深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想
梁运培1
王庆慧1
朱拴成2
陈强1
胡千庭1
皇凡生3
1.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;重庆大学资源与安全学院,重庆 4000442.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;重庆大学资源与安全学院,重庆 400044;煤炭工业规划设计研究院有限公司,北京 1001203.中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室,江苏徐州 221008
摘要：温和氧化解聚作用下,低阶煤(褐煤、长焰煤)可高效生成高值化学品,同时煤体多尺度流动能力显著改善.针对我国低阶煤资源丰富与煤层中赋存巨量天然气的地质背景,结合低阶煤化学性质特点,提出了基于原位氧化改性的深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想,从氧化解聚制备羧基化学品方法、氧化改性提高煤层气采收率机理、共采技术模式、地质及工程有利条件等4方面论证了该技术可行性.调研总结发现:低阶煤具有丰富的含氧官能团(如羧基—COOH和酚羟基—OH)和侧链,为氧化解聚制备高值化学品(如羧酸)提供了关键前体结构;过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂,在低温(＜100℃)、常压条件下,温和氧化解聚低阶煤可高效、低成本制备羧基化学品,实现低阶煤非能源化高值利用;氧化解聚反应对低阶煤具有明显的氧化改性作用,主要表现为煤表面对甲烷的吸附能力减弱、水的疏水性增强、形成溶蚀孔与微裂缝,并可原位生成CO2,从而增加了煤层气解吸-渗流能力.围绕深部低煤阶煤层气井高效增产改造需求与枯竭煤层气井二次利用,设计了单井压裂-溶浸开采(采气为主)与群井压裂-溶浸开采(采高值化学品为主)2种技术模式.前者通过注入氧化性压裂液,合理控制压后焖井时间,充分发挥力学-化学协同改造增渗作用,返排阶段分离压裂液中高值化学品,并高效抽采天然气;后者对各枯竭气井重复改造,通过压裂缝网形成相互沟通的注采井网,持续生成、抽采高值化学品.我国巨厚(数十米～近百米)、深埋藏(500～1 000 m)低煤阶煤层分布广泛,能有效减小氧化剂及反应产物泄漏诱发的地下水污染,为共采提供了有利地质条件;现有大规模煤层气水平井及水力压裂缝网,避免了高值化学品原位制备的高额建井成本,为共采提供了有利工程条件.结论认为,利用温和氧化解聚反应,实现深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采,丰富了原位改性采矿理论与技术体系,有望形成煤层气增产改造新模式,增加低煤阶煤层资源开采综合经济效益.
关键词：高值化学品天然气低煤阶煤层气氧化改性原位改性采矿增产改造
分类号：P618.11(矿床学)TD82(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52104024)国家自然科学基金(52174166)国家重点研发计划(2022YFC3004704)
论文发表日期：2023-01-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 317-334 )
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