煤层储存CO2能力的地应力响应特征

赵中玲

（晋能控股煤业集团阳泉有限公司，山西 阳泉 045000）

由于化石燃料（煤炭、石油、天然气等）的高消耗，全球温室气体浓度在大幅上升，导致全球变暖等环境问题[1-4]。为了减缓环境退化的速度，不影响经济发展，关键问题是减少温室气体，特别是二氧化碳。而碳捕集与封存（CCS）技术是最有效的方法之一[5-6]，该系统可以捕获发电和工业过程中使用化石燃料产生的90%的二氧化碳排放。近几十年来，为了提高常规油气、煤层气和页岩气的注采采收率，开发了一系列地质封存二氧化碳技术[7-8]。到目前为止，煤层CO2封存的研究成果主要包括以下5个方面：①不同储层条件（温度、压力、煤变质程度、平衡含水率）下纯CO2或CH4在煤中的吸附特性[9-10]；②不同储层条件下煤中混合CO2/CH4吸附特性[11]；③煤中饱和CH4的CO2驱油行为[12]；④CO2吸附煤基质膨胀效应[13]；⑤煤层CO2封存潜力评价[14-15]。这些研究将有助于深入了解煤层CO2封存的潜在效益和实际问题[16-17]，但不同应力状态下煤对CO2吸附的影响进行的研究较少[18]。基于此，通过搭建煤体加载吸附实验系统，对不同应力状态下煤体对CO2的吸附能力进行测试研究。

1 煤样和测试系统

研究的目的是在机械应力作用下，用体积法测定二氧化碳在煤上的吸附等温线。研究采用从5个硬煤矿采集的煤样进行研究：宁武煤田平朔矿区（PS），西山煤田古交矿区（GJ）、沁水煤田晋城矿区（JC）、霍西煤田霍州矿区（HZ）和河东煤田柳林矿区（LL）。井下采集的煤样在实验室粉碎、筛分出粒度<0.2 mm的颗粒煤。在此，将采用颗粒煤制作成型煤，而后在不同压力下进行煤的CO2吸附分析。

在将粉煤倒入特制的压模内（外径为40 mm，壁厚为5 mm）内，采用液压万能压力机进行加载，实验系统如图1。……