CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕集、利用与封存)技术是减少化石能源发电和工业生产过程中CO_(2)排放的关键技术,也是我国实现碳中和的兜底技术。CO_(2)地质封存是CCUS技术的核心组成部分,决定了CCUS技术的发展潜力...CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕集、利用与封存)技术是减少化石能源发电和工业生产过程中CO_(2)排放的关键技术,也是我国实现碳中和的兜底技术。CO_(2)地质封存是CCUS技术的核心组成部分,决定了CCUS技术的发展潜力和发展方向,建立适用我国地质特点的CO_(2)封存潜力评价方法,科学评估我国主要沉积盆地CO_(2)封存潜力是我国CCUS技术发展的基础。国外将CO_(2)地质封存潜力评价分为国家/州级筛选、盆地级评价、场址描述、场址应用4个阶段,并将封存地质体特征、区域地质、评估目的、地方保护、社会健康、封存安全和环境风险等作为主要指标,形成了一系列盆地级别评价指标体系,同时针对不同封存地质体,建立了CSLF(碳封存领导人论坛)法、DOE(美国能源部)法、欧盟法,ECOFYS和TNO-TING法等CO_(2)封存量计算方法。我国封存潜力评估整体处于起步阶段,尚未建立统一、系统的封存潜力评估方法,采用的封存潜力评价方法主要是基于层次分析法的模糊综合评价,并发展了封存潜力的次级盆地评价方法和CO_(2)封存量的溶解度计算方法。我国CO_(2)地质封存潜力巨大、方式多样,封存有利区域为渤海湾盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、苏北盆地和四川盆地。由于中国地质条件的复杂性,采用不同评价方法评估得到的CO_(2)封存潜力差距较大,亟需对深部咸水层、正在开采或枯竭的油气田、深部不可采煤层、浅海等主要封存地质体开展CO_(2)封存潜力的精细评估。展开更多
概述了碳中和地质技术的形成背景及其在碳中和知识体系中的定位,提出了碳中和地质技术的概念和内涵,评述了关键碳中和地质技术的国内外进展,分析讨论和前瞻了碳中和地质技术在煤炭低碳化开发利用进程中的重要应用方向、应用模式和发展...概述了碳中和地质技术的形成背景及其在碳中和知识体系中的定位,提出了碳中和地质技术的概念和内涵,评述了关键碳中和地质技术的国内外进展,分析讨论和前瞻了碳中和地质技术在煤炭低碳化开发利用进程中的重要应用方向、应用模式和发展前景。已有研究工作表明:作为碳中和知识体系的碳中和科学与工程交叉学科正在形成,在地球科学基本背景上碳中和相关学科群交叉融通形成了当前碳中和科学与工程主要研究领域和技术发展方向,碳中和地质技术是碳中和科学与工程交叉学科的重要组成部分,也是实现碳中和目标的关键技术;二氧化碳捕集利用与封存技术、生态地质与碳增汇技术、煤层中甲烷减排与资源化开发利用技术、化石能源低碳化开发利用地质技术、地热资源高效勘查与开发技术、新能源高效安全开发利用地质保障技术、矿化固碳地质技术和地球工程等构成了碳中和地质技术的当前核心内涵;以CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕集、利用与封存)大规模集群化部署与全流程技术、煤层甲烷接续高效抽采与低浓度瓦斯(含乏风瓦斯)利用技术、煤型关键金属探采选冶全流程技术、矿区生态地质修复重构与碳增汇技术、干热岩型地热地质新能源勘查开发利用技术、供能蓄能一体化水电和核电等新能源开发利用地质工程保障技术、太阳辐射管理前沿技术探索为代表,关键碳中和地质技术已取得重要进展;CCUS将成为低排放燃煤发电、煤转化、煤制氢、煤制特种燃料、煤基材料等煤炭低碳洁净高效利用关键技术的关键,煤炭基地或煤矿区CCUS以煤基CO_(2)源、煤系CO_(2)地质碳汇、CO_(2)矿化固定与采空区充填封存为技术特色且具有紧迫需求;从原位煤层气高效勘探开发、煤矿瓦斯井下-地面协同高效抽采、关闭矿井瓦斯高效抽采到低浓度和乏风瓦斯高效利用,煤层甲烷高效抽采利用与减排综合技术应用模式将得到快速发展和推广;通过覆岩变形控制与地表植被生态系统保持、水资源与区域生态系统保护、采动裂隙与温室气体大气排放控制、数字矿山与节能提效等方式发展和应用绿色智慧矿山地质保障技术,实现煤炭生产过程减碳;应用煤矿区生态修复与碳增汇技术,实现煤矸石处置与减污降碳协同、塌陷区治理与碳增汇、土地整治利用与增汇固碳;加快应用和发展煤系共伴生资源共探共采与碳减排技术,实现煤系气、煤型关键金属高效勘查开发利用突破,对服务我国低碳洁净高效安全新能源体系构建和实现源头减碳意义重大。展开更多
在煤层气井水力压裂阶段,支撑裂缝内煤粉沉积以及裂隙内煤粉运移,将导致支撑裂缝和裂隙渗透率降低,影响水力压裂改造效果以及后续的煤层气井排采效果。为有效疏通支撑裂缝并避免裂隙堵塞,从优化压裂液矿化度的视角,提出了水力压裂阶段...在煤层气井水力压裂阶段,支撑裂缝内煤粉沉积以及裂隙内煤粉运移,将导致支撑裂缝和裂隙渗透率降低,影响水力压裂改造效果以及后续的煤层气井排采效果。为有效疏通支撑裂缝并避免裂隙堵塞,从优化压裂液矿化度的视角,提出了水力压裂阶段支撑裂缝及裂隙内煤粉防控新方法。基于石英砂充填柱和无烟煤样,分别开展了矿化度逐级递减条件下支撑裂缝及裂隙内煤粉运移实验,分析了煤粉运移对矿化度变化的响应特征;采用扩展Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(DLVO)理论对煤粉运移进行了模拟,揭示了矿化度对煤粉运移的影响机制;并在此基础上,探究了兼顾支撑裂缝及裂隙内煤粉防控的最优矿化度范围。研究结果表明:支撑裂缝及裂隙内煤粉运移均存在临界矿化度现象,当矿化度低于临界矿化度时,支撑裂缝渗透率急剧增大,裂隙渗透率骤然降低,并伴有大量的煤粉产出;支撑裂缝内煤粉运移临界矿化度高于裂隙内煤粉运移临界矿化度,支撑剂表面电负性强于裂隙,而其疏水性弱于裂隙,是导致支撑裂缝内煤粉运移临界矿化度偏高的主要原因;随矿化度的逐级降低,煤粉与通道间的双电层斥力不断增大,当矿化度降至临界矿化度时,双电层斥力开始大于Lifshitz-van der Waals引力和Lewis酸碱引力之和,诱发煤粉运移;理论模型预测的支撑裂缝及裂隙内煤粉运移临界矿化度均与实验结果一致,证实了模型的可靠性。在水力压裂阶段,可将压裂液矿化度设计在支撑裂缝与裂隙内煤粉运移临界矿化度之间,从而促使支撑裂缝内煤粉产出,并抑制裂隙内煤粉运移,达到兼顾支撑裂缝及裂隙内煤粉防控的目的。展开更多
文摘CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕集、利用与封存)技术是减少化石能源发电和工业生产过程中CO_(2)排放的关键技术,也是我国实现碳中和的兜底技术。CO_(2)地质封存是CCUS技术的核心组成部分,决定了CCUS技术的发展潜力和发展方向,建立适用我国地质特点的CO_(2)封存潜力评价方法,科学评估我国主要沉积盆地CO_(2)封存潜力是我国CCUS技术发展的基础。国外将CO_(2)地质封存潜力评价分为国家/州级筛选、盆地级评价、场址描述、场址应用4个阶段,并将封存地质体特征、区域地质、评估目的、地方保护、社会健康、封存安全和环境风险等作为主要指标,形成了一系列盆地级别评价指标体系,同时针对不同封存地质体,建立了CSLF(碳封存领导人论坛)法、DOE(美国能源部)法、欧盟法,ECOFYS和TNO-TING法等CO_(2)封存量计算方法。我国封存潜力评估整体处于起步阶段,尚未建立统一、系统的封存潜力评估方法,采用的封存潜力评价方法主要是基于层次分析法的模糊综合评价,并发展了封存潜力的次级盆地评价方法和CO_(2)封存量的溶解度计算方法。我国CO_(2)地质封存潜力巨大、方式多样,封存有利区域为渤海湾盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、苏北盆地和四川盆地。由于中国地质条件的复杂性,采用不同评价方法评估得到的CO_(2)封存潜力差距较大,亟需对深部咸水层、正在开采或枯竭的油气田、深部不可采煤层、浅海等主要封存地质体开展CO_(2)封存潜力的精细评估。
文摘概述了碳中和地质技术的形成背景及其在碳中和知识体系中的定位,提出了碳中和地质技术的概念和内涵,评述了关键碳中和地质技术的国内外进展,分析讨论和前瞻了碳中和地质技术在煤炭低碳化开发利用进程中的重要应用方向、应用模式和发展前景。已有研究工作表明:作为碳中和知识体系的碳中和科学与工程交叉学科正在形成,在地球科学基本背景上碳中和相关学科群交叉融通形成了当前碳中和科学与工程主要研究领域和技术发展方向,碳中和地质技术是碳中和科学与工程交叉学科的重要组成部分,也是实现碳中和目标的关键技术;二氧化碳捕集利用与封存技术、生态地质与碳增汇技术、煤层中甲烷减排与资源化开发利用技术、化石能源低碳化开发利用地质技术、地热资源高效勘查与开发技术、新能源高效安全开发利用地质保障技术、矿化固碳地质技术和地球工程等构成了碳中和地质技术的当前核心内涵;以CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕集、利用与封存)大规模集群化部署与全流程技术、煤层甲烷接续高效抽采与低浓度瓦斯(含乏风瓦斯)利用技术、煤型关键金属探采选冶全流程技术、矿区生态地质修复重构与碳增汇技术、干热岩型地热地质新能源勘查开发利用技术、供能蓄能一体化水电和核电等新能源开发利用地质工程保障技术、太阳辐射管理前沿技术探索为代表,关键碳中和地质技术已取得重要进展;CCUS将成为低排放燃煤发电、煤转化、煤制氢、煤制特种燃料、煤基材料等煤炭低碳洁净高效利用关键技术的关键,煤炭基地或煤矿区CCUS以煤基CO_(2)源、煤系CO_(2)地质碳汇、CO_(2)矿化固定与采空区充填封存为技术特色且具有紧迫需求;从原位煤层气高效勘探开发、煤矿瓦斯井下-地面协同高效抽采、关闭矿井瓦斯高效抽采到低浓度和乏风瓦斯高效利用,煤层甲烷高效抽采利用与减排综合技术应用模式将得到快速发展和推广;通过覆岩变形控制与地表植被生态系统保持、水资源与区域生态系统保护、采动裂隙与温室气体大气排放控制、数字矿山与节能提效等方式发展和应用绿色智慧矿山地质保障技术,实现煤炭生产过程减碳;应用煤矿区生态修复与碳增汇技术,实现煤矸石处置与减污降碳协同、塌陷区治理与碳增汇、土地整治利用与增汇固碳;加快应用和发展煤系共伴生资源共探共采与碳减排技术,实现煤系气、煤型关键金属高效勘查开发利用突破,对服务我国低碳洁净高效安全新能源体系构建和实现源头减碳意义重大。
文摘在煤层气井水力压裂阶段,支撑裂缝内煤粉沉积以及裂隙内煤粉运移,将导致支撑裂缝和裂隙渗透率降低,影响水力压裂改造效果以及后续的煤层气井排采效果。为有效疏通支撑裂缝并避免裂隙堵塞,从优化压裂液矿化度的视角,提出了水力压裂阶段支撑裂缝及裂隙内煤粉防控新方法。基于石英砂充填柱和无烟煤样,分别开展了矿化度逐级递减条件下支撑裂缝及裂隙内煤粉运移实验,分析了煤粉运移对矿化度变化的响应特征;采用扩展Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(DLVO)理论对煤粉运移进行了模拟,揭示了矿化度对煤粉运移的影响机制;并在此基础上,探究了兼顾支撑裂缝及裂隙内煤粉防控的最优矿化度范围。研究结果表明:支撑裂缝及裂隙内煤粉运移均存在临界矿化度现象,当矿化度低于临界矿化度时,支撑裂缝渗透率急剧增大,裂隙渗透率骤然降低,并伴有大量的煤粉产出;支撑裂缝内煤粉运移临界矿化度高于裂隙内煤粉运移临界矿化度,支撑剂表面电负性强于裂隙,而其疏水性弱于裂隙,是导致支撑裂缝内煤粉运移临界矿化度偏高的主要原因;随矿化度的逐级降低,煤粉与通道间的双电层斥力不断增大,当矿化度降至临界矿化度时,双电层斥力开始大于Lifshitz-van der Waals引力和Lewis酸碱引力之和,诱发煤粉运移;理论模型预测的支撑裂缝及裂隙内煤粉运移临界矿化度均与实验结果一致,证实了模型的可靠性。在水力压裂阶段,可将压裂液矿化度设计在支撑裂缝与裂隙内煤粉运移临界矿化度之间,从而促使支撑裂缝内煤粉产出,并抑制裂隙内煤粉运移,达到兼顾支撑裂缝及裂隙内煤粉防控的目的。
