煤田地质与勘探

作者：李点尚, 郑司建, 廖清发, 苗伟, 田钰琛, 张贺龙, 刘延智, 刘世奇,

关键词：碳捕集、利用与封存, CO₂封存, 咸水层封存, 数值模拟, 多场耦合, 淮南矿区,

背景咸水层分布广泛、储量丰富、封存潜力大，是碳捕集、利用与封存(carbon capture, utilization and storage, CCUS)技术中极具前景的CO2封存介质，对缓解温室效应、助力碳达峰碳中和目标意义重大。深入开展淮南矿区深部咸水层CO2封存研究，不仅有助于缓解区域碳减排压力，也为拓展CCUS技术路径与推动工程应用提供了重要支撑。方法基于淮南矿区丁集煤矿咸水层及多场耦合数学模型，构建了三维多物理场数值模型，开展CO2注入、运移与封存过程的模拟分析，探讨储层初始渗透率、孔隙度、弹性模量、注入压力及注入方式等关键地质与工程参数对封存行为的影响与敏感性特征。结果(1) 储层初始渗透率和孔隙度是影响咸水层CO2注入行为与封存效率的核心地质参数。渗透率由0.3×10−12 m2提升至0.5×10−12 m2(增加约67%)时，累计封存量提高约70%。孔隙度由0.20增至0.30(提升约50%)时，封存量增加约20%。弹性模量变化对封存影响较小。(2) 注入压力与注入方式是调控封存效率的重要工程参数，注入压力提高至储层初始压力的5%~10%，可在保持系统稳定的前提下使封存效率提升15%~20%。相比阶梯增压方式，恒压注入的平均压力虽高6%~7%，但可使封存量提升约25%，表明恒压模式能更快建立稳定压力梯度并促进CO2羽流扩展，是更优的注入策略。结论研究认为，咸水层CO2封存应综合考虑储层物性、工艺控制、安全约束与效率提升四个方面。理想储层宜具备孔隙度0.22~0.28、渗透率(0.30~0.45)×10−12 m2的物性条件，注入压力控制在盖层破裂压力的80%~90%，并采用恒压注入方式以兼顾封存效率与安全性。同时，应构建“压力–渗流–饱和度”多参数联动监测体系，实现动态监测与数据反馈控制。未来可通过引入水气交替注入或多井协同注入等工艺，进一步提升CO2封存率与分布均匀性，确保封存过程的长期安全与稳定。研究结果可为淮南矿区及类似资源型地区开展咸水层CO2封存提供关键的理论支撑，也为识别主控地质参数及优化工程选址方案提供一定的科学指导。

来源：2025年第12期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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