A principios del siglo XXI, la economía mundial entró en un nuevo ciclo de desarrollo y la demanda de recursos de petróleo y gas natural en todo el mundo se disparó. Ante esta enorme demanda de energía, la gente está empezando a prestar más atención a los recursos no convencionales de petróleo y gas natural. El metano de lecho de carbón (CBM) es un recurso de gas asociado y simbiótico con el carbón. CBM es principalmente gas de hidrocarburo adsorbido en la superficie de los poros de la matriz de carbón y parcialmente liberado en los poros o disuelto en agua. Es, como recurso mineral asociado al carbón, una materia prima energética y química limpia y de alta calidad. Es bien sabido que la profundidad de enterramiento de los yacimientos de CBM varía desde cientos de metros hasta varios miles de metros, y su mecanismo de interacción gas-líquido-sólido es complejo. Por lo tanto, a menudo es necesario obtener la información del fluido-carbón mediante, por ejemplo, registros acústicos. En la actualidad, muchos académicos han llevado a cabo investigaciones acústicas sobre el sistema fluido-carbón. Sin embargo, existen relativamente pocos estudios sobre las características acústicas del efecto de enlace gas-líquido-sólido, especialmente el efecto de saturación de fluidos bajo diferentes condiciones de rango de carbón.

Un nuevo estudio, centrado en las características acústicas del efecto de enlace gas-líquido-sólido en los yacimientos de CBM, ha revelado la respuesta de onda P y onda S de la saturación de fluidos en diferentes condiciones de rango de carbón. Este trabajo fue realizado por el equipo de investigación del Prof. Dr. Dameng Liu, de la Universidad de Geociencias de China (Beijing), y fue publicado en línea en Frontiers of Earth Science .

En este estudio, se seleccionaron muestras típicas de carbón con metamorfismo bajo a alto de las minas de carbón en el margen sur de la cuenca Junggar y en la cuenca Qinshui. Antes de la investigación acústica, se llevaron a cabo experimentos básicos que incluyen análisis industrial de carbón, medición de reflectancia de vitrinita y análisis maceral. Sobre esta base, se llevaron a cabo experimentos de prueba de ondas P y ondas S ultrasónicas de carbón en muestras de carbón seco y en muestras de carbón que contenían gas-agua con diferente saturación. Finalmente, se analizaron las influencias del tipo de carbón y la saturación de agua y gas en la respuesta acústica de las formaciones CBM.

Los autores notaron que para las muestras de carbón seco, la velocidad acústica era lineal con la densidad y la reflectancia de la vitrinita. Mientras tanto, la relación (velocidad de onda P Vp)/(velocidad de onda S Vs), la anisotropía relativa tanto de Vp como de Vs de las muestras de carbón seco tendió a aumentar con el aumento de la reflectancia de vitrinita y la densidad de las muestras de carbón, pero la correlación entre ellas no era muy fuerte.

El estudio también mostró que la Vp y la Vs de las muestras de carbón saturadas con agua y gas aumentaron gradualmente con el aumento de la saturación de agua (Sw) y la reflectancia de la vitrinita. Sin embargo, con el aumento de la reflectancia y la densidad de la vitrinita, Sw aumentó de 0 a 100 %, y el rango de aumento de Vp y Vs se redujo gradualmente. Para muestras de carbón con reflectancia de vitrinita similar, la relación Vp/Vs de los carbones tectónicos fue mayor que la de los carbones primarios, y el rango de aumento de Vp y Vs del carbón tectónico también fue significativamente mayor cuando el Sw aumentó de 0 a 100 %.

Además, los investigadores encontraron que la anisotropía relativa tanto de Vp como de Vs aumentó linealmente con el Sw. Para muestras de carbón con reflectancia vitrinita similar, la anisotropía relativa de Vp y Vs y su tasa de crecimiento del carbón tectónico fue mayor que la del carbón primario en general en el mismo Sw. Esto sugiere que la anisotropía acústica fue más fuerte en el carbón tectónico con poros y fracturas bien desarrollados. La anisotropía está más marcadamente influenciada por la saturación de agua Sw.

Los análisis de este estudio sobre las características acústicas de las interacciones gas-líquido-sólido formaron la base para la exploración geofísica de los yacimientos CBM. Se puede obtener una comprensión más clara de las características de distribución gas-agua en los yacimientos CBM al combinar estos modelos con los de los trabajos acústicos anteriores. El estudio también proporciona una base de investigación para el análisis en profundidad de los métodos de exploración geofísica acústica en condiciones de fluidos complejas en yacimientos reales.