煤田地质与勘探

作者：刘会虎, 范正谱, 杨靖浩, 刘峻麟, 丁海, 徐宏杰, 高德燚, 方辉煌, 赵雨晴,

关键词：CO₂吸附相密度, 控制机理, SLD模拟, 两淮矿区, 赋存状态, 孔隙非均质性,

目的和方法CO2吸附相密度是决定煤层中CO2吸附封存量的关键因素。为深刻认识煤层孔隙中CO2密度分布的特征，以淮南矿区刘庄矿13煤和淮北矿区7煤为对象，通过简化局部密度理论(SLD)开展了优势孔径的不同压力、不同温度的CO2吸附相密度模拟，依据不同方法获得CO2吸附相密度，揭示了煤中CO2吸附相密度的变化特征及煤中CO2赋存相态分布与压力、温度与孔径的关系，以期揭示CO2吸附相密度的控制机理，指出煤层CO2吸附相密度的SLD模拟进一步研究方向。结果和结论(1) 在相同温度下，煤中相同孔径内CO2密度随压力升高而增加。孔径≤2.0 nm时，孔隙中心CO2密度与压力关系符合Langmuir等温吸附特征，CO2以吸附相赋存；孔径>2.0 nm时，Langmuir拟合不收敛，仅当孔隙中心压力达到超临界后才出现游离相。(2) 压力<8 MPa时，孔隙中CO2密度随温度升高而降低；压力≥8 MPa且孔径>3.0 nm时，临界温度以下的CO2密度低于临界温度以上，且随孔径增大更明显。(3) 孔径3.0 nm时孔隙中心出现游离相，孔径>4.0 nm时中心均为游离相。(4) 温压–孔径对CO2吸附相密度协同控制的实质在于通过控制CO2吸附相层厚变化进而控制CO2吸附相密度的变化。(5) 研究揭示了煤层CO2吸附相密度的温压–孔径协同控制机理，为认识CO2有效封存提供理论依据，并指出SLD模拟未来需进一步考虑非均质孔隙结构的影响。

来源：2025年第12期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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