超临界CO₂驱替煤层CH₄装置及试验研究

梁卫国^1,2，张倍宁^1,2，韩俊杰^1,2，杨栋²

1. 太原理工大学矿业工程学院2. 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室

摘 要：自主研发了MCQ-Ⅱ型大试件（100mm×100mm×200mm）超临界CO2驱替煤层CH4试验装置,该装置不仅能够保障试验过程中CO2始终处于超临界状态,而且可测量煤体吸附过程中的体积膨胀。借助本装置对同一温度不同体积应力条件下的超临界CO2的渗透性及其驱替CH4效果进行了试验研究。试验结果表明:在50℃、恒定体积应力为48⁶0MPa条件下,超临界CO2的渗透率与注入渗透压呈正相关关系,与体积应力呈负相关关系。超临界CO2在煤体中的渗透特性远远高于其在常态条件下的渗透性。试验同时发现,超临界CO2在煤体中的吸附量与孔隙压力及体积应力均呈正相关,在48和60MPa的体积应力下,单位体积的煤体分别可累计吸附10.82¹7.52体积和16.12²0.40体积的CO2;试验还测得了不同条件下煤体吸附CH4、超临界CO2及超临界CO2驱替煤体CH4过程中,煤体体积膨胀百分比。在超临界CO2驱替CH4试验中,2号焦煤煤样试件中注入气体体积（包括CH4,CO2）均小于1号弱黏煤煤样,但是两煤样中的CO2/CH4置换比及CO2最终储存率相当,分别为4.01/4.16,20.05%/20.09%。

关键词：超临界CO2;驱替置换CH4;煤层气开采;CO2地质储存;