《煤田地质与勘探》“煤地质与碳中和” | 虚拟专题

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，遴选典型成果，以期促进同行交流。

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 87个
关键词; 75位
专家; 20篇
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二氧化碳地质存储与煤层气强化开发有效性研究述评

作者(Author)：桑树勋

摘要：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,极具发展前景。CO2-ECBM技术有效性是经济性、长期性和安全性的基础和前提,建立深部煤层CO2-ECBM有效性理论和生产技术在中国的需求尤为迫切。中国、美国、英国、澳大利亚、日本等国家在该领域开展了大量实验模拟、数值模拟和工程探索研究。研究工作表明:CO2可注性、CO2封存机制与存储容量、CH4增产效果构成了CO2-ECBM有效性的核心内涵,其中CO2可注性更为关键;CO2注入时煤储层发生体积应变效应和地球化学反应效应,其导致的渗透率快速衰减与可注性变差制约着CO2-ECBM的有效性;CO2/CH4竞争吸附与置换是主要的CO2封存机制,地层条件下CO2/CH4竞争吸附与置换封存决定了有效存储容量的主体,对于超临界CO2,改进的吸附势模型（Modified D-R model）表征计算结果与实验模拟结果的拟合度最好;通过优化注入参数、间歇性注入、先压后注、与N2交替注入等方式可以提高深部煤层的CO2可注性,试验井组煤层气生产井可实现最高3.8倍的增产效果;沁水盆地深部无烟煤CO2-ECBM技术的有效性已得到实验室研究和工程试验的初步证实。中国科学家在持续开展和不断深化CO2-ECBM技术的研究工作,CO2-ECBM有效性的关键科学技术问题有望在中国得到破解。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

6208

7381
煤矿区碳排放的确认和低碳绿色发展途径研究

作者(Author)：王猛, 马如英, 代旭光, 单雅迪

摘要：开展煤矿区碳排放的系统评价和减排路径的综合分析，是落实我国碳达峰与碳中和愿景的具体行动。针对煤矿区碳排放源边界不清、核算模型缺乏及碳中和背景下发展方向等问题开展分析。通过文献查阅、资料收集等方法，厘清煤矿区碳排放源边界，并建立碳排放量核算模型，明确煤矿区低碳绿色发展方向。结果表明：煤矿区碳排放(CH4和CO2)来源可划分为自然排放和人为排放两大类，并细分为5种类型，针对不同碳排放源提出相应的数学模型；同时煤矿区要加大节能和低碳技术的投入，提高综合资源的利用程度和瓦斯的监测力度，加强绿色矿山修复和建设，积极参与碳市场和碳排放权交易及培育适应市场的管理模式等一系列措施，逐步实现低碳、绿色产业体系；此外，煤矿相关单位应高瞻远瞩，深入分析并发挥政府的低碳环保政策的作用，与相关高校加强合作，在我国碳减排目标下，大力推动煤制氢技术的发展，突破CO2-ECBM和CCUS关键技术中的运输、封存选址、安全稳定性评价、成本降低等瓶颈问题，以期在双碳背景下碳减排过程中实现经济、环保双重效益。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

605

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超临界CO2注入煤层对顶板岩石纵波速度及力学响应特征研究

作者(Author)：陈晨, 何邢益, 牛庆合, 于洪旭, 解翔宇

摘要：深部煤层CO2地质封存与CH4强化开采(CO2–ECBM)技术在提高煤层气采收率的同时可实现碳减排，具有能源和环境双重效益。超临界CO2(ScCO2)、水和煤层顶板之间的地球化学反应可改变其物理力学性质，增加CO2泄漏的风险。以沁水盆地胡底煤矿3号煤层顶板岩石为研究对象，开展“ScCO2–水–岩”地球化学反应模拟实验，探讨CO2煤层封存条件下ScCO2–水–顶板岩样地球化学反应过程及其对岩石纵波速度和力学性质的影响。结果表明：ScCO2–水–岩之间化学溶蚀反应造成岩样Ca、Mg元素显著降低，促使岩样表面形成孤立状溶蚀孔，并随着反应时间的持续，进而形成大量的“溶蚀坑”和“溶蚀缝”；增加了岩样结构不连续性，使得声波传播路径增大、能量损失加剧，导致纵波波速降低；ScCO2–水–岩反应后岩样的峰值强度和弹性模量降低，泊松比升高，且三者之间的变化率与反应时间之间呈现Logistic函数的变化关系。对于胡底煤矿而言，ScCO2–水–岩反应过程中顶板力学性质的弱化不足以造成盖层的破裂和CO2泄漏，但在评价煤层CO2封存安全性时，还应考虑煤层吸附膨胀应力对顶板的影响。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

416

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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

446

160
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

710

180
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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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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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

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289

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