徐州地区深部不可采煤层CO_2地质处置潜力分析

地下储存是降低大气中 CO2含量以缓解温室效应的有效措施之一。在我国，深部不可开采煤层处置CO2显示出巨大的潜力。选择了徐州马庄煤矿的气煤做煤样，并对其进行等温吸附实验。结果表明，在相同条件（压力、温度、煤阶等）下煤对 CO2的吸附量明显高于对 CH4的吸附量，两者比值在2.68～3.26；吸附过程中，随着压力的升高，CO2/CH4的吸附量比值逐渐降低；CO2在含煤水中的离子反应所达到平衡的时间约为120 d。从而认为，徐州地区煤层在深度和位置适宜的情况下可以作为CO2地质处置的有利场所。

不可采煤层CO2封存断层活化机制分析

基于断裂力学和莫尔-库伦准则,建立了不同初始应力状态下CO2注入煤层后储层、盖层岩石破裂准则以及断层活化失稳判据,对封存系统地层稳定性进行了分析,提出了确定CO2临界注入压力的解析方法,并对影响CO2封存安全性的参数(Shmin/Sv、储层盖层岩石弹模、泊松比、断层倾角等)进行了敏感性分析。结果表明:在进行地层稳定性预测时,应充分考虑煤层初始应力状态、吸附引起的差异性膨胀效应以及储层岩石力学性质的影响。煤岩泊松比越小,储层滑动倾向性越小;当Shmin/Sv(最小水平主应力与垂直应力之比)接近于1时,断层滑动的风险大为降低。研究成果可以为不可采煤层CO2封存工程储层压力控制以及安全评价提供科学依据。

近距离煤层群不可采煤层瓦斯参数测定及应用

为确保新兴宏能煤矿一采区首采面11204采煤工作面安全回采,采用直接测定法测定采煤工作面邻近不可采煤层瓦斯参数,判定不可采煤层突出危险性,预测工作面回采期间瓦斯涌出量,结合近距离煤层群实际情况制定立体式预抽方案,消除开采层及邻近层突出危险,减小工作面瓦斯涌出量,为工作面安全、高效生产奠定基础。

玉溪煤矿2号不可采煤层突出危险性评估方法研究

针对玉溪煤矿2号不可采煤层瓦斯参数缺失及测试条件限制等问题,通过借助同一地质条件下可采煤层瓦斯基本参数,间接反演不可采煤层瓦斯参数,进而指导突出危险性评估。测试结果表明:利用井田内3号可采煤层瓦斯含量分布梯度,预测2号煤层埋深最大处瓦斯含量为15.91 m^(3)/t,采用朗格缪尔方程反演最大压力为1.33 MPa,预测结果均大于瓦斯含量临界值8 m^(3)/t和瓦斯压力临界值0.74 MPa,根据《防治煤与瓦斯突出细则》关于突出危险性判定细则,综合评价2号不可煤层具有煤与瓦斯突出危险性。

淮南煤田各类型地质体CCS源汇潜力评估及其匹配性

开展淮南煤田各类型地质体CCUS源汇潜力评估及其匹配性研究,对于CO_(2)–ECBM技术工程化推广意义深远。以淮南煤田各类型地质体(深部不可采煤层、残留煤体、采空区)为研究对象,首先,探讨了各类型地质体CO_(2)地质封存潜力评估方法;其次,分析了各类型地质体CO_(2)地质封存潜力;然后,基于成本最低目标函数及改进节约里程法,开展了CO_(2)地质封存源汇匹配研究,并优化了其管网设计;最后,基于3步走思路,提出了CCS源汇管网规划设计思路的系统建议。研究结果表明:燃煤电厂年平均CO_(2)排放量为0.588亿t,深部不可采煤层、残留煤体及采空区内CO_(2)地质封存总潜力分别为7.6200亿、0.0517亿、0.8246亿t,可分别封存CO_(2)12.97 a、0.088 a及1.40 a;10 a周期内,深部不可采煤层可封存CO_(2)5.876亿t,累计规划管道217.0960 km,需要资金373亿美元;1.45 a周期内,生产矿井及关闭矿井可封存CO_(2)0.852亿t,累计规划管道464.5161 km,需要资金73.6亿美元;基于改进节约里程法,CCS源汇匹配各地质封存汇点累计节约里程266.6127 km,累计节约成本11.21亿美元,分别占管道运输总里程、总成本的57.40%、79.95%;基于3步走思路,可分阶段、分区域实现淮南煤田各CO_(2)排放源及CO_(2)封存汇的全线贯通,可实现CO_(2)的全部运输及地质封存。

混合气体驱替煤层气技术的可行性研究

气体驱替煤层气技术是近年来发展起来的具有温室气体减排和提高煤层气采收率双赢效果的新兴技术,相关研究受到世界主要发达国家的广泛重视。对于温室气体减排的压力,发达国家的研究主要着眼于该技术在高渗透、不可采煤层中的应用,注入气体主要为CO2,目的是尽可能多地封存CO2,同时提高煤层气采收率。目前,国内在这方面的研究刚刚起步。国内煤层具有渗透率普遍较低、不开采煤层与要开采煤层难以界定的特点,注CO2气体驱替煤层气在这种煤层中的可行性值得商榷。针对国内煤层特点和煤矿瓦斯抽采率低的现状,建议采用富N2混合气体驱替煤层气技术,以提高煤层气产采收率。通过理论分析、数值模拟和现场试验研究分析了实施混合气体驱替煤层气技术的可行性。研究结果表明,混合气体驱替煤层气技术适用于国内低渗透、可开采煤层,可以提高煤层气采收率和单产量。

吸附不同气体对煤岩渗透特性的影响

注CO2或者CO2/N2混合气强化煤层气开采以及进行CO2封存时,气体的吸附/解吸会影响煤岩的渗透特性。采用自行研制的煤岩三轴渗流装置进行恒定有效应力、不同气体压力条件下,煤岩吸附纯CO2,CH4,N2以及不同配比的CO2/N2混合气体对渗透特性影响的试验研究,以探讨煤岩在气体压力以及吸附作用下渗透特性的变化规律。结果表明:(1)气体组分固定的条件下,煤样渗透率随气体压力的增加呈负指数减小。(2)相同气体压力条件下,煤样吸附气体后渗透率都有不同程度的下降,且下降幅度跟吸附气体的组分有关,吸附纯CO2下降的幅度最大,吸附CH4次之,吸附N2最小;吸附CO2/N2混合气时,其中CO2组分浓度越高,煤样渗透率越低,但当N2量达到一定比例时,煤样渗透率会得到改善。(3)气体压力加卸载过程得到的煤岩渗透率–气体压力关系曲线存在滞后现象,这与气体在煤岩中的吸附/解吸曲线滞后有关,因此煤岩渗透率跟压力路径有关。试验结果对于煤矿瓦斯抽采以及CO2或烟道气注入煤层后的储层渗透率的预测与控制具有重要指导意义。