巨野煤田深部煤层CO_(2)地质封存潜力评价及有利区优选

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作者 苗禾垚 张军建 +6 位作者 杨斌 唐璐璐 沈晓丽 王猛 吕大炜 常象春 王东东 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期56-67,共12页

本研究以鲁西南巨野煤田深部3#煤层为研究对象,研究了该煤层CO_(2)地质封存潜力,并进行有利区优选。依据CO_(2)超临界相态机理确定煤层封存临界深度,并对煤层封存可行性进行评价。按照构造和埋深两项指标划分封存区块与单元,并利用校正... 本研究以鲁西南巨野煤田深部3#煤层为研究对象,研究了该煤层CO_(2)地质封存潜力,并进行有利区优选。依据CO_(2)超临界相态机理确定煤层封存临界深度,并对煤层封存可行性进行评价。按照构造和埋深两项指标划分封存区块与单元,并利用校正后的吸附曲线计算各单元CO_(2)吸附和游离封存量。在此基础上,综合利用数值模拟敏感性和主成分分析法,明确CO_(2)封存主控因素,并厘定了封存有利区。结果表明,3#煤层温度42.4~72.5℃,临界深度700~910 m,孔隙度3.51%~5.27%,渗透率0.12~0.62 mD,CO_(2)单位吸附量0.91~1.01 mmol/g。研究区可划分为5个封存单元,理论单位封存量1.01~1.09 mmol/g,且该值随埋深线性增加,理论封存总量529.2×10^(7) t。CO_(2)封存主控因素为渗透率、孔隙度和含气量。封存有利区主要分布在目标区北部和中部,面积为355.08 km^(2)。 展开更多

关键词 巨野煤田 深部煤层 二氧化碳 地质封存 潜力评价

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低渗煤层胶囊二氧化碳相变致裂增透技术及应用

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作者 李毛 范新川 符辉 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期46-53,共8页

【目的和方法】针对低渗透性煤层开采受限于瓦斯含量高、压力大且抽采效率低等工程难题,研究了低渗煤层胶囊二氧化碳相变致裂煤层增透技术,该技术利用二氧化碳在高压环境下转变为超临界状态的特性,通过胶囊封装临界二氧化碳放入导管内,... 【目的和方法】针对低渗透性煤层开采受限于瓦斯含量高、压力大且抽采效率低等工程难题,研究了低渗煤层胶囊二氧化碳相变致裂煤层增透技术,该技术利用二氧化碳在高压环境下转变为超临界状态的特性,通过胶囊封装临界二氧化碳放入导管内,然后由导管放置到煤层内部,并通过加热爆破启动装置触发相变爆破。使液态二氧化碳迅速气化并膨胀,产生高压冲击波,实现对煤层产生预裂作用。致裂过程不产生火花,易在煤层中形成裂隙,提高煤层的透气性。【结果和结论】(1)这项技术能够有效地增加煤层的裂隙网络,显著提升煤层的透气性。通过测算每个1.4 kg胶囊液态二氧化碳量在发生相变致裂时,其爆炸威力等同于243克TNT的爆炸当量。二次致裂后,其影响半径逐渐增大,显示出良好的时效性。(2)现场应用效果证实了该技术提升瓦斯抽采纯量2~4倍,甲烷体积分数增加2~3倍,致裂影响半径提升了1.5~2.0倍。现场监测瓦斯抽采钻孔在18、30、60、90及120 d的瓦斯抽采效果,发现抽采影响半径随着抽采时间的增加而递增。初期增速明显,随后增幅逐渐减小;随着时间延续,抽采影响半径增长幅度趋于平缓,与抽采时间的关系渐趋稳定,致裂后实测有效抽采半径在2.45~4.95 m,证实该技术在煤层瓦斯抽采中具备良好的时效性与持续性。(3)在进行致裂处理后,研究区域内煤层透气性系数显著增加,由之前的0.0096 m^(2)/(MPa^(2)·d)提升至0.577 m^(2)/(MPa^(2)·d)。此外,由于二氧化碳作为致裂介质,可以来源于工业排放或封存的二氧化碳,因此,这该项技术是一种绿色的增透手段,具有重要的环境和社会效益。 展开更多

关键词 煤层增透 胶囊二氧化碳 相变致裂 超临界二氧化碳 致裂半径 瓦斯抽采

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深部煤层地下气化选址研究——以东胜气田J148地区为例 被引量：4

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作者 王锦昌 刘刚 +3 位作者 张辉 翁新龙 马超 张茹 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期156-166,共11页

从地质构造、水文地质、煤层气化适用性等角度,系统研究了东胜气田J148地区中生界侏罗系中下统延安组延9煤层地下气化的可行性,并探讨了利用深部煤层气化燃空区孔隙层、含水层及该区致密气层进行碳封存的前景。研究结果表明,该区延9煤... 从地质构造、水文地质、煤层气化适用性等角度,系统研究了东胜气田J148地区中生界侏罗系中下统延安组延9煤层地下气化的可行性,并探讨了利用深部煤层气化燃空区孔隙层、含水层及该区致密气层进行碳封存的前景。研究结果表明,该区延9煤层埋深1 264~1 285 m、倾角小于1°,煤层稳定性好。气化目标选区内地层断层、节理裂隙不发育,偶有裂隙但断面新鲜、闭合,煤层气化后空腔有较好的密闭性,对煤炭地下气化影响小,有利于气化炉的建设和扩展,可满足规模化煤炭地下气化项目实施。延9煤层顶底板存在连续的隔水层,能阻截地下水对煤层直接充水,有利于地下气化炉布置;顶板隔水层厚度小于导水裂隙带高度,存在垮落导通顶板含水层间接充水的风险,但顶板含水层属弱富水含水层,涌水量小,风险可控;底板隔水层厚度大于隔水层的安全厚度,能有效阻截煤层底板含水层对煤层直接充水的风险。总体而言,延9煤层厚度适中、夹矸少,属低灰、低硫、高热值不黏煤,煤焦反应活性高,具有良好开发前景。针对深部煤层规模化气化开采产生大量的CO_(2)排放,初步探讨了利用煤层燃空区、顶底板含水层和下部致密天然气层进行CO_(2)安全封存可行性。分析认为,在延9煤层气化燃空区孔隙层和顶底板含水层中,可封存煤层气化产生的CO_(2)的60.8%~88.2%;若结合东胜气田上古生界致密天然气开发,用煤气化产生CO_(2)进行天然气驱替与封存,有望实现深部煤层气化开采过程近零碳排放。 展开更多

关键词 深部煤层 地下气化 选址 碳封存

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深煤层井组CO_2注入提高采收率关键参数模拟和试验 被引量：41

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作者 叶建平 张兵 +1 位作者 韩学婷 张春杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期149-155,共7页

深部煤层井组注入CO2开采煤层气技术主要通过CO2的强吸附效应,能够置换出更多的CH4,同时实现CO2的长期大量的埋藏。通过试验分析,柿庄北地区CO2的吸附能力是CH4的2倍,随着解吸压力的降低,CH4比CO2会更快的解吸,能够有效的置换CH4。CO2... 深部煤层井组注入CO2开采煤层气技术主要通过CO2的强吸附效应,能够置换出更多的CH4,同时实现CO2的长期大量的埋藏。通过试验分析,柿庄北地区CO2的吸附能力是CH4的2倍,随着解吸压力的降低,CH4比CO2会更快的解吸,能够有效的置换CH4。CO2的注入引起煤储层物性的变化,主要是由于CO2的吸附和解吸引起的基质膨胀与收缩效应造成渗透率的变化,并且呈现随着压力的降低先降低后迅速增加的变化规律。基于渗透率变化规律,应用模拟软件建立地质模型和数值模型,分析了CO2注入量、频率和注入方式对井组或单井的产量、采收率和CO2埋藏量的影响。模拟结果认为注入量10～15 t/d,连续注入90 d,关井90 d,反复实施2 a后,可以实现采收率的提高。通过现场试验验证,该区3号煤层吸附CO2的能力在8 t/d,井组的埋藏潜力约为12 616 t。 展开更多

关键词 深煤层 采收率 二氧化碳 数值模拟 沁水盆地

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低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术及应用 被引量：53

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作者 张东明 白鑫 +2 位作者 尹光志 饶孜 何庆兵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1938-1950,共13页

如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及... 如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO_2相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9~12倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9~13 m;应用表明液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4~5倍。 展开更多

关键词 低渗煤层 液态CO2 致裂增透 瓦斯抽采

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深部煤层封存CO_2过程中的煤基质溶胀效应 被引量：6

6

作者 王浩浩 张登峰 +2 位作者 王倩倩 彭健 霍培丽 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期2031-2038,2069,共9页

强化煤层气甲烷(CH4)采收率的深部煤层封存二氧化碳(CO2)技术能够将主要人为温室气体(CO2)进行有效的地质存储。考虑到CO2流体和煤体的自身特性,封存过程中的CO2流体将会诱导煤基质发生溶胀效应。溶胀效应将会对煤层封存CO2技术构成潜... 强化煤层气甲烷(CH4)采收率的深部煤层封存二氧化碳(CO2)技术能够将主要人为温室气体(CO2)进行有效的地质存储。考虑到CO2流体和煤体的自身特性,封存过程中的CO2流体将会诱导煤基质发生溶胀效应。溶胀效应将会对煤层封存CO2技术构成潜在的影响。为此,本文结合国内外相关研究工作,归纳了流体诱导煤基质溶胀的规律,指出了煤基质溶胀对煤层封存CO2过程的影响,介绍了流体诱导煤基质溶胀的分析手段,提出了封存过程中煤基质溶胀的研究趋势。分析表明:1煤基质溶胀程度与流体种类、压力、温度和煤的变质程度有关;2CO2诱导煤基质溶胀效应将会降低煤层的渗透性能,进而影响CO2等流体在煤层内部的有效运移;3溶胀效应会影响煤层的CO2封存性能,建立涉及溶胀效应的煤吸附理论模型是溶胀效应研究的重要课题;4煤基质溶胀机理及其可逆性能研究目前存在争议,研究人员需要从煤体理化结构的研究出发以明确上述问题。 展开更多

关键词 煤层 存埋 二氧化碳 煤基质 溶胀

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超临界CO_2作用下有效应力对煤体渗透性影响 被引量：7

7

作者 岳立新 孙可明 +2 位作者 张凤嘉 刘禹含 郝志勇 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2013年第9期1157-1160,共4页

为了研究超临界二氧化碳对煤层渗透性的影响,利用自制的三轴渗透仪,在恒定温度和恒定孔隙压力下,不同有效应力条件下,进行三轴渗流实验,结果表明:在温度和孔隙压力一定的条件下,煤样渗透率随着有效应力的增大呈现负指数递减规律,有一定... 为了研究超临界二氧化碳对煤层渗透性的影响,利用自制的三轴渗透仪,在恒定温度和恒定孔隙压力下,不同有效应力条件下,进行三轴渗流实验,结果表明:在温度和孔隙压力一定的条件下,煤样渗透率随着有效应力的增大呈现负指数递减规律,有一定的函数关系式.同一有效应力下,渗透率随孔隙压力的增大而增大,孔隙压为7.9 MPa时的渗透率高于孔隙压为7.7 MPa和7.5 MPa的渗透率,该研究成果将为利用超临界二氧化碳改造低渗透煤层的渗透性提供重要的科学依据. 展开更多

关键词 超临界CO2 有效应力 孔隙压力 渗透率 渗流实验 三轴渗透仪 煤层 低渗透

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低渗透性煤层井下低压液态CO_2促抽瓦斯工程实践 被引量：12

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作者 文虎 樊世星 +3 位作者 马砺 郭军 魏高明 郝健池 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2018年第4期530-537,共8页

针对韩城矿区3#煤层渗透率较低,瓦斯抽采难度大、抽采效率低等难题,在理论分析液态CO_2低温相变增渗和驱替置换煤层瓦斯机理的基础上,提出了低压(2~3 MPa)液态CO_2顺层钻孔压注增透技术,研发了适用于煤矿井下的低压液态CO_2压注系统和工... 针对韩城矿区3#煤层渗透率较低,瓦斯抽采难度大、抽采效率低等难题,在理论分析液态CO_2低温相变增渗和驱替置换煤层瓦斯机理的基础上,提出了低压(2~3 MPa)液态CO_2顺层钻孔压注增透技术,研发了适用于煤矿井下的低压液态CO_2压注系统和工艺,确定了压注过程的关键参数。桑树坪2号井3#煤层工业性试验结果表明:整个CO_2压注过程大致可分为相态平衡建立、注液和保压3个阶段;液态CO_2在3#煤层中的渗流扩散半径超过18 m,此半径范围内瓦斯抽采浓度整体得到提高,抽采活跃期至少一个月。距压注孔6,12和18 m的抽采孔单孔瓦斯浓度平均值分别达41.66%,35.43%和24.14%,且随距压注孔间隔的增大,单孔瓦斯抽采浓度呈逐渐减小趋势,与钻孔内CO_2浓度变化趋势一致。整个抽采活跃期内,支管平均瓦斯抽采浓度和纯量分别达48.49%和1.42 m3/min,明显高于水力割缝后的瓦斯抽采效果,压注后32~40 d,衰减至29.37%和0.88 m3/min,仍高于原始煤层瓦斯抽采浓度。 展开更多

关键词 低渗透性煤层 低压 液态CO2 煤层增渗 瓦斯抽采

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双碳目标下煤气同采技术体系构想及内涵 被引量：38

9

作者 李树刚 张静非 +5 位作者 尚建选 林海飞 王苏健 丁洋 侯恩科 赵泓超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1416-1429,共14页

“双碳”的确定对煤气同采发展理念提出了绿色低碳的新要求。立足我国以煤为主的能源禀赋特点,针对煤矿CH_(4)-CO_(2)双重碳减排技术难题,通过探究煤矿瓦斯高效精准抽采、煤矿瓦斯全浓度梯级利用及煤层CO_(2)捕获-封存-利用等关键技术问... “双碳”的确定对煤气同采发展理念提出了绿色低碳的新要求。立足我国以煤为主的能源禀赋特点,针对煤矿CH_(4)-CO_(2)双重碳减排技术难题,通过探究煤矿瓦斯高效精准抽采、煤矿瓦斯全浓度梯级利用及煤层CO_(2)捕获-封存-利用等关键技术问题,提出了以煤矿CH_(4)-CO_(2)近零碳排放为核心的全生命周期煤气同采技术体系构想,从低碳融合技术与负碳技术两方面阐述了该构想体系,并简化分析了相应的碳源汇机制。煤矿瓦斯高效精准抽采涵盖瓦斯含量精准原位测定、瓦斯涌出量精准预测、瓦斯高效抽采区域精准辨识、瓦斯抽采精准施工设计、瓦斯抽采精准增透及瓦斯抽采精准调控;在瓦斯全浓度梯级利用方面,提出了高浓度瓦斯直接利用、乏风瓦斯及低浓度瓦斯提浓增效技术为主的阶梯式综合利用体系;煤层CO_(2)封存作为典型负碳排放技术已处于商业运行阶段,笔者及其团队则聚焦煤矿CH_(4)-CO_(2)近零碳排放核心,提出了CO_(2)煤矿采空区吸储与植被固碳理念。最后阐述了双碳目标下煤气同采技术体系的发展方向:①“地质透明化-抽采智慧化”与瓦斯精准抽采深度融合技术;②瓦斯富集-提浓-利用一体化技术及装备;③“CCUS+生态碳汇”全域负碳排放技术;④煤气同采全生命周期CH_(4)-CO_(2)动态监测及管控技术体系。通过该构想的逐步实施,为我国煤炭行业碳中和目标实现提供新的发展思路。 展开更多

关键词 双碳 煤气同采 精准抽采 梯级利用 煤层CO_(2)捕获-封存-利用

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二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术 被引量：93

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作者 霍中刚 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第2期80-83,共4页

针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、预抽效率低的问题,研发出二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术,通过理论分析、现场试验和数值模拟研究发现：采用二氧化碳致裂器在煤层中进行深孔预裂爆破,可促进煤层孔隙系统发育,提高煤层的透... 针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、预抽效率低的问题,研发出二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术,通过理论分析、现场试验和数值模拟研究发现：采用二氧化碳致裂器在煤层中进行深孔预裂爆破,可促进煤层孔隙系统发育,提高煤层的透气性,达到强化抽采瓦斯的目的。贝勒煤矿井下试验结果显示,致裂后钻孔瓦斯流量增大3.8~6.7倍,钻孔瓦斯流量衰减系数由0.691 1 d-1降为0.052 8 d-1,煤层透气性系数提高26倍,预裂影响半径达4.5~5.7 m,在很大程度上改善了矿井瓦斯治理的效果,降低了瓦斯治理的经济成本,确保了煤矿采掘接替和安全生产。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 二氧化碳致裂器 深孔预裂爆破 煤层增透

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松软煤层水力冲孔与二氧化碳爆破联合增透技术 被引量：10

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作者 张开加 《煤炭工程》 北大核心 2018年第7期53-55,共3页

为有效解决松软煤层瓦斯透气性低、瓦斯抽采效果差的问题,提出一种水力冲孔与二氧化碳致裂爆破联合增透方法,即在水力冲孔基础上引入二氧化碳致裂爆破措施,加快松软煤体向孔洞移动的速度,进一步提高煤层透气性,延长高瓦斯流量抽采时间... 为有效解决松软煤层瓦斯透气性低、瓦斯抽采效果差的问题,提出一种水力冲孔与二氧化碳致裂爆破联合增透方法,即在水力冲孔基础上引入二氧化碳致裂爆破措施,加快松软煤体向孔洞移动的速度,进一步提高煤层透气性,延长高瓦斯流量抽采时间。在贵州高山煤矿9号煤层进行对比试验,抽采30d后,联合增透技术抽采钻孔瓦斯抽采量比单独使用水力冲孔措施提高45%;抽采60d后,联合增透技术采区域平均残余瓦斯含量比单独使用水力冲孔增透措施时降低了22%,为其他矿区松软煤层瓦斯抽采提供参考。 展开更多

关键词 松软煤层 水力冲孔 二氧化碳爆破 筛管 瓦斯抽采 残余瓦斯含量

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大倾角煤层浅部露出区煤层气溢出问题数值仿真模拟

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作者 王洪利 张遂安 +1 位作者 黄红星 张潇 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期143-150,共8页

中国新疆阜康白杨河矿区42号煤层倾角大,浅部煤系地层露出,为研究煤层气从该区域溢出问题,防止煤层气资源浪费,基于大倾角煤层中气-水分异现象,修正了大倾角煤层三维气-水两相渗流模型,结合阜康白杨河矿区42号煤层实际地质资料与历史拟... 中国新疆阜康白杨河矿区42号煤层倾角大,浅部煤系地层露出,为研究煤层气从该区域溢出问题,防止煤层气资源浪费,基于大倾角煤层中气-水分异现象,修正了大倾角煤层三维气-水两相渗流模型,结合阜康白杨河矿区42号煤层实际地质资料与历史拟合储层再描述,展开了大倾角煤层浅部露出区煤层气溢出问题数值模拟仿真研究。研究结果表明:大倾角煤层浅部露出区煤层气溢出问题的存在;埋深300、500和700 m直井生产15 a累计溢出量分别为1.02×10^(5)、1.08×10^(7)以及1.33×10^(7) m^(3),和产量比值分别是5.06%、668.02%以及335.77%,直井生产时会造成大量的煤层气资源浪费;溢出现象并非伴随整个生产周期,溢出量先增后降直到溢出现象结束,使用顺层井生产时可以完整观测这一过程,溢出现象持续了1918 d,日溢出量上升和下降过程近似对称,累计溢出量为7.18×10^(5) m^(3),和累计产气量比值为1.54%。补充400 m和600 m埋深直井模拟方案后,发现煤层气最大溢出量和累计溢出量与直井埋深呈正相关线性关系,而溢出现象开始时间随着埋深增加逐渐提前,500 m以深溢出现象开始时间保持不变。综合分析煤层气溢出现象是造成该区直井产能较差的原因之一,使用顺层井排采能有效提高经济效益和降低煤层气溢出现象。 展开更多

关键词 煤层气溢出 大倾角煤层 阜康白杨河矿区 甲烷泄露 非二氧化碳温室气体监测

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