“煤层二氧化碳地质存储与煤层气勘探开发研究进展”专刊

来源：煤田地质与勘探

煤层CO2地质存储与CH4强化开采(CO2-ECBM)技术融温室气体减排与化石新能源开发为一体，沁水盆地深部无烟煤CO2-ECBM技术的有效性已得到室内模拟研究和工程试验的初步证实，CO2-ECBM在我国有很好的发展前景。国内煤层气勘探开发研究与工程实践也取得了积极进展，自主理论创新和地质适配性技术研发已成为煤层气产业发展的主要驱动力。专刊主要依托国家自然科学基金重点项目(41330638)：深部煤层CO2地质存储与CH4强化开采的有效性理论研究；国家重点研发计划课题(2018YFB0605601)：不同煤阶煤质及地质条件对CO2驱煤层气的影响规律研究等基金项目的资助。设置栏目：特约客座主编稿、二氧化碳地质存储与煤层气强化开发、煤层气资源评价与勘查技术、煤层气开发地质、煤层气储层工程与开发技术等。专栏共计选登了33篇稿件，力图集中展现CO2-ECBM、煤层气勘探开发等领域的部分最新研究成果和进展，以期进一步活跃相关领域的学术交流，推动CO2-ECBM技术发展和早日实现工业突破，更好地服务我国煤层气产业。

行业视野: 煤层气
类别; 139个
关键词; 129位
专家; 33篇
论文; 41459IP
点击量; 18458次
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晋城无烟煤储存游离态CO₂理论容量及其影响因素

作者(Author)：杨景芬, 徐宏杰, 刘会虎, 欧阳雄, 韩思杰

摘要：深部煤层游离态CO2理论存储容量随深度增加而变化。基于山西沁水盆地南部煤样测试基本数据,对游离态CO2煤层存储容量进行计算,并分析其随深度变化规律。基于建立的煤层游离态CO2存储容量计算模型显示,煤储层游离态CO2存储容量受孔隙度、含气饱和度、地层温度、地层压力等共同作用的影响。CO2注入后改变煤储层物性会导致理论存储量有不同程度增加,但存储量增值与实验煤样颗粒大小有关;应力作用下煤储层孔隙度随埋深呈负指数降低规律会显著降低CO2存储容量,含气饱和度增大会显著增大存储量。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

507

289
等压扩散下CO₂对不同变质程度煤中CH₄置换效应的影响

作者(Author)：杨宏民, 梁龙辉

摘要：为了研究等压扩散条件下不同变质程度煤中CO2置换CH4特征规律,选择无烟煤、瘦煤和气肥煤3种煤样,进行了不同等压扩散压力下的等压扩散置换实验。实验结果表明:随着煤变质程度的增加煤吸附CH4和CO2的能力表现出逐渐增强的趋势,且CO2的吸附量大于CH4的吸附量;随着实验点扩散压力的增加,CO2对CH4的绝对置换量和置换率均随之增加,CO2对CH4的注置比却随之降低。在实验煤样变质程度范围内,CH4置换率与煤变质程度和CO2注置比均呈负相关关系。研究成果对井下注CO2置换煤层CH4的工程技术和理论具有指导意义。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

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CO₂地质埋藏深度对高阶煤孔隙结构的影响

作者(Author)：刘长江, 张琨, 宋璠

摘要：高阶煤中的CO2地质埋藏具有存储CO2和提高煤层气采收率的双重意义。通过压汞测试和低温液氮吸附实验对经过CO2地质埋藏模拟实验处理前后的煤样品进行分析测试,探讨了不同埋藏深度下煤中孔隙演化的特征与机理。研究表明:煤的真密度、视密度、孔隙体积、煤基质体积变化、有机质膨胀与收缩等参数均表现出不同的演化特征;埋藏过程中温度压力的增大对H2O–CO2–煤的地球化学反应效应的影响并非线性,而是存在一个对孔隙特别是微孔孔容和比表面积改造最大的深度范围,该深度将使得高阶煤孔隙结构得到最佳的改造效果,从而进一步更有利CO2的地质埋藏和提高煤层气的采收率。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

261

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沁水盆地南部深部煤层超临界CO₂吸附特征及其控制因素

作者(Author)：刘会虎, 吴海燕, 徐宏杰, 兰天贺

摘要：为揭示深部煤层超临界CO2（ScCO2）吸附特征及其控制机理,以沁水盆地南部余吾矿、寺河矿、成庄矿的3号煤为研究对象,通过自制等温吸附仪进行了不同温度（45℃,62.5℃,80℃）、最高压力达到CO2超临界压力以上时的等温吸附实验。研究结果表明:高温高压条件下ScCO2吸附曲线不同于常温常压下CO2吸附曲线,随压力升高ScCO2过剩吸附量和绝对吸附量分别呈4段式和3段式变化,ScCO2达到过剩吸附量峰值出现的压力点具有随温度升高向高压增高的特征;ScCO2过剩吸附量远低于绝对吸附量,无法采用Langmuir吸附模型进行解释;温度对ScCO2吸附抑制明显,水分对ScCO2吸附没有起到抑制作用,灰分含量较高对ScCO2吸附量有明显抑制作用,煤中高镜质组含量和高Rmax对ScCO2吸附具有较明显的促进作用;超临界状态下煤对ScCO2的吸附量大小由微孔和过渡孔所控制,且与微孔比表面积大小有关,高变质煤对ScCO2的吸附能力降低可能是因微孔中矿物充填所致。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

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CO₂注入对煤储层应力应变与渗透率影响的实验研究

作者(Author)：牛庆合, 曹丽文, 周效志

摘要：以沁水盆地成庄矿煤样为研究对象,利用实验室自主研发的CO2注入与煤层气强化开采实验模拟装置进行不同有效应力和CO2吸附压力下的煤岩渗透率测试。实验结果表明,煤岩的裂隙压缩系数受到CO2吸附的影响,初始状态下、亚临界CO2吸附和超临界CO2吸附煤样裂隙压缩系数分别为0.066、0.086和0.089。引起裂隙压缩系数改变的原因主要有两方面:CO2和煤中矿物反应提高了煤基质的不连续性;CO2软化了煤基质同时降低了煤岩的力学性质。利用考虑吸附应变以及内部膨胀系数的渗透率模型对实测渗透率进行拟合,发现有效应力和内部膨胀系数成正比。CO2吸附压力和有效应力的增大均提高了煤岩的内部膨胀系数,这影响了煤岩孔裂隙的开度,降低了煤储层的渗透率,并最终降低CO2在煤储层中的可注性。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

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深部煤层CO₂注入过程中煤体积参数变化的模拟实验

作者(Author)：张琨, 桑树勋, 刘长江

摘要：CO2注入煤层会改造储层孔裂隙结构,对提高CO2埋藏和强化甲烷抽采能力产生重要影响。为探究CO2注入后的煤体结构演化规律,选择山西沁水盆地寺河矿无烟煤和新源矿焦煤样品进行模拟实验,通过测试并分析CO2注入前后煤体积参数的变化,得到以下结论:CO2的注入可以溶蚀煤中矿物,增加连通孔隙体积并引起有机质的膨胀;矿物溶蚀对孔隙体积变化的贡献不显著,却导致大量封闭孔转换为连通孔,其中大于40μm的大孔孔隙体积增幅最大;有机质的膨胀量较大,其对孔隙的挤压作用可能会降低煤体的连通性;CO2注入对煤体结构的改造作用受煤级和模拟埋深条件的共同影响。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

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沁水盆地南部中高阶煤高压甲烷吸附行为

作者(Author)：韩思杰, 桑树勋, 梁晶晶

摘要：煤层气吸附作用是发生在煤基质内表面的物理过程,而煤岩复杂孔裂隙网络为高压甲烷吸附提供了丰富的空间。开展沁水盆地南部高阶煤30℃高压甲烷等温吸附实验,结合煤岩煤质参数与孔隙特征参数,通过改进的D-R模型分析了煤岩性质、孔隙特征与吸附参数的相关性。煤岩性质对最大吸附能力和吸附热参数的影响是多因素叠加的综合效应,而最大吸附能力与微孔体积,吸附体积校正参数与大中孔比表面积呈较好的正相关性,表明甲烷分子在煤基质内表面会根据孔径尺度大小呈现不同的吸附方式。据此提出高压甲烷在煤基质微孔中呈紧密堆积状态而在大中孔中呈多层分子堆叠状态的新认识,为进一步研究煤层气吸附机理提供了新的思路。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

301

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超临界CO₂对烟煤和无烟煤化学结构的影响

作者(Author)：刘世奇, 王恬, 杜艺, 方辉煌, 王鹤

摘要：超临界CO2对煤化学结构的改造对煤层CO2封存能力极为关键。论文开展了模拟埋深1 500 m（62.5℃、15MPa）条件下4组不同变质程度煤的ScCO2-H2O体系与煤岩地球化学反应实验。通过傅里叶变换红外光谱和X射线粉末衍射实验获得了反应前后煤化学结构演化特征,探讨了煤化学结构演化的机理。结果表明:ScCO2作用后,煤中脂肪烃链长度普遍增加,仅肥煤的芳香烃丰度增大,肥煤、瘦煤和贫煤含氧基团丰度的增大主要由氢键基团含量的增加贡献,无烟煤含氧基团丰度则主要受低分子化合物溶出的影响。ScCO2引起的溶胀作用造成肥煤和瘦煤芳香层面之间交联键断裂,芳香微晶内部结构疏松,而芳香层面内CAr-CAr交联的形成提高了肥煤和瘦煤芳香性和芳香环缩合度;贫煤和无烟煤中非稠合多苯结构脱落使芳香微晶内部更紧凑,脂肪烃链长度的增加则降低了贫煤和无烟煤芳香性和芳香环缩合度。

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