不同等级煤炭在二氧化碳吸附饱和后的渗流特性研究及其对煤层封存的影响 谭振， 冯子军， 高琦， 刘思， 张子敏

《Applied Sciences》：Study on Seepage Characteristics of Different Rank Coals After CO2 Adsorption Saturation and Its Implications for Coal Seam Sequestration Zhen Tan, Zijun Feng, Qi Gao, Si Liu and Zimin Zhang

　　

摘要

在深煤层中进行二氧化碳（CO₂）地质储存是一种关键的碳排放减少方法，其中煤的渗透性对封存效率起着决定性作用。目前的研究主要集中在CO₂吸附前的不同煤层渗透性上，而关于CO₂吸附饱和后渗透性变化的研究仍然有限，这对于优化封存方案至关重要。本研究在不同轴向围压和温度条件下，对饱和了CO₂的不同煤层样品进行了渗透性实验。通过分析封存速率、容量和工程安全性，提出了最佳的封存条件。研究结果表明，CO₂饱和后煤的渗透性显著下降。当轴向围压从10 MPa增加到30 MPa时，低阶煤、中阶煤和高阶煤的渗透性持续降低。在20°C至60°C的温度范围内，低阶长焰煤的渗透性先降低后增加，而中阶炼焦煤和高阶无烟煤则表现出相反的趋势。在800米的埋藏深度下，CO₂的注入效率先下降后上升。不同煤层的渗透性变化存在差异，因此应采取差异化的注入策略来平衡封存效率与安全性。通过数学拟合在不同轴向围压下饱和CO₂的无烟煤的渗透性变化曲线，并结合钻孔周围的围岩应力公式，当在无烟煤层中注入约4.7 MPa的CO₂时，CO₂可以渗透到距离钻孔中心1.35倍钻孔半径的位置。1.35的渗透半径比仅是一个定性指标，并非固定的设计参数。