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深部煤层CO2地质封存是助力“碳达峰碳中和”战略的重要途径,煤层含水性对以CO2吸附封存为主的深部煤层CO2地质封存能力影响显著。以无烟煤为例,开展了45℃下干燥、平衡水、饱和水煤样高压CO2等温吸附实验,校正了饱和水煤样过剩吸附曲线,利用改进的D-R吸附模型拟合得到三者吸附能力与吸附热,对比了不同含水条件下CO2绝对吸附曲线,阐释了饱和水增强无烟煤吸附能力的微观作用机理。结果表明:(1)干燥、平衡水、饱和水煤样CO2吸附能力分别为56.72、45.19和48.36 cm3/g,吸附热分别为29.42、26.23和27.24 kJ/mol。(2) CO2密度小于0.16 g/cm3(6.48 MPa)时,无烟煤CO2绝对吸附量大小顺序为干燥煤样、饱和水煤样和平衡水煤样,而CO2进入超临界状态后,顺序变为饱和水煤样、干燥煤样和平衡水煤样。(3)水分子优先占据高能吸附位是平衡水煤样吸附能力减弱的主要原因,而煤?水体系与CO2相互作用强于CO2与H2O竞争吸附下的煤?CO2相互作用是饱和水煤样在CO2超临界阶段吸附能力高于干燥煤样的根本原因。(4)吸附封存是煤层CO2地质封存的主要形式,深部煤储层条件下,煤层饱和水对超临界CO2增储作用更为明显,高压注水是提高深部煤层CO2地质封存潜力,改善煤储层渗透性的有效手段。 相似文献
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为揭示深部煤层超临界CO2（ScCO2）吸附特征及其控制机理,以沁水盆地南部余吾矿、寺河矿、成庄矿的3号煤为研究对象,通过自制等温吸附仪进行了不同温度（45℃,62.5℃,80℃）、最高压力达到CO2超临界压力以上时的等温吸附实验。研究结果表明:高温高压条件下ScCO2吸附曲线不同于常温常压下CO2吸附曲线,随压力升高ScCO2过剩吸附量和绝对吸附量分别呈4段式和3段式变化,ScCO2达到过剩吸附量峰值出现的压力点具有随温度升高向高压增高的特征;ScCO2过剩吸附量远低于绝对吸附量,无法采用Langmuir吸附模型进行解释;温度对ScCO2吸附抑制明显,水分对ScCO2吸附没有起到抑制作用,灰分含量较高对ScCO2吸附量有明显抑制作用,煤中高镜质组含量和高Rmax对ScCO2吸附具有较明显的促进作用;超临界状态下煤对ScCO2的吸附量大小由微孔和过渡孔所控制,且与微孔比表面积大小有关,高变质煤对ScCO2的吸附能力降低可能是因微孔中矿物充填所致。 相似文献
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以沁水盆地成庄矿煤样为研究对象,利用实验室自主研发的CO2注入与煤层气强化开采实验模拟装置进行不同有效应力和CO2吸附压力下的煤岩渗透率测试。实验结果表明,煤岩的裂隙压缩系数受到CO2吸附的影响,初始状态下、亚临界CO2吸附和超临界CO2吸附煤样裂隙压缩系数分别为0.066、0.086和0.089。引起裂隙压缩系数改变的原因主要有两方面:CO2和煤中矿物反应提高了煤基质的不连续性;CO2软化了煤基质同时降低了煤岩的力学性质。利用考虑吸附应变以及内部膨胀系数的渗透率模型对实测渗透率进行拟合,发现有效应力和内部膨胀系数成正比。CO2吸附压力和有效应力的增大均提高了煤岩的内部膨胀系数,这影响了煤岩孔裂隙的开度,降低了煤储层的渗透率,并最终降低CO2在煤储层中的可注性。 相似文献
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为了研究等压扩散条件下不同变质程度煤中CO2置换CH4特征规律,选择无烟煤、瘦煤和气肥煤3种煤样,进行了不同等压扩散压力下的等压扩散置换实验。实验结果表明:随着煤变质程度的增加煤吸附CH4和CO2的能力表现出逐渐增强的趋势,且CO2的吸附量大于CH4的吸附量;随着实验点扩散压力的增加,CO2对CH4的绝对置换量和置换率均随之增加,CO2对CH4的注置比却随之降低。在实验煤样变质程度范围内,CH4置换率与煤变质程度和CO2注置比均呈负相关关系。研究成果对井下注CO2置换煤层CH4的工程技术和理论具有指导意义。 相似文献
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查明颗粒煤超临界态甲烷吸附相密度特征是研究温度、压力影响煤样吸附甲烷量的基础。选用安阳–鹤壁煤田鹤壁六矿与龙山矿颗粒煤样,借助磁悬浮天平等温吸附仪测量温度为308、313和318 K,压力为1~24 MPa下的等温吸附线。利用截距法、Langmuir三元模型拟合法与液相密度法分别计算超临界甲烷吸附饱和时的吸附相密度,分析其影响因素,并通过定吸附相体积的方法,一方面计算未吸附饱和时的吸附相密度,对峰值型拐点与过剩吸附量出现负值的实验现象进行解释,另一方面校正出较为理想的绝对吸附量。吸附相密度的计算结果表明,甲烷吸附相密度受温度、压力和煤变质程度的影响:随温度升高而降低,随压力升高先快速增加,后逐渐变缓,测量范围内吸附饱和时,无烟煤吸附相密度为121.60~136.17 kg/m3,贫瘦煤为73.29~76.96 kg/m3;绝对吸附量的计算结果表明,采用液相密度法校正出的绝对吸附量会出现负值,明显与实际不符,用截距法和Langmuir三元模型法校正的绝对吸附量会因实验条件的变化而改变,结合吸附常数b值的变化规律,发现用Langmuir三元模型法描述超临界甲烷的吸附行为最为恰当。 相似文献
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为提高煤层CH4抽采效率,利用自主研发的实验系统,模拟超临界CO2在深部煤层中驱替CH4的过程,开展了不同温度和注入压力条件下原煤试样中超临界CO2渗流、吸附及驱替CH4实验。结果表明:在恒定温度条件下,随着超临界CO2注入压力逐渐增大,煤体渗透率提高,CO2吸附量增加。超临界CO2注入压力和温度对驱替效果影响显著。不同温度条件下,当超临界CO2注入压力从8 MPa增至12 MPa,CH4驱替量平均增长了0.076 cm3/g,CH4驱替效率增加了17%~23%,超临界CO2置换体积比呈线性递减趋势;相同注入压力条件下,温度每升高10℃,驱替效率平均增加8%,置换体积比平均下降0.5。研究结果为高效抽采煤层CH4和实现CO2封存提供理论依据。 相似文献
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为了解高压条件下二氧化碳（CO2）对页岩微观孔隙结构改造及吸附行为,以四川盆地焦页6井页岩为研究对象,通过低温N2吸附和重量法等温吸附实验,研究了不同温压条件下CO2处理前后的页岩微观结构特征及CO2在页岩中的吸附行为.研究表明随处理温度升高,CO2作用后的页岩比表面积呈下降趋势,平均孔径和孔体积呈上升趋势,微孔、中孔比例减少,宏孔比例增大.CO2会改变页岩孔隙结构,改变程度与温度呈正相关关系.研究同时表明页岩对CO2的过剩吸附量随压力增大而增加直至达到最大值,后随压力增大而减小;绝对吸附量随压力增大而增加,在40 MPa之后,吸附量趋于稳定.页岩对CO2的吸附行为与温度压力有关,在高压条件下,Langmuir模型依然能较好地拟合CO2在页岩中的吸附. 相似文献
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二元气驱技术(CO2/N2-ECBM)已成为煤层气增产的重要手段,明确CO2/N2在煤层中的竞争吸附规律以及对煤层物性的影响具有重大意义。利用分子模拟软件Materials Studio建立延川南煤层气实际区块温度、压力条件下的煤分子模型。基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法研究CO2/N2交替驱替煤层气技术中各注入阶段对CH4吸附的影响,明确CO2、N2对煤层孔渗物性的影响规律。结果表明:在CO2注入阶段,煤层中甲烷迅速解吸;煤中气体吸附总量上升,煤基质膨胀效应增强,导致煤的孔隙体积降低。而转N2注入后,由于N2分压作用使得CH4、CO2吸附量呈现出不同程度的降低;当ωN2/ωCO2≤0.6时煤分子中气体总吸附量迅速降低,而当N2饱和吸附后气体总吸附量保持稳定。煤层孔渗物性随着气体吸附总量呈现出迅速增大后趋于平缓的趋势。此外,ωN2/ωCO2>0.6后N2吸附率迅速降低,这会使得产出气中CH4纯度较低,导致后期提纯成本大大增加。因此,当ωN2/ωCO2=0.6左右时,CH4解吸量为最大值,煤孔隙率较高,最有利于煤层气的开发。 相似文献
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超临界CO2对煤化学结构的改造对煤层CO2封存能力极为关键。论文开展了模拟埋深1500m （62.5℃、15 MPa）条件下4组不同变质程度煤的ScCO2-H2O体系与煤岩地球化学反应实验。通过傅里叶变换红外光谱和X射线粉末衍射实验获得了反应前后煤化学结构演化特征,探讨了煤化学结构演化的机理。结果表明:ScCO2作用后,煤中脂肪烃链长度普遍增加,仅肥煤的芳香烃丰度增大,肥煤、瘦煤和贫煤含氧基团丰度的增大主要由氢键基团含量的增加贡献,无烟煤含氧基团丰度则主要受低分子化合物溶出的影响。ScCO2引起的溶胀作用造成肥煤和瘦煤芳香层面之间交联键断裂,芳香微晶内部结构疏松,而芳香层面内CAr-CAr交联的形成提高了肥煤和瘦煤芳香性和芳香环缩合度;贫煤和无烟煤中非稠合多苯结构脱落使芳香微晶内部更紧凑,脂肪烃链长度的增加则降低了贫煤和无烟煤芳香性和芳香环缩合度。 相似文献
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超临界二氧化碳（ScCO2）–H2O–煤地球化学反应可造成煤物理结构和化学结构的改变,对煤层注CO2增采甲烷的有效性尤为关键。为了探讨ScCO2-H2O-煤反应对不同变质程度煤化学结构的影响,选择3个不同煤化程度煤样,在自主研制的ScCO2-H2O-煤地球化学反应模拟实验装置中模拟1000m埋深条件下煤样与ScCO2和去离子水反应240h,并对反应前后的煤样分别进行了X射线衍射和拉曼光谱实验,对比分析了反应前后煤样晶体结构和碳有序度的变化特征。测试结果表明:ScCO2-H2O反应破坏了煤的晶体完整性和碳有序度,改变了煤的大分子结构,且对低阶煤和中–高阶煤具有不同的影响,反应提高了低阶煤的平行定向程度,使其结构更加紧凑,减小了面网间距,而使中–高阶煤中无序单元增加,面网间距增大。该研究结果为CO2-ECBM项目实施中ScCO2-H2O作用对煤储层吸附解吸特征和孔渗特征影响的研究奠定了微观尺度基础。 相似文献
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为了研究页岩对气体的吸附机理,在50℃、60℃、80℃ 3个温度点对贵州凤参1井和天马1井的页岩样品进行等温吸附实验,并绘制出了CH4和CO2等温吸附曲线图,计算得到页岩表面自由能,从自由能角度分析页岩对CH4和CO2气体的吸附特性。研究结果表明:当温度一定时,随着压力的增加,页岩对2种气体的表面自由能变化值均呈现出不断增加的趋势,当压力一定时,随着温度的增加,表面自由能会逐渐减小,这与等温吸附曲线上气体吸附量随压力的变化是一致的;页岩对CO2的表面自由能变化值均要大于CH4,表明页岩对CO2的吸附能力比CH 4 更强,可以通过向页岩层中注入CO2来提高采收率;对于吸附能力较强的页岩气藏,可以通过注入表面活性剂的方法,增强活性剂与页岩表面的结合能力,降低CH4占有面积及其与页岩的表面自由能,以此达到促使CH4解吸的目的。 相似文献
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超临界CO2能够破坏煤分子结构,提高生物甲烷的产量。为研究微生物在超临界CO2参与的煤储层原位条件下的产气潜力,以新疆地区某煤层气区块目标煤层的初始储层压力、温度和气体组分作为原位储层条件,通过自主设计的煤储层原位厌氧发酵装置,模拟煤储层原位储层条件下的厌氧发酵过程,并对生物气产量、煤的官能团结构和微生物群落结构进行了分析。研究结果表明,在超临界CO2参与的煤储层原位条件下,生物甲烷产量达到了32.9 mL/g,CO2的生物转化率为17.4%。FTIR光谱表明,原位条件下微生物对苯酚、醇、醚、酯中含氧基团的降解能力要强于常规条件下的厌氧发酵。超临界CO2参与下的储层原位厌氧发酵系统中,多种产甲烷代谢途径的产甲烷菌(氢营养型、乙酸营养型和甲基营养型)逐渐向单一的氢营养型产甲烷菌演化。高压环境下,细菌群落中芽孢杆菌Solibacillus silvestris成为水解产酸发酵阶段的优势菌。该研究为煤层气生物工程的现场实施和碳减排提供了实验基础。 相似文献
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煤层CO2地质存储与CH4强化开采（CO2-ECBM）技术融温室气体减排与化石新能源开发为一体,极具发展前景。CO2-ECBM技术有效性是经济性、长期性和安全性的基础和前提,建立深部煤层CO2-ECBM有效性理论和生产技术在中国的需求尤为迫切。中国、美国、英国、澳大利亚、日本等国家在该领域开展了大量实验模拟、数值模拟和工程探索研究。研究工作表明:CO2可注性、CO2封存机制与存储容量、CH4增产效果构成了CO2-ECBM有效性的核心内涵,其中CO2可注性更为关键;CO2注入时煤储层发生体积应变效应和地球化学反应效应,其导致的渗透率快速衰减与可注性变差制约着CO2-ECBM的有效性;CO2/CH4竞争吸附与置换是主要的CO2封存机制,地层条件下CO2/CH4竞争吸附与置换封存决定了有效存储容量的主体,对于超临界CO2,改进的吸附势模型（Modified D-R model）表征计算结果与实验模拟结果的拟合度最好;通过优化注入参数、间歇性注入、先压后注、与N2交替注入等方式可以提高深部煤层的CO2可注性,试验井组煤层气生产井可实现最高3.8倍的增产效果;沁水盆地深部无烟煤CO2-ECBM技术的有效性已得到实验室研究和工程试验的初步证实。中国科学家在持续开展和不断深化CO2-ECBM技术的研究工作,CO2-ECBM有效性的关键科学技术问题有望在中国得到破解。 相似文献