CO2驱煤层气地质封存 (CO2-ECBM) 通过向富含CH4的煤储层注入CO2，能够有效地提高煤层气 (CBM) 井CH4产气速度，并将CO2封存于煤层内，是提高非常规天然气开采、实现“碳达峰”与“碳中和”目标的一条重要路径。当前，世界范围内开展了多次CO2-ECBM 场地试验，有利地证明了CO2-ECBM的可行性与有效性。自 20 世纪 90年代中期起，美国先后在圣胡安盆地、伊利诺伊盆地、阿巴拉契亚盆地、 威利斯顿盆地、黑勇士盆地实施了多次CO2-ECBM 场地试验，加拿大在阿尔伯塔省先后开展了名为FBV4A和CSEMP的CO2-ECBM 场地试验。此外，德国、波兰和日本也开展了CO2-ECBM 先导性试验。我国从2004年开始在沁水盆地和鄂尔多斯盆地多次实施了不同规模的 CO2-ECBM场地示范试验。其中， 最后一次位于沁水盆地柿庄南区块，目标层位为山西组3号煤储层，自2020年6月至2021年6月共向储层内注入 CO2 约2 000 t。

为支持CO2-ECBM工程实施，国内外开展了许多相关数值模拟工作。凡永鹏和刘世奇等基于均 质煤储层地质模型和渗流−温度−应力 (HTM) 多场耦合数学模型分析了CO2注入煤层后储层孔隙度和渗透率的变化情况，发现受煤基质吸附CO2 膨胀变形和 解吸 CH4 收缩变形的影响，储层孔隙度和渗透率在CO2 吸附区显著下降，在CO2未波及区或逐渐升高或先小幅降低再升高。ZHANG等利用数值模 拟发现沁水盆地柿庄北区块 SX006 井组CH4采收率在CO2注入2 a后会增加，整个井组CO2 封存潜力约为12 616 t。FAN 等基于数值模拟研究发现，与初 次开采 (未向煤层注 CO2) 相比，CO2-ECBM 过程中煤层气井的CH4产气峰值较高但在时间上存在延迟。 LIU等通过数值模拟分析认为以4~8 MPa向柿庄 南 3号煤层注入CO2，50d后单井CO2存储量可达 0.73×105~2.54×105 m3。此外，在CO2注入优化方面， SAMS 等指出注气优化需要兼顾到CO2 封存量和CH4 产气量;PERERA等发现CO2 注气压力在CO2-ECBM工艺优化中起主导作用。

上述模拟研究工作有助于更好地理解CO2-ECBM 过程，为CO2-ECBM工程实施提供一定帮助，但对CO2-ECBM实际工程的指导仍存在一些问题，主要表现在:

CO2 驱煤层气地质封存(CO2-ECBM)强化煤层气开发、实现煤层气井增产的同时，将CO2封存到深部煤层中，该技术极具发展前景。依托示范工程，基于地质建模开展数值模拟研究，仍是技术研发的重要路径。基于对角点地质模型和COMSOL Multiphysics地质建模能力的分析，利用拆分−重构法在COMSOL Multiphysics内建立了能有效描述沁水盆地柿庄南区块3号煤储层的三维空间展布和含气量、吸附时间、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比非均质分布的地质模型。在此基础上，结合吸附−渗流−温度−应力−化学 (AHTMC) 多场耦合数学模型开展了控压注气方式的CO2-ECBM 数值模拟工作，分析了 CO2注入压力对CH4增产、CO2封存及煤储层地球化学环境的影响，提出了同时关井、序贯关井2种关井方式和省时提效、CH4增产、CO2封存以及3者综合兼顾4种CO2-ECBM 工程目标，优化了2种关井方式、分别实现4种工程目标场景下的 CO2 注入压力。研究结果表明: