含量以及固定碳含量的增大而具有增大的趋势;对于不同粒度的煤样,随着粒度的增大,甲烷T2谱中的孔束缚甲烷的峰值逐渐减小,自由态甲烷的峰值逐渐增大,同时等温吸附曲线有逐渐降低的趋势;随着温度的升高,在同一压力点下,煤的吸附量有逐渐降低的趋势。