《煤田地质与勘探》“碳封存与碳减排”｜TOP10

来源：煤田地质与勘探

煤矿区碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分，开展煤矿区碳排放量系统评价和减排路径的综合分析、做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现碳达峰碳中和国家“双碳”目标的重要途径，也是落实我国“双碳”愿景的具体行动。近几年，相关技术专家及其团队开展系列

研究，遴选高影响力论文TOP10，供同行参考交流。

行业视野: 煤田地质与勘探
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不同含水性无烟煤CO2吸附行为及其对地质封存的启示

作者(Author)：张金超, 桑树勋, 韩思杰, 张凤碧, 徐昂, 刘琦珊

摘要：深部煤层CO2地质封存是助力“碳达峰碳中和”战略的重要途径，煤层含水性对以CO2吸附封存为主的深部煤层CO2地质封存能力影响显著。以无烟煤为例，开展了45℃下干燥、平衡水、饱和水煤样高压CO2等温吸附实验，校正了饱和水煤样过剩吸附曲线，利用改进的D-R吸附模型拟合得到三者吸附能力与吸附热，对比了不同含水条件下CO2绝对吸附曲线，阐释了饱和水增强无烟煤吸附能力的微观作用机理。结果表明：(1)干燥、平衡水、饱和水煤样CO2吸附能力分别为56.72、45.19和48.36 cm~3/g，吸附热分别为29.42、26.23和27.24 kJ/mol。(2) CO2密度小于0.16 g/cm~3(6.48 MPa)时，无烟煤CO2绝对吸附量大小顺序为干燥煤样、饱和水煤样和平衡水煤样，而CO2进入超临界状态后，顺序变为饱和水煤样、干燥煤样和平衡水煤样。(3)水分子优先占据高能吸附位是平衡水煤样吸附能力减弱的主要原因，而煤-水体系与CO2相互作用强于CO2与H2O竞争吸附下的煤-CO2相互作用是饱和水煤样在CO2超临界阶段吸附能力高于干燥煤样的根本原因。(4)吸附封存是煤层CO2地质封存的主要形式，深部煤储层条件下，煤层饱和水对超临界CO2增储作用更为明显，高压注水是提高深部煤层CO2地质封存潜力，改善煤储层渗透性的有效手段。

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煤田地质与勘探

2022年第09期

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苏北盆地层状盐穴储气库CO2封存数值模拟研究

作者(Author)：宗师, 刘世奇, 徐辉, 王文楷, 曹泊, 皇凡生

摘要：地下盐岩溶腔是CO2封存的有效地质体，CO2沿盐岩软弱夹层和盐层-夹层交界面泄漏是制约地下盐岩溶腔CO2安全封存的关键。以苏北盆地金坛地区CO2盐穴储气库为研究对象，建立了层状盐穴储气库CO2封存的流-固耦合数学模型，分析了盐岩及泥岩夹层中CO2运移泄漏规律及其对CO2安全封存的影响，并探讨了盐岩及泥岩夹层渗透率的动态响应特征。结果表明：渗透率是决定盐岩层中CO2运移速率和泄漏范围的关键，在其影响下，相同封存时间内泥岩夹层中CO2运移速率和影响范围远大于盐岩，但随封存时间延长，盐岩和泥岩夹层中CO2运移速率和压力增幅均呈降低趋势，并随着CO2压力传播至模拟边界而趋于稳定。渗透率动态变化是上覆地层压力负效应与盐岩层中CO2压力正效应共同作用的结果，并受盐岩和泥岩夹层力学性质的影响。CO2封存时间<3 a时，上覆地层压力是盐岩渗透率降低的主控因素，随封存时间延长，CO2压力对盐岩渗透率的影响逐渐占据优势，使得CO2影响范围内盐岩渗透率有所恢复。相较于盐岩，泥岩夹层的弹性模量较小，上覆地层压力和CO2压力对其渗透率的影响更显著。泥岩夹层的渗透率一般高于盐岩，CO2主要沿泥岩夹层运移泄漏，CO2盐穴储气库选址、建设和运行中，应充分考虑泥岩夹层的影响，对其进行适当防护和监测，避免CO2沿其泄漏；盐岩溶腔中CO2储气压力对盐岩层中CO2运移速率和泄漏范围无显著影响，但较高的储气压力提高了CO2影响范围内盐岩层中的CO2压力，盐岩与泥岩夹层渗透率恢复程度更高，间接影响了CO2运移泄漏规律，因此储气压力的设置应充分考虑盐岩和泥岩夹层渗透率、力学强度等影响。

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煤田地质与勘探

2023年第03期

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