煤层CO2地质封存作为CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage,碳捕集、利用与封存)的重要组成部分，是短期内降低大气CO2浓度的有效手段之一.本次研究以郑庄区块3#煤为例，开展不同温度条件煤岩CO2等温吸附试验，建立了改进的煤层CO2封存容量评价模型，分析了不同埋深条件下吸附封存量与游离量之和的变化规律与CO2吸附机理，计算了沁水盆地郑庄区块3#煤CO2理论封存容量和有效封存量.研究结果表明：CZ煤和SH煤不同温度下的CO2吸附能力分别为1.58～2.47 mmol/g和1.51～2.38 mmol/g; CZ煤和SH煤CO2的改进计算封存量(吸附+游离)随埋深呈先增后减的变化，最大值分别为2.71 mmol/g和2.80 mmol/g, 2 000 m煤储层条件下，二者改进计算封存量仍有最大值的76%和67%,表明深部煤层仍具有较大封存潜力；埋深剖面上CO2吸附状态具有三分特点：分别为低密度表面覆盖式吸附，高密度微孔填充式吸附和高密度表面覆盖式吸附；郑庄区块3#煤层CO2理论封存容量为428.7 Mt,气态-类气态超临界区和类液态超临界区煤层分别为277.91 Mt和150.79 Mt;区块总的有效封存容量为340.59 Mt,两分区的有效封存容量分别为250.12 Mt和90.47 Mt.建议优先考虑在高渗透率与保存条件良好的煤层发育区域实施CO2-ECBM工程.

国家自然科学基金碳中和专项项目(42141012)；国家自然科学基金青年项目(42102207)；江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室重大自主研究项目(2020ZDZZ01C)；鹏程尚学教育金(PCSX202203)；

1 地质背景
2 样品与方法
2.1 样品
2.2 不同温度条件下煤的CO2 等温吸附试验
2.3 超临界D-R吸附模型
2.4 CO2地质封存量计算方法
2.4.1 理论地质封存容量计算方法
2.4.2 基于不同封存类型的单位封存量计算方法
2.4.3 改进的单位封存量计算方法
3 结果与讨论
3.1 等温吸附试验与拟合结果
3.2 地层条件下3#煤层CO2过剩吸附量计算模型
3.3 郑庄区块3#煤层埋深剖面单位CO2封存量
3.3.1 不同埋深条件下煤岩单位CO2封存量变化规律
3.3.2 模型改进前后单位CO2封存量比较与不同埋深条件CO2吸附机理
3.4 郑庄区块3#煤层CO2地质封存潜力评价
3.4.1 CO2理论/有效地质封存量
3.4.2 煤层可注性与封存安全性的思考
4 结 论

韩思杰,桑树勋,段飘飘等.改进的深部煤层CO_2地质封存潜力评价方法——以沁水盆地郑庄区块3~#煤层为例[J].中国矿业大学学报,2023,52(04):772-788.DOI:10.13247/j.cnki.jcumt.20220334.