煤系地層超臨界CO2壓裂現狀及研究進展

梁衛國，武鵬飛，王磊，姜玉龍

(1.太原理工大學礦業工程學院，山西太原 030024；2.太原理工大學原位改性采礦教育部重點實驗室，山西太原 030024)

1 引言

煤層氣是二十一世紀在國際上崛起的潔凈、優質能源和化工原料。我國的煤層氣資源十分豐富，是世界上繼俄羅斯、加拿大之后的第三大煤層氣儲藏國[1]，占世界排名前12位國家資源總量的13%[2]。我國45個聚煤盆地埋深2 000 m 以淺的煤層氣資源儲量約為36.8萬億m3[3-6]。

煤層的透氣性是影響煤層氣抽采效果的決定性因素，而國內95%的高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井的煤層透氣性系數為0.04 m2/(MPa2·d)～0.004 m2/(MPa2·d)，遠低于可抽采的0.1 m2/(MPa2·d)的要求，煤層氣抽采效果差，目前用于煤層增滲的主要技術手段之一為壓裂技術。自1947年美國Kansas第一次水壓致裂試驗成功，壓裂技術迅速發展，壓裂增滲從理論到應用都取得了豐碩的成果，采用壓裂技術進行增滲已成為石油井、天然氣井、非常規天然氣井等增滲的主要技術。

20世紀90年代起，我國開始了煤層水力壓裂工藝的相關研究，此后，以各種壓裂介質（清水、CO2、超臨界CO2、泡沫等）為媒介的煤層壓裂技術在我國快速發展。近年來，超臨界二氧化碳（SC-CO2）因為兼具無水壓裂和傳統水力壓裂的優點，近年來倍受關注。

SC-CO2是指CO2在溫度和壓強均處于臨界點之上(溫度31.4℃，壓力7.38 MPa)的一種狀態。SC-CO2不僅容易制備，而且具有一些獨特的物理化學性質：密度接近于液體，黏度接近于氣體，擴散系數遠大于液體，表面張力接近于零，對甲烷兼具置換驅替的效果，對煤中的烴類化合物具有較高的溶解度。……