超临界CO2作用下无烟煤孔隙结构演化时间效应规律

作     者：葛兆龙 张翔宇 刘浩 侯昱东 符文宇 贾云中 GE Zhaolong;ZHANG Xiangyu;LIU Hao;HOU Yudong;FU Wenyu;JIA Yunzhong

作者机构：煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室·重庆大学 复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室·重庆大学 重庆朝阳气体有限公司 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2024年第44卷第7期

页      面：97-108页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目“关闭/废弃矿井树状钻孔复合超临界CO2压裂均衡增透高效开采煤层气机理”(编号:52074045) 重庆市杰出青年基金项目“超临界二氧化碳高效开发煤层气及封存一体化研究”(编号:CSTB2022NSCQ-JQX0028) 

主　　题：无烟煤 超临界CO2 孔隙结构 作用时间 CO2地质封存 核磁共振 分形维数 

摘      要：CO2地质封存技术是实现减排和废弃矿井资源再利用的有效技术之一，但煤层孔隙结构在CO2注入后的变化具有时间效应，其演化规律将直接影响CO2地质封存潜力。为了探索作用时间增加后煤层孔隙结构变化的真实情况，提高CO2地质封存量计算精度，通过对重庆市南桐矿区无烟煤进行超临界CO2吸附实验、低温氮气吸附实验、X射线衍射测试、核磁共振测试、扫描电镜测试等实验，研究了不同超临界CO2作用时间对该区域内煤样孔隙结构的演化规律。研究结果表明：（1）超临界CO2作用后煤样孔隙度的变化主要发生在7 d内，处理7 d后煤样孔隙度增加了3.20%,7～14 d内煤样孔隙度仅增加了0.05%；（2）随作用时间增加，煤样孔隙的比表面积增加但变化量逐渐减小，7 d内日均增长19.74%～24.50%,7～14 d内日均增长2.37%～4.60%，其变化规律近似呈对数函数关系；（3）超临界CO2与煤产生的化学反应引起矿物质的溶解，增大了煤体的表面粗糙度，表征煤样粗糙度的分形维数随着作用时间的增加持续增大；（4）超临界CO2作用后能有效改变煤样的孔隙度及表面形貌，为CO2吸附提供了更多吸附点位，超临界CO2对孔隙结构的改造效果在7 d内比较明显。结论认为，超临界CO2作用下无烟煤孔隙结构的变化随作用时间增加最终会趋于稳定，研究结果可为无烟煤储层CO2地质封存潜力评价提供理论指导。