【能源人都在看，點選右上角加‘關注’】

創新點

（1）煤對氣體的傳統吸附實驗原理是利用直接測得的過剩吸附量，間接計算實驗難以測量的絕對吸附量的方法建立吸附模型，二氧化碳在超臨界狀態時表現出似氣非氣、似液非液對溫壓變化極為敏感的特性，本文解決了採用絕對吸附量建立的煤對二氧化碳傳統吸附模型在二氧化碳處於超臨界狀態下不再適用的理論問題，根據ESD狀態方程及簡化區域性密度模型確定超臨界二氧化碳作用下煤體的過剩吸附量，得出煤體吸附超臨界二氧化碳產生的膨脹應變，建立了包括吸附和孔隙壓力及溫度效應的煤體變形膨脹模型。

（2）對建立的非線性膨脹模型進行了程式設計計算，自主研發了具有施加熱流力載荷功能的膨脹體積應變測量裝置，解決了膨脹變形採用應變片點測量時，測量範圍小、試驗結果離散性大、應變片易脫離破損的問題，理論模型計算結果與試驗測量資料吻合度較高，較好地反映了不同溫壓條件的超臨界二氧化碳作用下煤體的膨脹變形規律。

作 者

孫可明1，李天舒2

作者單位

1。 青島理工大學理學院 2。 遼寧工程技術大學力學與工程學院

研究背景

超臨界CO2 的應用作為新興綠色技術，在地下封存、混相驅油、鑽井開採等方面受到廣泛關注。近年來，利用超臨界CO2 改善低滲透煤層滲透性從而提高煤層氣採收率的方法已透過實驗驗證具有良好效果，但超臨界CO2 的注入將引起煤體膨脹變形，對儲層滲透性的提高存在不利的影響。

2

摘 要

為探討利用超臨界二氧化碳提高低滲透煤層氣採收率過程中的煤體膨脹變形規律，解決傳統吸附理論以絕對吸附量為基礎建立的理論模型在超臨界狀態下不再適用的問題，根據Elliott-Suresh-Donohue 狀態方程及簡化區域性密度模型確定了超臨界二氧化碳作用下煤體的過剩吸附量。

基於熱力學理論和吸附體系的內能關係得出煤體吸附超臨界二氧化碳產生的膨脹體積應變，同時考慮溫度及孔隙壓力作用下煤體的體積應變，建立了超臨界二氧化碳作用下煤體膨脹變形理論模型，該模型包括溫度應變和孔隙壓力產生的應變及吸附應變效應。

透過程式設計計算得出溫度變化範圍從303．15 ~330．65 K，孔隙壓力變化範圍從7．5 ~9．5 MPa 的不同溫壓條件下理論模型的數值解，並將該數值解與自主研發的具有施加熱流力載荷功能的膨脹體積應變測試裝置的測量結果進行對比分析，結果表明：理論模型計算資料與試驗資料吻合度較高；以過剩吸附量為基礎建立的理論模型能較好地反映不同溫壓條件超臨界二氧化碳作用下的煤體膨脹變形規律；超臨界二氧化碳作用下，煤體體積應變隨超臨界溫度和超臨界孔隙壓力變化均呈“S 型”Logistic 函式規律變化。在利用超臨界二氧化碳提高煤層滲透性時，根據膨脹曲線選擇合適的超臨界溫壓條件，避免煤體膨脹對煤層滲透性的不利影響。

3

文中部分圖片

圖1煤體膨脹體積應變測量原理

圖2試驗裝置示意

圖3體積應變隨超臨界溫度和超臨界孔隙壓力變化曲線

4

作者簡介

孫可明，男，1968年3月5日生，黑龍江五常人，博士，教授，博士生導師，省級特聘教授、省“百千萬人才工程”百人層次人選及省教學名師。主持國家自然科學基金及參與國家重大科技專項等國家級專案12項，獲省部級科技獎勵8項，發表學術論文100餘篇，SCI、EI收錄30餘篇，授權專利10餘項。

研究方向

煤層氣等非常規能源開採多場耦合滲流理論及增產技術

主要成果

長期致力於煤層氣等非常規能源開採多場耦合滲流理論及增產技術研究，取得多項創新性成果，建立了煤層氣吸附、解吸、擴散、滲流的熱流力耦合理論及其實驗方法，開發了二氧化碳封存及驅替置換煤層氣的儲層模擬技術及軟體，提出了超臨界二氧化碳靜態改性增透煤層和多脈衝氣爆提高低滲透性煤層氣的增產技術，自主研發氣爆裝置，實現了產學研用。將自有核心技術拓展應用於頁岩氣、天然氣水合物和地熱開發等領域，為非常規能源安全高效開採提供了理論、實驗和增產技術保障。

孫可明，李天舒。 超臨界CO2 作用下煤體膨脹變形理論模型［J］。 煤炭學報，2020，45（4）：1419-1426。

SUN Keming，LI Tianshu。 Theoretical model of coal swelling deformation under supercritical carbon dioxide action［J］。 Journal of China Coal Society，2020，45（4）：1419-1426。

責任編輯：

韓晉平

責任編輯：

編輯整理：劉暘

編輯整理：

常琛

End

往期精彩

謝和平，吳立新，鄭德志：2025年中國能源消費及煤炭需求預測

錢鳴高，許家林：煤炭開採與岩層運動

袁亮：煤及共伴生資源精準開採科學問題與對策

康紅普，王國法，姜鵬飛，等：煤礦千米深井圍巖控制及智慧開採技術構想

謝和平：深部巖體力學與開採理論研究進展

康紅普，尹丙鼎，高富強，等：中國煤礦井下地應力資料庫及地應力分佈規律

聯絡我們

聯絡人：郭曉煒

電話：010-84262930-811

郵箱：guoxiaowei@chinacs。org。cn

網址：www。mtxb。com。cn

審 核

免責宣告：以上內容轉載自煤炭學報，所發內容不代表本平臺立場。

全國能源資訊平臺聯絡電話：010-65367702，郵箱：hz@people-energy。com。cn，地址：北京市朝陽區金臺西路2號人民日報社