煤中超临界CO2解吸滞后机理及其对地质封存启示

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 7; pp. 3154 - 3166
• Main Authors: 刘操, 闫江伟, 赵春辉, 钟福平, 贾天让, 刘小磊, 张航
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 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 01.07.2024; 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心,河南焦作 454000; 河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454003; 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 454000%河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454003%河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454003; 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
• Subjects: 解吸滞后; 地质封存量化模型; 超临界CO2; CO2地质封存; 毛细压力; residual trapping; supercritical CO2; desorption hysteresis; Quantitative model for carbon geo-sequestration; CO2 geo-sequestration; capillary pressure; 残余封存
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.0738

P618.11; 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.