煤層氣是存在于煤層中的一種主要清潔能源。目前煤層氣的回收率非常低，尤其是在地面開采時，這是由甲烷在煤的孔隙和裂隙上的強吸附以及煤層的低滲透性所致。

該綜述在能量平衡理論的基礎(chǔ)上，提出了一種利用注入能量刺激提高煤層氣采收率的理論，從能耗的角度分析了煤層中甲烷的解吸和運移，提出了兩種提高煤層滲透率的增產(chǎn)技術(shù)，即超臨界二氧化碳壓裂和注蒸汽熱壓裂。

文章介紹和分析了超臨界二氧化碳提高煤層氣采收率的實驗研究和相關(guān)結(jié)果。結(jié)果表明，隨著有效應(yīng)力的增加，四種不同級煤樣中超臨界二氧化碳的滲透率以負指數(shù)函數(shù)的形式降低。深部高煤階煤層的超臨界二氧化碳輸送能力低于淺部低煤階煤層。通過對焦煤中二氧化碳與甲烷的總滲透率進行的實驗研究發(fā)現(xiàn)，隨著二氧化碳含量的增加，滲透率以對數(shù)函數(shù)的形式降低。與氣態(tài)二氧化碳相比，超臨界二氧化碳在煤層中具有更高的輸送能力，在含甲烷的合成體系中，總滲透率隨其含量的增加而降低。超臨界二氧化碳強化煤層氣回收實驗表明，如果將生產(chǎn)氣體中每種含量的50%定義為經(jīng)濟生產(chǎn)的閾值，則四種煤階煤樣的經(jīng)濟生產(chǎn)時間不同。氣煤和無煙煤的經(jīng)濟生產(chǎn)所需時間比低階的弱粘結(jié)煤要長。

此外，研究還表明，不同煤階煤具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸送特性。然而，超臨界二氧化碳可以通過改變孔隙體積或孔隙和裂隙結(jié)構(gòu)改變不同煤種的原始結(jié)構(gòu)。研究還介紹了煤層氣開采理論和技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和前景。該研究對于提高清潔能源煤層氣回收率和深部煤層地下溫室氣體長期穩(wěn)定封存具有重要意義。

同時該研究團隊趙建忠副教授應(yīng)邀為該?？珜懻撐?，研究了天然氣水合物分解過程中的產(chǎn)氣和產(chǎn)水剖面以及三軸壓力的演變特征，發(fā)現(xiàn)井底壓力呈現(xiàn)出明顯的四階段現(xiàn)場降壓模式，包括急劇下降階段、波動階段、逐步階段和最終穩(wěn)定階段，大部分產(chǎn)氣量在天然氣水合物分解的波動階段和分步階段得到恢復(fù)。

上述相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委杰出青年基金項目，科技部和國家外國專家局高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃(111計劃)的資助。

來源：太原理工大學(xué)