Rond het begin van de 21e eeuw ging de wereldeconomie een nieuwe ontwikkelingscyclus in en de vraag naar olie- en aardgasbronnen over de hele wereld is omhooggeschoten. In het licht van deze enorme vraag naar energie, beginnen mensen meer aandacht te besteden aan onconventionele olie- en aardgasbronnen. Coalbed methaan (CBM) is een gasbron die geassocieerd is met en symbiotisch is met steenkool. CBM is hoofdzakelijk koolwaterstofgas geadsorbeerd op het porieoppervlak van steenkoolmatrix en gedeeltelijk bevrijd in poriën of opgelost in water. Het is, als bijbehorende minerale hulpbron van steenkool, een schone, hoogwaardige energie- en chemische grondstof. Het is bekend dat de begraafdiepte van CBM-reservoirs varieert van honderden meters tot enkele duizenden meters, en het interactiemechanisme tussen gas en vloeistof is complex. Het is dus vaak nodig om de fluïdum-koleninformatie te verkrijgen door middel van bijvoorbeeld akoestische logging. Op dit moment hebben veel geleerden het akoestische onderzoek naar het fluïdum-kolensysteem uitgevoerd. Er zijn echter relatief weinig onderzoeken naar de akoestische eigenschappen van het gas-vloeistof-vaste bindingseffect, met name het vloeistofverzadigingseffect onder verschillende omstandigheden van steenkoolrang.

Een nieuwe studie, gericht op de akoestische eigenschappen van het gas-vloeistof-vaste bindingseffect in CBM-reservoirs, heeft de P-golf- en S-golfrespons van vloeistofverzadiging onder verschillende steenkoolrangomstandigheden onthuld. Dit werk werd uitgevoerd door het onderzoeksteam van Prof. Dr. Dameng Liu, van de China University of Geosciences (Beijing), en werd online gepubliceerd in Frontiers of Earth Science .

In deze studie werden typische steenkoolmonsters met een laag tot hoog metamorfisme geselecteerd uit de kolenmijnen in de zuidelijke rand van Junggar Basin en in Qinshui Basin. Voorafgaand aan het akoestische onderzoek werden basisexperimenten uitgevoerd, waaronder industriële analyse van steenkool, vitrinietreflectiemeting en macerale analyse. Op basis hiervan werden ultrasone P-golf- en S-golftestexperimenten uitgevoerd op droge steenkoolmonsters en op steenkoolmonsters die gas-water met verschillende verzadiging bevatten. Ten slotte werden de invloeden van het steenkooltype en de gas-waterverzadiging op de akoestische respons van CBM-formaties geanalyseerd.

De auteurs merkten op dat voor droge steenkoolmonsters de akoestische snelheid lineair was met de reflectie en dichtheid van vitriniet. Ondertussen neigde de (P-golfsnelheid Vp) / (S-golfsnelheid Vs) verhouding, relatieve anisotropie van zowel Vp als Vs van droge steenkoolmonsters toe met toenemende vitrinietreflectie en dichtheid van de steenkoolmonsters, maar de correlatie daartussen was niet erg sterk.

De studie toonde ook aan dat de Vp en Vs van gas-water verzadigde steenkoolmonsters geleidelijk toenamen met toenemende waterverzadiging (Sw) en vitrinietreflectie. Met toenemende vitrinietreflectie en dichtheid nam en Sw echter toe van 0 tot 100%, en het bereik van Vp en Vs werd geleidelijk kleiner. Voor steenkoolmonsters met vergelijkbare vitrinietreflectie was de Vp/Vs-verhouding van tektonische kolen groter dan die van primaire kolen, en de toenamerang van Vp en Vs van tektonische kolen was ook significant hoger wanneer de Sw toenam van 0 naar 100%.

Bovendien ontdekten de onderzoekers dat de relatieve anisotropie van zowel Vp als Vs lineair toenam met de Sw. Voor steenkoolmonsters met vergelijkbare vitrinietreflectie was de relatieve anisotropie van Vp en Vs en de groeisnelheid van de tektonische steenkool groter dan die van de primaire steenkool in het algemeen bij dezelfde Sw. Dit suggereert dat de akoestische anisotropie sterker was in de tektonische steenkool met goed ontwikkelde poriën en breuken. De anisotropie wordt sterker beïnvloed door de waterverzadiging Sw.

De analyses van dit onderzoek naar de akoestische eigenschappen van gas-vloeistof-vaste stof interacties vormden de basis voor de geofysische verkenning van CBM-reservoirs. Een beter begrip van de gas-waterverdelingskarakteristieken in CBM-reservoirs kan worden verkregen door deze modellen te combineren met die van de eerdere akoestische werken. De studie biedt ook een onderzoeksbasis voor diepgaande analyse van akoestische geofysische exploratiemethoden onder complexe vloeistofomstandigheden in werkelijke reservoirs.