煤炭学报

作者：张小东, 靳沙沙, 张瑜, 张硕, 韩磊,

关键词：焦煤, 孔裂隙结构, 含水性, 超临界状态的CO₂, CO₂封存,

深部煤层封存CO2增产CH4产出过程中，处于超临界状态的CO2(SCCO2)与煤中矿物质发生反应，改变煤的孔隙性，进而影响煤层封存CO2的效果和甲烷增产效果。为发现SCCO2–H2O–煤岩作用对煤中孔隙的影响特征，以焦煤为研究对象，开展了不同含水条件下的超临界CO2改造煤实验，基于矿物组成和孔隙性测定结果，对比煤中主要矿物质和不同尺度的孔裂隙变化的差异，探讨了不同含水状态下SCCO2流体对孔裂隙性的作用机制。研究表明：① SCCO2作用后，煤体表面粗糙、疏松，且由于矿物溶蚀使得一些裂隙得到贯通，微裂隙连通性增强。② SCCO2流体对煤具有“扩孔”作用，表现为微、小孔含量下降，中、大孔占比升高，也即微、小孔隙向大孔隙的转化，且孔隙连通性改善；进一步发现，萃余煤吸附孔的分形维数稍微增加，粗糙度增大，而渗流孔的分形维数显著降低，复杂性和非均质性降低。③ SCCO2对煤中碳酸盐类矿物的溶解性最好，其次是黏土矿物，且随着含水率增加，萃余煤中的碳酸盐矿物占比先增加后减小。SCCO2使干燥基态、饱和水态煤样中碳酸盐矿物显著溶解，有效改善了孔隙结构，且对饱和水态煤样作用效果更好。空气干燥基态煤样经SCCO2作用后，新生成的白云石矿物聚集在孔喉中造成堵孔效应，缩小原有大孔隙尺寸，是引起不同含水性煤孔隙差异性变化的主要原因。

来源：2024年第7期

《煤炭学报》期刊编辑部

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