全流程CCUS

• 全流程煤基CCUS研究进展与前瞻

  桑树勋;刘世奇;郑司建;皇凡生;刘统;陈思铭;周效志;韩思杰;田钰琛;向文鑫;白岩松;

  【背景】工程化全流程煤基CO_2捕集、利用与封存(CCUS)技术是煤炭高效洁净利用和碳减排技术体系的关键，是实现我国能源安全和“双碳”战略目标的重大迫切需求。以笔者团队前期研究工作为基础，评述总结了全流程煤基CCUS技术当前发展现状，揭示煤基CCUS全流程技术的集成机制，探索建立了煤炭能源基地CCUS集群部署模式与方案，讨论前瞻了全流程煤基CCUS技术发展方向及其面临的技术挑战。【进展】(1)低能耗高适配的煤基CO_2捕集、安全高效的煤层CO_2地质封存以及充分经济的煤矿区CO_2利用是工程化全流程煤基CCUS技术的关键环节；全流程煤基CCUS技术集成是源汇匹配机制、技术参数匹配机制和系统优化机制耦合控制的结果，其中源汇匹配机制是通过CO_2排放源与封存汇匹配的多维多约束路径优化实现煤基CCUS物理衔接，技术参数匹配机制是通过捕集–封存–利用端到端的关键运行参数协调设计，实现物理衔接设施的整体平稳运行和技术链条参数构建，系统优化机制是通过大数据平台、优化模型与智能算法等实现技术链条动态优化和系统最优化构建，机制间存在紧密互馈关系。(2)全流程煤基CCUS技术模式以“燃煤或煤化工工业源碳捕集、含煤盆地或煤层碳地质封存、煤矿区CO_2利用”为鲜明特色，以煤炭能源基地CCUS集群为呈现形式，以新疆准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地为代表的大型煤炭基地CCUS集群将为我国煤炭能源产业低碳化高质量发展提供关键技术支撑。【展望】以低成本碳捕集-深部煤层气/煤系气枯竭气藏CO_2地质封存等含煤盆地安全高效CO_2地质封存-煤矿区CO_2高值化综合利用一体化技术体系为内涵的大型煤炭基地CCUS集群部署技术是其发展主流方向，煤化工尾气驱煤层气封存、富氧燃烧等燃煤烟气驱煤层气封存、新能源基地调峰煤电CO_2高效捕集与规模化转化利用、煤电基地CO_2捕集与关闭矿井采空区储碳储能为代表的技术有望成为全流程煤基CCUS技术的重要拓展方向。

  2026年01期 v.54;No.337 1-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 2184K]
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• 碳封存技术面临的挑战与亟待突破的关键科学问题

  李小春;刘天禹;张力为;周洪;刘桂臻;王燕;甘满光;李琦;

  【目的】碳封存技术是实现碳中和目标的核心路径，但其大规模应用受限于多重技术和科学瓶颈。【方法】基于对碳封存项目的成败分析，总结了碳封存面临的四大挑战：CO_2封存容量评估的高度不确定性、低渗不连续储层可注性差、长期力学稳定性认识不足以及泄漏风险评估困难。【结果】针对这些挑战，明确指出当前碳封存技术所面临的共性问题，并归纳出亟需突破的三大关键科学问题：一是构建普适性碳储工程地质学理论，完善基于“三性”(可注性、密封性、稳定性)的有效封存容量评估体系；二是研究碳储工程扰动规律，建立多场多相跨尺度本构关系，提升预测精度；三是完善碳封存项目的风险评价、监测与处置理论，整合多物理场耦合模拟与低成本高灵敏度监测技术，构建闭环风险管理体系。【结论】未来，通过理论创新、技术开发以及跨学科合作，致力于解决上述关键科学问题，从而优化封存容量的评估、提升盆地储层的CO_2封存效率、保障封存场地的长期稳定性并降低泄漏风险，为碳封存技术的规模化应用和全球碳中和目标的实现提供坚实支撑。

  2026年01期 v.54;No.337 23-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1761K]
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• 江苏省工业固定排放源CO₂地质封存多尺度源汇匹配与路径优化

  田钰琛;刘世奇;张贺龙;莫航;王德喜;桑树勋;王军;王文楷;郑司建;

  【目的】固定排放源分布离散，封存汇集中于特定沉积盆地，空间错配性显著，制约了碳捕集、利用与封存(CCUS)的规模化应用。因此，在多尺度空间框架下开展源汇匹配研究、优化CO_2运输路径以降低CCUS系统成本，成为推动其工程化部署的关键。【方法】以江苏省典型工业固定排放源及具备代表性的地质封存汇为研究对象，构建涵盖油气藏、凹陷及盆地的多尺度源汇匹配模型，并基于地理信息系统的最低成本路径规划方法与改进型管网优化策略，开展区域多尺度源汇匹配研究。【结果和结论】(1)截至2023年底，江苏省共识别269处典型工业固定排放源，年碳排放总量达6.26亿t，不同类型排放源在排放规模与空间分布上表现出一定差异。其中，火电行业碳排放占比最高。火电厂与钢铁厂主要分布于长江三角洲南部及沿江城市带，水泥厂多集中于苏南地区，而合成氨厂则呈现相对零散的分布特征。(2)研究区内深部咸水层及B10、B11、B6等凹陷油藏展现出较高的CO_2地质封存潜力，分别约为58.7亿t和7.28亿t。(3)结合区域碳减排需求与源汇空间分布特征，构建了涵盖油气藏、凹陷与盆地多尺度的CCUS源汇匹配模型，模型运算结果表明油气藏、凹陷、盆地尺度(苏北、苏北–南黄海盆地)对应管网理论建设长度分别为238.9、398、3 873和4 100 km。在此基础上，融合地理信息系统与节约里程法运输网络优化策略开展运输路径优化，油气藏、凹陷尺度管道优化后建设里程分别为243.7、426 km，苏北、苏北–南黄海盆地尺度优化后管道里程分别为1 831 km和2 121 km，在有效降低管网建设成本的同时，形成了更契合地理环境与工程实施条件的优化型管网路径。研究成果可为我国东部沿海地区构建低成本、高适应性的CCUS运输路径提供理论依据与方法支撑。

  2026年01期 v.54;No.337 38-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2670K]
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• 全球CO₂地质封存案例库选址决策平台研究及应用

  周银邦;王锐;甄艳;代全齐;程传捷;

  【目的】在“双碳”战略背景下，推进CO_2地质封存规模化部署亟需解决“封哪里”的核心问题。建立全球CO_2地质封存案例库与决策平台，可为选址工作提供关键数据支撑与历史经验借鉴，有效降低封存风险与成本，加速产业布局，并为相关政策制定与技术研发提供科学依据。【方法】提出并建立了一个综合的CO_2地质封存选址评估系统。该系统集成三项核心技术：基于改进余弦相似度的案例类比算法、依托模糊综合评价的适宜度评估模型，以及结合三维地质模型的有利地质体优选方法。通过构建定量化案例库并关联多源参数，建立了统一的空间数据库模型，并基于ArcGIS平台开发了集“案例比选-适宜度评价-地质体优选”于一体的系列功能模块，形成了系统的选址技术支撑体系。【结果和结论】基于该框架，研发了一套融合改进余弦相似度算法、随机森林适宜度评估模型及三维地质建模的封存靶区定量优选的决策平台。该平台通过算法驱动对全数据体进行系统扫描，提升了从定性经验到定量分析的案例匹配精度与地质体评价客观性，有效克服了传统人工方法的主观偏差与视野局限。平台实现了对背斜、断块等各类圈闭的统一量化评价与分级排序，大幅提高了封存体识别效率与结果可比性。以苏北盆地高邮凹陷为例的实践应用表明，该平台能为CO_2封存选址提供精准、高效且可直接支撑决策的数字化方案，有力增强了规模化封存部署的科学性与前瞻性。

  2026年01期 v.54;No.337 52-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 2071K]
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• 二氧化碳封存技术命名和分类

  马俯波;杨学超;周正武;刘洪亮;常佳;易嘉耀;王衍;

  【目的和方法】面对二氧化碳封存技术跨多个学科、涉及范围模糊，目前，没有规范认定标准、命名和分类标准，针对这一问题，提出二氧化碳封存技术认定标准和命名原则，分析地质、地下空间、海洋水体和利用封存等4类常见封存技术，在此基础上确定二氧化碳封存技术分类思路和方案。【结果和结论】(1)二氧化碳封存技术认定标准：须将CO_2与大气有效隔离，隔离时间须是长期的甚至是永久的；须是人为减少大气中CO_2的活动，在大气CO_2标准化基线以外并超出该基线的活动；对减少大气中的CO_2是正向的。(2)中英文(含英文简称)命名原则：业界熟知的技术名称直接引用，与熟知技术名称类似地套用其命名规则；新兴技术使用学术搜索引擎，采用频次高的中英文名称；英文中sequestration和storage在碳封存领域略有区别，sequestration注重科学机理、storage尺度广或偏向工程技术。(3)分类思路：采取分级分类的整体思路，首先按碳封存所处海陆环境的差异性，分为陆地和海洋2大类；其次根据CO_2封存空间和机理要素继续划分出若干类型；再次以封存深度和规模为标准，进一步分类；最后以封存比例和时间的不同为依据，划分出最小的类型。(4)分类方案：分2个层次，建立“二层七级”二氧化碳封存技术分类体系。第一层次为“环-空-机”，对应封存环境-封存空间-封存机理，为3个定性指标，第二层次为“亚类-型-级-模式”，对应封存深度-封存规模-封存比例-封存时间，为4个定量化指标。

  2026年01期 v.54;No.337 63-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1498K]
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• 醇胺溶液CO₂吸收过程反应机制

  滕卫卫;吴燕;樊玉新;廖涛;王梓丞;于徽;李梦;许孝玲;

  【目的】当前醇胺法CO_2捕集存在能耗与成本较高的缺点，解决这一问题的主要方法是协同不同类型醇胺的吸收、解吸优势构建复合胺溶液。羟乙基乙二胺(AEEA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)是2种常用主吸收剂，其调配需要准确掌握CO_2吸收规律，包括CO_2负载量、产物离子浓度分布规律、反应级数等。目前对其吸收规律认识尚不足，相关反应参数缺乏，限制了工艺模型预测准确性。【方法】研究AEEA和MDEA溶液CO_2吸收过程，厘清其反应机理，并基于pH值法构建产物离子浓度分布模型，回归2种胺液的反应级数，确定反应速率模型。【结果和结论】同一浓度AEEA溶液吸收容量和吸收速率均高于MDEA溶液。AEEA溶液CO_2吸收过程呈现出两阶段特征，接近于二级反应。AEEA与CO_2反应生成两性中间离子(R_1R_2NH~+COO~-)是吸收过程的初始控制步骤，而其吸收后期为传质-反应共同控制阶段。MDEA溶液CO_2吸收过程是碱催化水合过程，反应速率与MDEA浓度线性相关，为一级反应。基于所得新认识和模型，为碳捕集工艺中溶剂浓度、溶剂停留时间，溶剂循环量、塔器设计优化等提供理论指导。

  2026年01期 v.54;No.337 71-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1630K]
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煤层CO_2封存

• 深部不可采煤层CO₂可循环利用的CCCUS技术构想

  梁卫国;阎纪伟;朱帝杰;郭红光;公丽;牛栋;

  【背景】我国深部不可采煤层资源量大，可封存的CO_2量十分可观，但简单地将CO_2封存在深部煤层，不仅需投入较高经济成本，也会造成深部煤炭资源的浪费，而利用微生物技术将深部不可采煤层封存的CO_2转化为CH_4，可实现CCUS的反复循环利用(circular carbon capture utilization and storage,CCCUS)，其对资源与环境可持续发展具有十分重要的意义。【方法】深部不可采煤层中CCCUS技术思路是通过实验研究、理论分析与工程模拟等手段，揭示深部不可采煤层CO_2高效致裂增渗与驱替置换CH_4机理，研究深部不可采煤层复杂缝网建造与高效驱替CH_4控制机理，研发高温高压条件下深部煤层中液化秸秆高效制氢方法，提出深部煤层CO_2与液化秸秆生物转化CH_4技术路线，最终计算CO_2循环利用的经济性。【结果和结论】CO_2致裂深部煤层能够形成更加复杂的裂缝网络，增加微纳尺度孔裂隙的连通性，使甲烷的驱替效率提升，微生物能够将CO_2高效转化成CH_4，提高了深部煤层中CO_2的转化效率。探究了CO_2致裂-驱替-生物转化CH_4作用下、煤储层孔裂隙结构演化规律，完善了深部不可采煤层CCCUS煤体结构演化与流体运移耦合作用理论，探索CCCUS对围岩稳定性和地质环境的影响规律及控制机制，丰富发展演变多孔介质传输多场耦合作用理论，获得了CO_2可循环利用的技术可靠性，定量表征了其经济性指标，为深部不可采煤层CCCUS创新技术实施提供重要理论基础，有力支撑我国能源革命与“双碳”目标实现。

  2026年01期 v.54;No.337 80-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1750K]
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• 基于单层吸附及吸附势理论的煤中CH₄与CO₂跨临界态吸附模型改进

  宋学梅;张琨;桑树勋;马萌芽;刘会虎;徐宏杰;

  【目的和方法】吸附相密度是确定煤中气体吸附量的关键参数。以安徽两淮矿区烟煤为研究对象，在24、36、48℃温度条件下开展CO_2和CH_4高压等温吸附实验，结合低温液氮实验和压汞实验对煤孔隙结构定量表征的结果，分析煤中CH_4和CO_2高压跨临界态吸附过程；基于Gibbs过剩吸附量原理，采用截距法计算煤中CO_2和CH_4的吸附相体积与最大吸附相密度；并在单层吸附理论的Langmuir模型与吸附势理论的改进D-A模型的基础上，构建适用于煤中CH_4和CO_2高压跨临界态的吸附模型。【结果和结论】(1)在24、36、48℃和0～32 MPa实验条件下，由于高压段游离相密度(ρ_f)与吸附相体积(V_a)乘积增加，CH_4与CO_2过剩吸附量在达到峰值后呈递减趋势；其中CH_4的游离相密度随吸附压力增大而线性增加，导致高压段的过剩吸附量线性递减；而CO_2的游离相密度在低压段(0～7 MPa)线性增加，高压段(>7 MPa)呈“S”形变化趋势，导致其过剩吸附量变化情况更加复杂。(2)基于高压CH_4过剩吸附量的线性减小趋势，使用截距法计算吸附相体积与最大吸附相密度，并依据改进D-A模型获得吸附相密度的表达式，构建CH_4高压绝对吸附量模型；采用CO_2最大吸附相密度替代虚拟饱和蒸汽压代入上述模型，获得CO_2高压跨临界态吸附的吸附相密度和绝对吸附量拟合改进模型。(3)改进模型对CH_4和CO_2绝对吸附量的拟合决定系数(R_2)均超过0.98，但在CO_2低压阶段吸附拟合偏差较大，引入Langmuir模型描述低压段吸附过程，形成的联合模型提升了全压力段CH_4和CO_2绝对吸附量的拟合效果(R~2>0.99)。研究为探讨煤中气体高压跨临界吸附过程和评估深部煤层CO_2封存量提供了理论依据与优化方法。

  2026年01期 v.54;No.337 94-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1799K]
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• 地下煤矿碳排放核算方法与CCUS减排路径

  徐慎;王猛;代旭光;仇玉欣;拓家龙;李文豪;高杰;

  【目的】煤炭生产利用过程中，碳排放量占比很高，地下煤矿碳排放问题日益受到关注，煤矿碳减排路径研究仍处探索阶段。【方法】以Y煤矿为研究对象，基于生命周期评价法、排放因子法和监测法，划分Y煤矿的碳排放核算边界，厘清Y煤矿的排放源、排放总量和排放特征；基于CCUS技术原理和关键环节技术手段，结合碳排放特征与地质条件，建立煤矿CCUS的减排路径框架。【结果和结论】(1)核算边界涵盖从煤炭井下开采、洗选加工到产品出厂运输的全过程；排放源按类型划分为直接排放和间接排放，直接排放主要包括开采过程和矿后活动的瓦斯(CH_4和CO_2)逸散、化石燃料燃烧等产生的温室气体，间接排放主要涉及外购电力和消耗的水资源。(2)核算结果表明，Y煤矿全年碳排放总量为74.3万t CO_2e。其中，燃料燃烧环节碳排放量最少，为728.56 t CO_2e，占比0.2%；瓦斯逸散环节碳排放量最多，为67.4万t CO_2e，占比约90.8%；间接排放约占总排放的9%，包括电力消耗(6.65万t CO_2e)与水资源消耗(0.124万t CO_2e)。(3) Y煤矿的碳排放特征呈现出“瓦斯主导型”结构，因此，碳减排工作的重点应聚焦在瓦斯抽采利用与逸散控制方面。研究结果对构建地下煤矿碳排放核算体系的建立提供了定量方法；结合Y煤矿所提出的CCUS减排路径，为煤矿行业的绿色低碳转型提供了理论支持和实践参考。

  2026年01期 v.54;No.337 107-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1588K]
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• N₂/CO₂驱替煤层CH₄非线性渗流特性实验研究

  李泽锋;黄梦茹;张宏忠;兰建平;宋金锁;樊世星;

  【背景】我国煤层普遍具有低孔(<5%)、低渗(0.001×10~(-3)μm~2)特性，瓦斯抽采率低。注气驱替强化瓦斯抽采技术在地面煤层气排采、井下瓦斯预抽以及深部CO_2地质封存等方面均发挥重要作用。【方法】选取常见主要驱替及被驱气体N_2、CO_2、CH_4、He为研究对象，结合各气体的物理性质，通过准静态法、气体流量法、雷诺数等计算，分别讨论了各种气体在100、200、300 mm不同煤样特征长度煤心中的渗流行为及特征，分析了启动压力梯度、黏滞阻力以及吸附力对He、N_2、CO_2、 CH_4气体渗流特性的影响。【结果和结论】4种气体在煤心中运移所受阻力规律为F_(He)> F_(CO_2)> F_(CH_4)> F_(N_2)；阻力大小与气体分子平均有效直径、动力黏度以及相态变化有关；超临界态气体的密度和黏滞阻力增加，导致其运移阻力显著提高。4种气体的启动压力梯度(λ_(He)>λ_(CO_2)>λ_(CH_4)≈λ_(N_2))与煤心长度呈反比关系；启动压力梯度受气体的动力黏度、煤心孔隙特征及吸附性等因素影响。黏滞阻力由气体与孔隙壁面、吸附层之间的相互作用产生；雷诺数(Re_(CO_2)> Re_(N_2)> Re_(CH_2)>Re_(He))随注入压力和孔径的增加而增大。煤基质对气体的吸附性显著影响渗透率和渗流速度；N_2因其吸附性较弱，孔隙变化小，故渗透率处于较高水平(k_(He)> k_(N_2)> k_(CO_2)> k_(CH_4))；而CO_2由于吸附性较强，会造成煤基质膨胀，导致煤心渗透率偏低；气体在煤心中的运移过程存在临界压力。当注入压力低于临界压力时，气体渗流受吸附作用和滑脱效应影响，表现出非线性特征；当注入压力超过临界压力后，渗流特性趋于稳定，逐渐接近线性流动。该研究结果为驱替工艺参数优化、驱替效率提升及工程现场应用提供理论依据。

  2026年01期 v.54;No.337 117-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 2095K]
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• 多源固废矿用固碳充填材料性能与碳化机理

  郭庆文;李东印;王伸;刘松辉;李全江;李松;

  【目的】煤矸石与钢渣等固废的资源化利用是实现矿业绿色发展的关键环节，制备固碳充填材料并对煤矿采空区充填是实现固废利用、降碳减排、煤矿绿色开采的重要路径。【方法】基于煤矸石-钢渣高固废体系的配比设计，利用钢渣补偿煤矸石碳化反应活性不足，制备煤矸石–钢渣–水泥固废充填材料样品，开展实验室力学试验与固碳试验，并采用热重分析、XRD、SEM、FTIR、MIP等测试手段，探究煤矸石–钢渣–水泥体系固碳充填材料的力学性能、固碳特性及碳化反应机理。【结果和结论】(1)碳化温度对充填材料的力学性能影响显著，40～80℃样品抗压强度随碳化温度提高而增加，增加钢渣掺入量可提高养护后期抗压强度。(2) CO_2吸收量随碳化温度升高呈先增后降趋势，当碳化温度为60℃时，35%煅烧煤矸石-50%钢渣试样的CO_2吸收量达到6.9%。(3)碳化反应通过促进CaCO_3的生成并填充材料孔隙，同时活性硅铝相加速C-S-H凝胶的形成，使CaCO_3与C-S-H形成稳定结合并提升材料的致密程度，是固废充填材料性能改善的关键机理。研究成果可为开发高性能多源固废固碳充填材料提供理论支撑，有助于推进矿井绿色充填固碳技术发展。

  2026年01期 v.54;No.337 130-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 2421K]
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油气藏CO_2封存

• ScCO₂-水作用下页岩纳米孔与吸附性能演变机制

  冯光俊;王猛;朱炎铭;宋昱;代旭光;郑司建;谢红;尚福华;

  【背景】超临界CO_2(ScCO_2)强化页岩油气开采是一种有效的地质封存途径。ScCO_2注入页岩储层会引发复杂的ScCO_2-水-岩相互作用，导致页岩物质组分、纳米孔及吸附性能演变，这也是评价CO_2封存效率的关键科学问题。【方法】以渝东南地区龙马溪组页岩为研究对象，开展ScCO_2-水-岩作用模拟实验，综合运用X射线衍射、低压CO_2/N_2吸附、分形理论及等温吸附实验，探究ScCO_2-水作用诱导页岩物质组成、纳米孔结构、分形非均质性及吸附性能的演变机制。通过控制ScCO_2-水-岩作用时间、温度和压力，深入剖析CO_2吸附封存效率的影响因素。【结果和结论】(1) ScCO_2-水-岩作用过程中发生萃取溶解、溶蚀作用及离子置换反应，致使页岩总有机碳、碳酸盐和黏土矿物质量分数显著降低。随着作用时间和压力增大，页岩有机/无机组分质量分数变化愈加显著。(2)有机质萃取与矿物溶蚀作用增大了页岩纳米孔体积和比表面积。作用温度升高主要促进了0.9～1.5 nm的微孔发育，作用压力增大对微孔(<2 nm)和介孔(2～50 nm)均具有明显增容效应，并增强了孔隙结构非均质性。然而，随着作用时间延长，次生矿物沉淀并堵塞孔隙，其中微孔及其非均质性受沉淀减容影响尤为明显。(3)与亚临界CO_2相比，超临界CO_2-水作用后页岩对CO_2的吸附能力和吸附速率呈现阶跃式增长。维持CO_2超临界温压条件对提升页岩储层的吸附性能及封存效率至关重要，但长期封存过程中需重视次生沉淀堵塞孔隙对封存效率的劣化效应。研究成果可为ScCO_2强化页岩油气开采及科学优化CO_2地质封存效率提供理论依据。

  2026年01期 v.54;No.337 142-157页 [查看摘要][在线阅读][下载 1779K]
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• 苏北盆地页岩油CO₂与地层水混合流体吞吐实验研究

  肖朴夫;张杰;杨正茂;王锐;崔茂蕾;雷萌萌;田云飞;曾隽;刘雨薇;

  【目的】针对苏北盆地页岩油体积压裂后衰竭开发递减快和采收率低的难题，结合苏北页岩油“长英质+黏土质+富有机质”的储层特征和现场强压注CO_2质换开发技术，探索注CO_2+地层水吞吐开发提高采收率的实验方法。【方法】通过多种室内物理模拟实验，结合核磁共振实验技术，开展岩心高温高压渗吸、溶蚀和CO_2+地层水吞吐等动静态实验，验证CO_2+地层水吞吐开发技术的可行性，分析二维T_1-T_2核磁谱图的变化规律，明确吞吐过程中不同类型原油动用特征和规律。【结果和结论】渗吸后注CO_2的吞吐方式通过形成酸性条件，溶蚀储层中方解石、白云石等矿物，从而改善储层中微观孔喉结构，提高岩心的孔隙度和渗透率，有利于提高页岩油后续采收率。此外，对比注CO_2吞吐和注CO_2+地层水吞吐实验过程，发现CO_2+地层水吞吐会增大注采压差，累积提高采收率6.7%。前几轮吞吐过程中，注CO_2吞吐可快速实现可动油和轻烃的有效动用，提高采收率效果更显著；在吞吐后期，注CO_2+地层水通过溶蚀作用会提高CO_2影响范围，并将其扩散到更多的基质孔隙中发挥作用，逐步通过传质作用实现重烃或吸附油和轻烃之间的转化，吞吐效果得到明显提升。在现场进行吞吐方案设计时，可考虑在前期进行2轮次CO_2吞吐，后期进行多轮CO_2+地层水吞吐，以达到最佳的开发效果。研究成果揭示了页岩油CO_2+地层水吞吐对原油动用的机理，证实了该方法提高页岩油采收率的可行性，为苏北盆地和东部页岩油储层提高采收率技术提供了重要的实验依据和新方向。

  2026年01期 v.54;No.337 158-166页 [查看摘要][在线阅读][下载 2039K]
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• CO₂地质封存注入井固井水泥：腐蚀机理、改性与应用研究进展

  郝锋;张宗峰;王宏民;杜帅;黄达;杨雪峰;汪珂欣;张宇;

  【背景和方法】CO_2地质封存注入井的井筒完整性是保障封存项目长期安全运行的关键，而固井水泥作为维持井筒完整性的一级屏障，其在CO_2封存环境中的耐久性已成为国内外研究热点。系统综述了固井水泥在CO_2封存工况下的化学腐蚀机制、抗腐蚀改性技术、非硅酸盐水泥体系的研究进展，并展望了未来发展方向。【进展】(1)硅酸盐水泥腐蚀本质为其水化产物Ca(OH)_2和C-S-H在酸性CO_2环境下的反应。其中Ca(OH)_2优先消耗，而C-S-H具有相对更强的稳定性，在硅酸盐水泥改性设计中适度保留Ca(OH)_2可在碳化过程中发挥缓冲作用，有利于长期性能维持。(2)虽然多数室内加速实验表明硅酸盐水泥在CO_2环境中存在明显退化，但以美国SACROC区块为代表的现场实证表明，在良好胶结条件下，硅酸盐水泥仍可提供数十年有效的密封。这一差异揭示了当前实验评价体系在模拟真实井下环境(如围压、地层水化学、动态温压条件等)方面的不足。(3)提升硅酸盐水泥抗CO_2腐蚀性能的主要途径包括降低基体渗透率、掺入惰性或活性填料调控反应产物以及采用表面防护涂层技术等，其中纳米SiO_2具有微观结构优化及火山灰反应协同效应，是硅酸盐水泥抗碳化能力的有效改性材料。(4)改性硅酸盐水泥在部分CCS-EOR项目中已展现出足够的密封能力，但其热力学亚稳态本质使其在极端工况下仍存在长期耐久性隐忧。对于以永久封存为目标的CCS-GS井，非硅酸盐水泥体系成为更优选择。【展望】当前，针对CO_2封存环境下水泥长期完整性的实验评价仍缺乏统一标准，方法差异导致数据可比性不足。未来需建立涵盖低温、动态腐蚀条件并注重沉降稳定性的标准化测试体系，以提升评估结果的工程指导价值。此外，非硅酸盐水泥体系虽能从根本上规避碳化风险，但在实际应用可行性与现场操作性方面仍存在局限，需在材料性能调控、施工适配性与成本效益方面开展进一步系统研究。

  2026年01期 v.54;No.337 167-183页 [查看摘要][在线阅读][下载 1596K]
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咸水层CO_2封存

• CO₂地质封存模型研究进展及展望

  胡晨林;董成;桑树勋;唐勇;李鑫;张斌;赵凌峰;

  【背景】应对全球气候变化、实现碳中和目标的紧迫需求，正推动CO_2地质封存技术向规模化、安全化与智能化方向发展。封存过程涉及多物理场耦合，其工程可行性与长期安全性高度依赖数值模型对地下复杂过程的精确刻画。因此，构建覆盖“注入–运移–封存–监测”全流程、适应多类封存地质体的模型体系，成为支撑该技术走向工程应用的关键基础。【进展】系统阐述了CO_2地质封存中的6类核心模型，包括多相流模型、垂直集成模型、反应运输模型、深度学习模型、羽流模型及地质力学模型，并基于国际典型封存项目的实践验证，构建了以“储层特征–算法选取–监测需求”协同为核心的普适性建模方法体系。研究表明，在注入阶段，采用傅里叶算法耦合多相流模型可有效优化关键参数；在运移阶段，借助有限元–有限体积耦合的羽流模型能精准追踪CO_2空间展布；在监测阶段，通过地质力学模型可系统评估盖层完整性与断层活化风险，从而实现全链条动态安全表征。【展望】面向复杂地质条件与长效安全封存需求，未来应发展以大数据和人工智能驱动为核心的智慧化建模。通过深度融合地质机理与多源监测数据，构建具备自主学习、实时同化与动态优化能力的新一代模型，以显著提升预测精度与场景适应性。该模型体系将进一步拓展至“捕集–运输–封存–利用–排放”全闭环系统，支撑碳“封存–利用”循环一体化方案的构建与智能调控，推动CO_2封存从单环节模拟向全链条协同管理跨越。研究成果为CO_2地质封存模型的跨场景应用提供了系统方法，并为模型体系向长效化、智能化演进指明了实现路径。

  2026年01期 v.54;No.337 184-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 2221K]
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• 深部咸水层碳封存协同地热能开采数值模拟研究

  谢泽豪;张烈辉;赵玉龙;曹成;寇祖豪;张德平;李金龙;

  【目的和方法】深部咸水层是理想的CO_2地质封存场所，地温梯度高，蕴含着丰富的地热资源。CO_2地质封存过程中，将地热能采出，对提升CO_2地质封存效果，实现深部咸水层的资源协同开发具有重要意义。为此，提出深部咸水层地热能开采–碳封存协同开发方式，建立气水两相热流化耦合的数值模型，研究探讨最佳注入方式、注采井网，设计注采参数。【结果和结论】(1) CO_2注入过程中同时采水采地热，可延缓地层压力上升，并为CO_2提供更多的储集空间，增加CO_2地质封存量1.65万t;(2)可动水采出后以CO_2为取热介质继续开采地热能，可多采出6.60 MJ热量，且地质封存量进一步增加3.08万t;(3) CO_2注入过程中发生地球化学反应，使孔隙度增加0.002 2，渗透率增大0.43×10~(-3)μm~2，为CO_2持续注入及地热能的采出创造了有利条件；(4)间歇注入可最大程度延缓地层压力上升，是最佳的注入方式；(5)生产井与注入井应布置于同层，构造低部位注入井数应大于生产井数；(6)最佳注采参数为注入速度10 000 m_3/d、注采比0.8、周期注入时间3个月、周期注采时间比1.0。碳封存协同地热开发新方式为深部咸水层CO_2地质封存提供了新思路，对助力“双碳”目标，推动资源高效协同开发具有参考意义。

  2026年01期 v.54;No.337 200-212页 [查看摘要][在线阅读][下载 2374K]
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• 方解石溶蚀对岩石渗透率与弹性力学参数影响模拟研究

  杨博;许天福;封官宏;朱慧星;

  【目的】CO_2溶解于水诱发矿物反应会显著改变岩石孔隙结构，进而影响其渗流与力学性质，这对CO_2地质封存工程的适宜性与长期安全性具有重要影响。【方法】以含方解石岩样为研究对象，采用格子玻尔兹曼方法(LBM)与有限元方法(FEM)耦合模拟技术，系统分析CO_2饱和溶液不同注入速率下方解石溶蚀特征，并进一步揭示岩石渗透率及弹性力学参数(包括体积模量与剪切模量)动态演化规律。【结果和结论】(1)在低注入速率下，生成物在样本中远端富集抑制了该区域的方解石反应，导致反应仅在注入口附近发生；随着注入速率增大，溶液穿透样本能力增强，反应物被稀释，使中远端方解石均能参与反应，溶蚀位置分布更均匀。(2)方解石溶解可显著提高岩石渗透率，且提升效应随注入速率增加而增强。在低注入速率范围(30～150 m/a)，由于溶质运移主要受扩散作用控制，渗透率增幅有限；当注入速率提高至750～18 750 m/a时，对流作用逐渐主导溶质运移，导致岩石骨架结构差异性增大，渗透率提升更为显著。整体上，幂函数模型中渗透率与孔隙关系的拟合指数n为2.8～6.5，而Carman-Kozeny模型的n值则介于0.9～4.6。值得注意的是，2类模型的n值均呈现随注入速率增加而单调递增的趋势。通过对比分析发现，Carman-Kozeny模型在预测精度方面表现出更优的性能。(3)方解石溶蚀作用会显著降低岩石弹性力学性质。当孔隙度由0.44增至0.56时，剪切模量与体积模量均下降约20%。此外，以上参数在溶蚀初期下降速率较快，后期逐渐减缓，这一非线性特征使幂函数模型较传统线性模型更具优势。研究还发现，随着注入流速增大，岩石弹性力学性质劣化程度加剧，其中剪切模量相比体积模量对注入速率变化表现出更高敏感性。研究成果揭示了流体注入速率通过控制溶蚀空间分布进而主导岩石渗流-力学性质演化的关键机制，为评价CO_2地质封存场的长期安全性提供了理论依据。

  2026年01期 v.54;No.337 213-224页 [查看摘要][在线阅读][下载 2243K]
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• 水盐环境下蒙脱石纳米孔中CH₄与CO₂的吸附分布特征及机制探讨

  都凯;芮振华;钱程;陈思维;

  【背景】在碳达峰碳中和战略目标的引导下，CO_2捕集、利用与封存(CCUS)技术成为实现温室气体减排的重要路径。随着页岩等非常规油气资源的持续开发，水盐环境显著影响CO_2的赋存稳定性与渗流行为，进而制约其封存效率和安全性。因此，深入理解水盐条件下CO_2与页岩孔隙中其他气体的竞争行为和分布规律，已成为优化封存与驱替过程的关键科学问题。【方法】为揭示水盐环境对典型气体赋存分布与竞争行为的影响，基于分子动力学模拟构建了不同含水状态与盐含量下的蒙脱石纳米狭缝模型。系统分析了CH_4与CO_2在各条件下的吸附构型、密度分布、扩散行为与相互作用能变化规律。【结果和结论】CH_4与CO_2在干燥、含水及不同盐度条件下的赋存与迁移行为存在显著差异。干燥体系中，CO_2沿蒙脱石壁面形成吸附带，而CH_4呈双峰分布，最大吸附密度达1.78 g/cm~3。加入水后，水层覆盖壁面，削弱气体与矿物间作用，使两者分布整体向孔隙中心迁移。加入NaCl后，CO_2在界面形成次级吸附层，吸附峰在NaCl质量分数为20%时恢复至干燥峰值的约17%。2种气体的自扩散系数均随盐度升高而减小，CO_2下降更显著，表现出更强的迁移受限特征。水膜削弱了壁面吸附势场，Na~+通过静电屏蔽和水合团簇增强CO_2的界面再吸附。研究结果从分子尺度揭示了CO_2在水盐环境的滞留行为。

  2026年01期 v.54;No.337 225-233页 [查看摘要][在线阅读][下载 1884K]
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• 恩平凹陷咸水层CO₂地质封存安全性数值模拟研究

  于涛;李希文;杨云诗;陈兵兵;姬泽敏;何畅;蒋兰兰;宋永臣;

  【背景】自工业革命以来，CO_2的过量排放加剧了温室效应，而CCUS技术成为应对这一问题的关键手段，尤其是CO_2地质封存技术，具有巨大的应用潜力。目前我国已经在珠江口盆地的恩平凹陷实施了咸水层CO_2封存示范工程，而恩平凹陷地层存在倾角且裂缝带分布广泛，将对CO_2的运移和封存特性造成影响。【方法】以恩平凹陷为研究对象，通过TOUGH3软件建立了二维含裂缝带咸水层模型，分析了地层倾角、裂缝带位置及注入压力多种因素对CO_2封存过程中地层压力、游离相与溶解相CO_2运移分布及储层内各相态封存量随时间变化的影响。对比各储层CO_2封存量差异，阐明不同因素对CO_2向上迁移泄漏风险的影响机制，解析溶解相CO_2封存量占比，揭示不同因素对封存安全性的决定作用。【结果和结论】在注入期间，裂缝带可将下储层的压力释放到上储层，从而减轻中盖层内因游离相CO_2积聚导致的压力上升，100 a时，上储层内CO_2封存形式比下储层更安全；在0°至2°的倾斜地层中，随着地层倾角增大，储层内游离相CO_2向地层上倾方向迁移距离增大，70 a以后，CO_2向上迁移泄漏的风险减小，在20～100 a时，储层内CO_2封存安全性增强，尤其是对于上储层影响更加显著；在注入井水平距离50～200 m范围内，随着裂缝带与注入井之间水平距离增加，CO_2向上迁移泄漏的风险降低，但100 a时，储层内CO_2封存安全性减弱；在16.5～19.5 MPa注入压力范围内，随着注入压力增大，总封存量增加，但100 a时，溶解相CO_2封存比例降低，封存形式趋于不稳定，当注入压力为18.0 MPa时，下储层CO_2封存量占总封存量的比例最高(42.21%)，说明CO_2向上迁移泄漏的风险最低；在影响CO_2封存安全性的3种因素中，地层倾角主导上储层的封存安全性，裂缝带与注入井之间水平距离是影响CO_2向上迁移泄漏的风险的主要因素，而注入压力则决定下储层封存安全性。研究成果将为含裂缝带咸水层CO_2封存项目提供理论依据，深化对同类地质CO_2封存特性的认知，助力推动CO_2地质封存技术规模化应用与行业进步，为“双碳”目标落地提供支撑。

  2026年01期 v.54;No.337 234-246页 [查看摘要][在线阅读][下载 1876K]
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玄武岩CO_2封存

• 玄武岩CO₂原位矿化封存研究进展及展望

  王晓;吴彬;石祥超;叶仲斌;魏兵;王冠华;阿尔瓦拉多·弗拉基米尔;黄凯霖;杨泽勇;

  【背景】玄武岩地层CO_2封存具有快速矿化、封存安全性高的显著优势，逐渐成为国内外研究的热点。系统综述了CO_2原位矿化封存机理、矿化作用下地层物性演化特征、CO_2原位矿化封存矿场示范3个方面的研究现状，并提出未来研究方向。【进展】(1)玄武岩地层CO_2原位矿化封存本质上是CO_2-水-岩相互作用的过程，主要通过原生硅酸盐矿物的溶解及次生碳酸盐矿物的沉淀实现。其中，原生矿物溶解为整个反应的“限速”步骤。现有研究多采用静态反应釜与动态岩心驱替实验，系统揭示了不同类型玄武岩中矿物的溶解-沉淀行为，并识别出矿物组成、粒度/比表面积、体系pH、温度及流体组分等关键因素对CO_2矿化反应动力学与产物的调控机制。(2) CO_2-水-岩反应通过矿物溶解-沉淀耦合作用，不仅改变地层矿物组成，还显著影响其宏观物理性质。具体表现为孔隙结构重构、孔-渗特征演化以及力学性质的强化或弱化，这些变化共同决定了CO_2的长期封存效能与地质安全性。(3)以冰岛CarbFix和美国Wallula为代表的矿场示范工程，分别实践了两种差异化的技术路径：CarbFix采用CO_2未饱和水溶液注入，以“转化”为核心逻辑，通过加速溶解与矿化实现CO_2的快速固定，并创新引入同位素示踪技术实时监测反应进程；Wallula则沿用超临界CO_2注入方式，以“储存”为主导，依托盖层与圈闭构造保障封存安全，并借助地球物理测井评估泄漏风险。两者为不同地质条件下玄武岩CO_2封存项目的选址、设计与监测提供了重要技术借鉴。【展望】尽管玄武岩CO_2原位矿化封存技术已取得显著进展，目前相关研究仍存在若干关键瓶颈亟待突破：包括次生矿物的精准定性与定量表征、钝化层形成机制及其对反应动力学的抑制效应、实际复杂地质-化学耦合条件下CO_2矿化影响因素的全局敏感性分析，以及多矿物系统中“多源-多汇”反应路径的解耦与识别等。这些问题的深入探究，是推动该技术从示范走向规模化应用的核心基础，对未来实现安全高效的CO_2地质封存具有重要意义。

  2026年01期 v.54;No.337 247-263页 [查看摘要][在线阅读][下载 2337K]
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• 埋藏火山CO₂原位矿化封存研究进展

  何衍鑫;田伟;鲜本忠;刘平平;魏铭聪;魏琪文;邓玄宇;刘建平;顾佳鹏;

  【目的和方法】在碳中和目标驱动下，CO_2地质封存已成为国家重大需求。相较于传统沉积盆地储层(咸水层、枯竭油气藏和不可采煤层)，玄武岩层封存通过CO_2与岩石矿物反应形成稳定碳酸盐，具有分布广、封存潜力大和泄漏风险低等显著优势，其工程可行性已获得冰岛CarbFix与美国Wallula示范项目验证。盆地埋藏火山内部发育丰富玄武质岩石，且分布广泛、封存潜力大，是CO_2原位矿化封存的潜在靶区。然而，其原位矿化封存的可行性、安全性和经济性尚未系统评估。基于盆地埋藏火山的分布特征、物质组成、储层物性、储盖条件以及原位矿化封存的封存容量、环境风险和经济成本评价，分析其技术和经济可行性。【进展和展望】(1)盆地埋藏火山在全球广泛分布，封存潜力巨大，含有的富铁镁矿物组合矿化效率高，发育有储集空间丰富的优质储层，火山内部复杂结构可构成天然储盖组合，理论技术上可行。矿化封存本质安全叠加盆地多重屏障，CO_2泄漏风险极低，安全性有保障。原位矿化封存成本相对较低，且在含油气盆地可利用基础设施复用与协同封存进一步降低经济成本，经济优势明显。因此盆地埋藏火山是技术可行性、封存安全性、实施经济性均优于玄武岩层的CO_2原位矿化封存靶区。(2)但目前盆地埋藏火山封存技术仍存在CO_2-流体-岩石反应机制不清和火山内部构型难以获得等技术瓶颈，未来需在CO_2-流体-岩石反应多场耦合实验与模拟以及盆地火山构型精细表征等方面重点攻关。(3)基于地质条件等特征，认为塔里木盆地(西部陆域)和珠江口盆地(东部海域)为中国埋藏火山CO_2封存优先实施区，为碳中和目标的实现提供可靠的靶区支撑和地质依据。

  2026年01期 v.54;No.337 264-284页 [查看摘要][在线阅读][下载 2633K]
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• 玄武岩CO₂封存地球化学研究进展：微观机制与反应路径

  马诗佳;夏菖佑;高志豪;芮振华;梁希;

  【目的和方法】全球温室气体减排的迫切需求推动了玄武岩CO_2矿化封存技术的发展。为了进一步理解矿化过程的微观机制和反应路径，系统梳理过程中的地球化学反应机制，深入探讨超临界CO_2与溶解态CO_2注入下的反应路径差异、矿物溶解与碳酸盐沉淀的耦合关系，以及影响反应的关键因素。【进展】超临界CO_2注入通过纳米级水化层的多步骤耦合反应实现矿化，而溶解态注入则依赖于溶液相中的化学溶解和配位反应。在CO_2玄武岩矿化反应中，橄榄石、辉石等矿物主导了金属阳离子的释放，而方解石、菱镁矿、铁白云石等碳酸盐矿物则在不同温压条件下依次沉淀。方解石沉淀具有宽温适应性，铁白云石和菱镁矿多见于中高温条件。pH、温度、CO_2分压、流体盐度及岩石非均质性等因素对反应路径和沉淀矿物演化具有显著影响。较低的pH促进初生矿物的溶解，而较高的pH则有利于碳酸盐矿物的沉淀。高温有助于矿物溶解，提高反应速率。较高的CO_2分压可增加CO_2的溶解度和反应活性，进而加速矿物溶解和碳酸盐的形成。流体盐度通过改变溶液的离子强度和化学组成，影响矿物的溶解和沉淀过程。岩石的非均质性，包括矿物组成和孔隙结构差异，影响流体的运移路径和反应效率，促进局部沉淀和优先流动通道形成，可在低流量和非连通通道实现持续沉淀，未来需研究其对储层物性的影响。这些因素相互作用，共同决定CO_2矿化封存的动态变化过程。【展望】鉴于此，在综述玄武岩中CO_2矿化过程的基础上，提出了未来研究方向，包括构建参数优化框架、发展高分辨率耦合模型及优化注入策略，以推动玄武岩CO_2封存技术的规模化应用与工程落地。深入研究反应影响因素的协同作用机制，将为优化封存技术提供更坚实的理论基础，进一步提高CO_2矿化封存的效率和稳定性。

  2026年01期 v.54;No.337 285-298页 [查看摘要][在线阅读][下载 2158K]
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• 《煤田地质与勘探》订阅启事

  <正>一、期刊简介《煤田地质与勘探》,1973年创刊,月刊,由中国煤炭科工集团有限公司主管,中煤科工西安研究院(集团)有限公司主办,是煤炭地质领域创办时间最长、最有影响力的综合性科技期刊,面向国内外公开发行。二、收录入选中国科技期刊卓越行动计划中文单刊项目,Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD核心库、中文核心、中国科技核心等。三、刊载范围主要刊载煤炭地质、矿井地质、煤系气、煤伴生矿产、水文地质、工程地质、环境地质、煤田物探、矿井物探、钻掘工程等方面,具有较高学术、技术水平和实用价值的研究成果、学术论文、新技术、新方法和先进经验等。热点专题有:数智化云平台在不同能源领域应用、深部煤系气资源开发技术进展、煤矿区地热能资源及开发技术、智能物探、智能钻探、碳中和技术路径与示范工程等。

  2026年01期 v.54;No.337 299页 [查看摘要][在线阅读][下载 210K]
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