煤中超临界CO2解吸滞后机理及其对地质封存启示
刘操1
闫江伟1
赵春辉2
钟福平3
贾天让3
刘小磊3
张航2
1.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454003;河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000;全国煤炭行业瓦斯地质与瓦斯防治工程研究中心,河南焦作 454003;中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 4540002.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 4540033.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454003;河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000
摘要：将CO2 注入不可采煤层地质封存既是降低温室气体效应最理想选择之一,也是煤炭工业降低CO2 排放、实现低碳化可持续发展的必由之路,然而,煤层CO2 地质封存悬而未决的关键问题是:"注入煤层中的CO2 到底能否长期停留而安全封存?".鉴于此,在弄清煤体CO2 解吸滞后规律的基础上,揭示超临界CO2 解吸滞后机理,建立煤层CO2 地质封存量化模型,探讨利用解吸滞后实现煤层CO2 长期安全封存.研究表明:煤中超临界态CO2 解吸滞后程度大于亚临界态CO2,在超临界阶段,吸附与解吸等温线形成近似"平行线"的稳定滞后特征;解吸滞后的本质原因是煤中微纳米级亲水性孔隙形成弯液面、产生强大毛细压力、渗吸液态水、截断并固定超临界CO2 流体、最终形成了CO2 残余封存,例如,煤中直径40～10 nm圆柱形无机孔隙可产生7.30～29.12 MPa毛细压力,足以封堵超临界态CO2;以九里山煤样解吸等温线数据为例,采用基于煤层CO2 解吸滞后的地质封存量化模型,评估出 900～1 500 m深部二1 煤层封存总量稳定在 35～37 m3/t,其中,吸附封存约占 80%,残余封存约占 15%,而结构封存仅占 5%;解吸滞后启示应尽可能采取措施提高煤层残余封存CO2 比例,原因是毛细堵塞的残余封存CO2 较围岩密封的游离和吸附CO2 更安全且没有泄露风险,煤层灰分、水分、孔隙尺寸和形貌等物性参数是影响残余封存效率的主要因素.
关键词：CO2地质封存超临界CO2解吸滞后残余封存毛细压力地质封存量化模型
分类号：P618.11(矿床学)
资助基金：河南省高校基本科研业务费专项资金资助项目(NSFRF240301)河南省科技攻关资助项目(222102320154)河南省高校重点科研资助项目(22A610009)
论文发表日期：2024-07-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 3154-3166 )
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