煤体CO2吸附/解吸变形特征及变形模型

煤体CO2吸附/解吸特征是衡量CO2地质封存潜力的重要指标,煤体吸附/解吸CO2过程发生的变形则是影响CO2可注性的重要因素.利用自主研制的煤层高压吸附/解吸(变形)试验系统开展了 3种不同煤阶煤吸附量与变形量同步测试试验,分析了煤体CO2吸附/解吸变形特征,建立了吸附/解吸过程应变量-吸附量关系模型以及煤样CO2吸附/解吸变形模型,探讨了 3种煤的CO2可注性及CO2封存技术的适用性.结果表明:3种不同煤阶煤均具有明显解吸滞后特征,且随煤阶升高,解吸滞后特征减弱,促使煤解吸体应变曲线由"滞后"向"超前"转变.3种不同煤阶煤吸附/解吸变形均存在各向异性.气煤和1/3焦煤吸附/解吸变形离散性大,贫煤离散性小,各煤样吸附/解吸变形的离散性均随平衡压力增大逐渐减小.相同吸附量条件下煤样吸附/解吸体应变关系为气煤＞1/3焦煤＞贫煤,但由于3种煤样吸附能力的差异,相同吸附平衡压力条件下煤样吸附/解吸体应变关系为贫煤＞1/3焦煤＞气煤,说明煤样应变量由吸附量和膨胀变形能力综合决定.吸附/解吸过程煤样的应变量和吸附量呈三次函数关系,结合煤的等温吸附模型(D-A方程),建立了煤体吸附/解吸变形模型,该模型能够精确拟合煤吸附/解吸CO2变形数据,反映煤样吸附/解吸变形与吸附量及平衡压力的关系.对比分析气煤、1/3焦煤、贫煤3种煤样的吸附/解吸特征及变形特征,贫煤CO2可注性最好,更适用于间歇式注入方法提高煤层可注性;气煤则更利于CO2的长期储存.