注CO_2提高煤层气采收率及CO_2封存技术

针对柿庄北区块煤层注CO_2提高甲烷采收率的关键因素及现场工程选区,基于研究区储层特征,结合正交试验设计,开展了影响煤层注CO_2提高甲烷采收率的数值模拟研究,评价了注入效果,指出了CO_2-ECBM工程选区的储层渗透率门限。结果显示:研究区地质构造简单,顶底板封盖性好,煤层气成藏具有埋深大、煤层厚、含气量高、临界解吸压力高以及渗透率中等偏低、储层压力低的"四高两低"的基本特点;影响研究区注CO_2促甲烷增产的关键因素是煤储层渗透率;在较高渗透率煤层注入CO_2,有利于提高采收率;较低渗透率煤层可较好地实现CO_2封存;要实现柿庄北区块煤层注入CO_2显著提高甲烷采收率,储层渗透率应高于0.05×10~(-3)μm~2;兼顾提高采收率和CO_2的有效埋藏,储层渗透率宜为(0.05~0.22)×10~(-3)μm~2。     

超临界CO_2在煤层气井压裂技术中的特性研究应用

针对高能气体压裂技术应用于煤层气井中出现产能低的问题,设计了一种新型煤层气井高能气体压裂器实现增产的目标,依据超临界CO2流体性质理论研究了流体压力和温度的关系,结合经验公式计算了膜片破膜压力,确定了超临界CO2流体压力与破膜压力的关系。实验结果表明:在75 g的发热药和1.25 kg的CO2作用下,压裂器产生的峰值压力达到90 MPa,管内最大温度达到453 K,可破厚2 mm膜片。理论分析和实验结果为进一步优化发热药量、CO2量和膜片厚度提供了理论和实验基础,为压裂器设计和工艺优化提供更为精确的技术支撑。     

CO_2吸收剂的粒度和体积对吸收性能影响的试验

一、试验目的目前,煤矿井下为了测定甲烷浓度,广泛采用光干涉型测定器。为了避免二氧化碳和水蒸汽对测量结果的干扰,一般采用装有碱石灰和氯化钙的吸收管过滤混合气体中的CO_2和水蒸汽。但对吸收剂的粒度大小、使用时间、失效界限和正确的使用方法均未认真研究过,以致影响了测量精度还没有发现,把CO_2和CH_4的混合含量误认为CH_4的真实含量。     

注超临界CO_2开发煤层气技术研究进展

为了解决传统煤层气开发工艺采收率低的问题,向煤层中注CO2既可以提高采收率,又可以实现CO2地质埋存,减少CO2排放。从CO2物性参数、煤岩微观孔隙特征、煤层渗流规律、煤岩吸附/解析附、煤岩力学稳定性和体积变形等方面,综述了国内外CO2与煤层相互作用的研究进展。针对在井下CO2极易达到超临界状态,结合国内外在CO2气体状态下的研究方法,指出超临界状态的CO2对煤层吸附-渗流-力学-变形性质的耦合影响是未来的研究方向,提出了利用注超临界CO2开发煤层气需要解决的关键问题。     

乌鲁木齐矿区煤层气中CO_2赋存规律及利用工艺浅析

本文对乌鲁木齐矿区煤层气中CO_2赋存规律进行了基础分析,给出了埋深对于CO_2赋存的影响规律,随着深度的增加,CO_2浓度先增大后减小,在1000m左右达到最大,约为40%。同时,试采数据显示随着排采的进行,CH_4浓度逐渐变低,CO_2解吸量增大,CO_2浓度逐步升高。最后,探讨了CO_2的处理工艺及利用方向,建议利用PSA变压吸附法脱碳工艺处理本矿区煤层气中的二氧化碳,并满足周边城市的工业需求。     

结合改性硅胶对模拟煤层气中CH_4/CO_2的吸附分离研究

利用碱土金属(Ba)和乙醇胺(MEA)对硅胶吸附剂(SGA)进行结合改性得到改性硅胶吸附剂(SGA-MEA-Ba),对改性前后硅胶的理化性质、再生性能及其对模拟煤层气中CH_4/CO_2混合气的分离效果进行分析。结果表明,经过碱土金属(Ba)和乙醇胺结合改性的SGA的比表面积和总孔体积均有所下降;SGA改性前后其主要官能团基本相同,改性后出现了—NH_2;除了改性后的SGA中多了Ba元素的衍射峰外,改性前后其余物相结构没有特别的改变。经过碱土金属(Ba)和乙醇胺的结合改性的SGA对CO_2的吸附量增大,从1.34 mmol/g增加到了3.30 mmol/g,同时对CO_2/CH_4混合气的分离效果增强,对CO_2/CH_4混合气的分离比从9.14提高到了9.92。     

注CO_2提高煤层气采收率技术研究现状

中国埋深2 000 m以浅的煤层气资源潜力巨大。研究表明,向煤层中注入CO2提高煤层气采收率技术具有巨大潜力,能够实现中国2 000 m以浅煤层气产量增产3.751×1012m3。本文从多元气体的竞争吸附、煤吸附CO2之后的体积膨胀及其对渗透率和力学性质的影响以及世界各地的现场试验3个方面介绍这一技术在世界范围内的发展历程和研究进展。列举了几个国家利用这一技术的现场试验情况,试验结果较为相似。最后指出了在室内研究和现场测试中需要考虑的一些问题,诸如多元气体竞争吸附与煤分子结构的关系研究、吸附膨胀量和气体注入量、注入压力和煤阶之间的关系研究、注CO2引起的吸附膨胀对后期煤矿采煤作业的影响和安全威胁。     

注热CO_2驱替增产煤层气试验研究

当前煤变质程度高、割理不发育及煤储层压力低等因素严重制约着我国煤层气的开采与利用。为完善注CO_2驱替增产煤层气的基础理论研究,利用自主研发的煤层瓦斯驱替装置探讨了不同注气温度与注气压力条件下CO_2对煤层瓦斯驱替置换的效果,并分析了注气温度与压力对煤体的变形与渗透率的影响。研究发现:驱替气体注气压力与温度是影响CH_4产出率与CO_2储存量的关键因素,提高注气温度与注气压力能够在单位时间内驱替出更多的CH_4并存储更多的CO_2;注气压力由2 MPa增至4 MPa,CH_4产出率可提高6.7%~17.4%,CO_2储存量可提高78.60/%~99.7%;注气气体温度从28℃上升至60℃,CH4_产出率与CO_2储存量分别增加40.0%~43.8%和23.8%~38.4%,而驱替置换比降低8.4%~20.2%;驱替压力与温度的增加会使得煤体轴向应变增加98.1%和104.7%;常温注气试验后煤体渗透性下降37.1%~71.3%,提高驱替温度可使渗透率下降幅度降低19.8%~64.3%。     

我国含煤层气盆地CO_2地质储存潜力评价

煤层CO2地质储存是CCS中的四种技术方案之一,是减少CO2排放的有效方式。根据最新一轮全国煤层气资源调查的含煤层气盆地煤层气可采储量结果,基于碳封存领导人论坛(CSLF)推荐的计算方法进行我国主要煤田CO2地质储存潜力评价,计算了我国埋深在1000~2000m内煤层的CO2地质储存潜力,计算结果表明全国28个含煤层气盆地煤层储存CO2总潜力为98.81×108t。其中鄂尔多斯盆地、准格尔盆地、吐哈盆地、海拉尔盆地的储存潜力都超过10×108t,这4个盆地的总储存潜力为68.45×108t,占全国总储存潜力的69.27%,将是我国进行煤田CO2地质储存的主要盆地。     

超临界CO_2压裂煤岩储层增产煤层气应用发展前景

超临界CO_2压裂作为新兴渗透率强化技术以其对煤岩储层独特的物理化学力学特性改造,以及对储层近乎零损伤的特点受到了研究者的广泛关注。本文通过分析对比不同压裂介质作用下煤岩体的起裂压力与时间、裂缝扩展规律及渗透率变化,结果发现,水力压裂的裂缝扩展形式单一;液态CO_2压裂的衍生裂隙发育程度不高;超临界CO_2压裂形成的层理裂隙与衍生裂隙复杂程度高。特别地,超临界CO_2压裂煤体起裂压力比水力压裂低约39.48%,起裂时间是水力压裂的1.2倍以上,渗透率变化量是水力压裂的3倍左右。总体而言,超临界CO_2对煤储层的物理化学及力学特性的改造,为煤储层致裂增渗、增产煤层气理论与技术取得突破性进展提供了新思路与方法。     

CO_2对煤焦气化特性影响实验研究

煤气化过程的主要影响因素为气化介质,目前常用的气化介质包括CO_2和H2O。随着煤炭高效利用技术的发展,煤气化介质研究开始受到重视。基于国内外研究现状,选取红沙泉烟煤为实验对象,采用立式固定床反应器对煤焦气化进行实验研究,分析了CO_2浓度和停留时间对煤焦气化特性的影响。研究表明:CO_2浓度越大,停留时间越长,煤焦产率越低。     

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。     

基于CCUS的深部煤层煤层气采收及CO_2封存效果

针对我国深部煤层气资源丰富,但因经济和技术条件有限,很难对其进行常规开采的问题,提出了CO2捕获、利用与封存(CCUS)技术,采用该技术不但可提高深部不可采煤层中CH4的采收率,而且可将CO2有效地封存在深部煤层中,从而达到减排的目的。研究发现:煤阶、煤层压力、煤层渗透率、注入时间、注入气体的组分等都会对生产井中CH4的采收率产生影响,储层的盖层、埋深、构造发育情况、地震活动情况以及地下水条件等会对CO2的封存产生一定的影响。因此,在实施CCUS技术前,要对选区进行合理的评价,以提高项目实施的可行性。     

不同温度超临界CO_2对页岩力学特性的影响

我国西南地区页岩气储层地温通常在60℃以上,采用超临界CO_2强化其开采效率是研究前沿。通过试验模拟不同温度超临界CO_2作用于页岩,分析其力学性质变化,并探讨不同温度超临界CO_2对页岩作用机理,主要研究结果表明:随着浸泡温度升高和浸泡时间增长,页岩抗拉强度、三轴抗压强度和弹性模量均发生不同程度的弱化,其中抗拉强度的损失率最大,这3种力学参数与浸泡时间均呈负指数变化,浸泡温度加速页岩弱化速度并在浸泡初期起主要作用。分析表明:浸泡温度通过提高溶蚀速度增加页岩矿物的溶蚀程度,增大页岩孔隙度和降低胶结强度,通过页岩升温膨胀,促进微裂隙生成,浸泡时间通过累积溶蚀提高了页岩矿物的溶蚀程度;另一方面,通过页岩吸附CO_2膨胀累积增长,促进微裂隙萌生,进而劣化页岩力学性质。     

褐煤O_2/CO_2燃烧PM 10中重金属分布特性

通过在沉降炉中燃烧实验,研究了O2/CO2气氛下褐煤燃烧时PM10中重金属元素在颗粒物中的分布特性。结果表明,气氛对重金属元素分布的影响主要体现在亚微米颗粒范围内。与O2/N2燃烧相比,相同氧浓度O2/CO2燃烧PM10中的重金属向小粒径颗粒中富集。O2/CO2气氛下,氧浓度较低时重金属元素对亚微米颗粒物的生成贡献较大。     

钙基吸收剂吸收和释放CO2特性的研究

对CaO及白云石煅烧产物吸收CO2进行了研究.结果表明,CaO作为吸收剂,在CO2体积分数为20%的气氛下,当反应温度为550 ~700 ℃时,CaO能有效地吸收CO2;当温度为800°C时,生成的CaCO3开始分解,870 ℃时分解速率最大.白云石作为吸收剂,其热分解分为两步,在N2气氛下,这两步的反应温度范围有所重合;在CO2气氛下,所生成的CaCO3分解温度提高,两步反应区分明显.     

超临界CO_2对煤体力学特性劣化影响研究

超临界CO_2在强化开采煤层气的同时会引起煤体力学特性的变化。基于此,试验研究了超临界CO_2温度和作用时间对无烟煤煤体力学特性的影响规律,研究结果表明:(1)随着浸泡时间的延长,煤样的单轴压缩应力-应变曲线峰值强度降低,且峰值变得不显著;随着浸泡温度升高,曲线的弹性特征明显,曲线由无明显峰值变得峰值显著;(2)浸泡时间和浸泡温度均会对煤体力学指标产生影响,浸泡时间小于1d时,煤体弹性模量和抗压强度的减小幅度较为明显,而后减小幅度逐渐趋于平缓,随着浸泡温度的升高,煤样的弹性模量和抗压强度也缓慢增加;(3)超临界CO_2浸泡时间对煤体力学特性的影响程度要显著于浸泡温度;(4)随着浸泡时间的增加,煤样的变形破坏类型由拉剪破裂向剪切破裂过渡,失稳类型由突发失稳转变为准突发失稳,随着浸泡温度的升高,煤样破裂形式由剪切破裂变为拉剪破裂,失稳类型由准突发失稳变为渐进破坏,最终变为突发失稳。     

无烟煤对CO_2和CH_4的吸附解吸特性研究

为研究2种变质程度不同的无烟煤样对不同吸附质的吸附解吸情况,选取白芨沟煤矿和阳煤五矿2种变质程度不同的无烟煤样对二氧化碳和甲烷气体进行吸附解吸实验,采用恒容和恒压2种实验方法,测试了在不同压力点下,2种煤样吸附二氧化碳和甲烷的吸附量,以及在连续阶梯压力点下吸附解吸的特征,分别与Langmuir模型和本课题组提出的"■"式进行拟合,Q为吸附量,t为解吸时间。实验结果表明:进行恒压吸附时,2种煤样对二氧化碳的吸附量总是大于对甲烷的吸附量;进行阶梯压力实验时,2种煤样对二氧化碳和甲烷的吸附规律与Langmuir模型的拟合效果很好,解吸规律与"■"模型的拟合情况很好;二氧化碳吸附速率大于甲烷吸附速率。     

对地下煤气中CO_2转变成CO的探讨

地下煤气在协庄矿已成功运行两年多，满足了6000多户居民和职工食堂用气，随着地下炉服务年限延长，煤气热值呈下降趋势，煤气中的CO含量越来越低，CO2则呈上升趋势，怎样将地下气中CO2转变成CO，提高地下气的应用范围，通过地面水煤气炉将地下气中的CO2还原为CO就是一种有效途径。     

CO_2在煤层中的渗流特性试验

利用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,开展了不同压力条件下CO_2气体在煤层中的渗流特性试验,并探讨了煤岩渗透速率对应力变化响应的敏感性。研究结果表明,在相同轴压不同围压条件下,随着孔隙压力的增大,CO_2渗透速率增大;围压越大,CO_2渗透速率越小;在相同围压不同轴压条件下,随着轴压的增大,CO_2渗透速率随之减小。孔隙压力越大,应力敏感性系数负向增大,煤样对应力的敏感性越好。在不同轴压与围压条件下,随着应力的升高,应力敏感性系数逐渐降低,即应力越高,煤样渗透速率对应力的敏感性越差。