题目：CO2煤系地质储存中水-岩-气相互作用研究

报 告 人：王开然

报告时间：2014年4月29日（星期二）13:30

报告地点：吉林大学前卫北区理化楼457会议室

报告摘要：

近年来，CO₂地质封存(CGS)被视为CO₂封存的最有前景的方法。已有研究表明，向深部不可开采煤层中注入二氧化碳气体，不但能提高煤层气采收率(CO₂-ECBMR)，而且可以将一部分二氧化碳永久封存在煤层中。

目前，利用深部不可开采煤层处置CO₂技术在国内外已经进行了大量试验研究。许多学者针对CO₂-ECBMR基础理论开展了多元气体在煤表面的竞争吸附、吸附诱导煤基质膨胀与收缩及其数值模拟等工作。研究结果包括：发现无论是实验室条件还是煤储层条件下，CO₂大多以超临界形态赋存；得出煤对不同气体吸附能力的差异是造成CO₂在煤表面的吸附量总比甲烷多的根本原因；观察到气体在煤表面的吸附/解吸导致煤基质的膨胀/收缩，降低了煤岩渗透性，阻碍了气体在煤基质中运移。然而，以往的研究都忽略了一个事实：CO₂注入煤层后可溶于水形成碳酸，导致煤层流体的pH值降低，并通过扩散作用进入盖层，对煤岩及其顶底板岩石中的矿物具有溶蚀作用。同时，生成的硅铝酸盐沉淀及碳酸盐沉淀对煤岩及其顶底板岩石的物性都具有改造作用。这些过程的存在导致CO₂煤层储存面临着一系列的理论难题。

本研究以山西沁水盆地3号煤层煤矸石为研究对象，通过室内实验和数值模拟刻画CO₂充注煤层后通过扩散等方式侵入到上覆盖层后对盖层孔隙结构的改造过程，预测盖层的封闭性能的演化，识别影响盖层封闭性变化的敏感矿物。模拟结果显示，对于砂岩煤矸石，孔隙度和渗透率随时间先降低后升高，幅度较小，模拟过程中有方解石、菱铁矿、铁白云石、菱镁矿、片钠铝石等固碳矿物生成；而对于泥岩煤矸石，孔隙度和渗透率随时间持续升高，幅度较大，模拟过程中没有固碳矿物生成。这说明在CO₂充注后，煤层上覆盖层的矿物组分对其封闭性影响较大。

报告人简介：

王开然，吉林大学环境与资源学院地下水科学与工程专业在读博士研究生。2010年7月毕业于聊城大学环境与规划学院地理科学专业，获得学士学位；2013年6月在西南大学地理科学学院自然地理学专业获得硕士学位，同年9月份开始在吉林大学环境与资源学院地下水科学与工程专业攻读博士学位。主要从事二氧化碳地质储存过程中水-岩-气相互作用的室内实验和数值模拟研究。