采矿与岩层控制工程学报

评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t
准噶尔北部	5.30	张家口	0.72	依兰—伊通	0.06	昆明—开远	0.10
准噶尔东部	6.54	宣化—蔚县	0.44	蛟河—辽源	0.06	鄂中	0
准噶尔南部	3.42	大同—宁武	1.64	敦化—抚顺	0.11	川鄂湘边	0.01
三塘湖	9.91	承德	0.11	延边	0.05	桂中北	0.01
吐鲁番—哈密	21.95	北京—唐山	0.55	浑江—红阳	0.03	百色	0.05
伊犁	5.63	大城	0.25	松辽南缘	0.28	南宁	0.03
尤尔都斯	0.26	沁水	6.13	阜新—彰武	0.07	涟源—邵阳	0.04
焉耆盆地	1.19	太行山东麓	0.51	北票—建昌	0.08	郴州—资兴	0.03
塔里木北部	0.36	豫西	0.56	唐古拉	0.01	鄂赣边	0
塔里木东部	1.01	豫东	0.04	土门—巴青	0	萍乐	0.04
柴达木北部	0.301	鲁西	0.68	昌都—芒康	0.01	吉仪	0
中祁连	0.25	鲁中	0.04	广旺	0.01	粤北	0.01
北祁连	0.11	济南	0.07	雅乐	0	广州	0
靖远—景泰	0.14	鲁南	0	华蓥山—永荣	0.11	苏浙皖边	0.02
桌子山—贺兰山	0.38	徐州—淮北	0.78	川南—黔北	0.79	长江下游	0.01
鄂尔多斯	44.52	淮南	1.22	六盘水	1.07	浙赣边	0.01
青南—乌拉山	0.27	三江—穆棱河	2.37	渡口楚雄	0.02	永梅	0.02

评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t
准噶尔北部	5.30	张家口	0.72	依兰—伊通	0.06	昆明—开远	0.10
准噶尔东部	6.54	宣化—蔚县	0.44	蛟河—辽源	0.06	鄂中	0
准噶尔南部	3.42	大同—宁武	1.64	敦化—抚顺	0.11	川鄂湘边	0.01
三塘湖	9.91	承德	0.11	延边	0.05	桂中北	0.01
吐鲁番—哈密	21.95	北京—唐山	0.55	浑江—红阳	0.03	百色	0.05
伊犁	5.63	大城	0.25	松辽南缘	0.28	南宁	0.03
尤尔都斯	0.26	沁水	6.13	阜新—彰武	0.07	涟源—邵阳	0.04
焉耆盆地	1.19	太行山东麓	0.51	北票—建昌	0.08	郴州—资兴	0.03
塔里木北部	0.36	豫西	0.56	唐古拉	0.01	鄂赣边	0
塔里木东部	1.01	豫东	0.04	土门—巴青	0	萍乐	0.04
柴达木北部	0.301	鲁西	0.68	昌都—芒康	0.01	吉仪	0
中祁连	0.25	鲁中	0.04	广旺	0.01	粤北	0.01
北祁连	0.11	济南	0.07	雅乐	0	广州	0
靖远—景泰	0.14	鲁南	0	华蓥山—永荣	0.11	苏浙皖边	0.02
桌子山—贺兰山	0.38	徐州—淮北	0.78	川南—黔北	0.79	长江下游	0.01
鄂尔多斯	44.52	淮南	1.22	六盘水	1.07	浙赣边	0.01
青南—乌拉山	0.27	三江—穆棱河	2.37	渡口楚雄	0.02	永梅	0.02

评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t
鄂尔多斯	44.5	六盘水	1.1	柴达木北部	0.30	北票	0.08
三塘湖	9.9	塔里木东部	1.0	松辽盆地南部	0.28	济南	0.07
吐鲁番—哈密盆地	22	川南—黔北	0.79	大青山—乌拉山	0.27	阜新—彰武	0.07
准噶尔东部	6.5	徐州—淮北	0.78	尤尔都斯	0.26	依兰—伊通	0.06
沁水盆地	6.1	张家口	0.72	祁连山脉中部	0.25	延边	0.05
伊犁	5.6	山东西部	0.68	大城	0.25	百色	0.05
准噶尔南部	5.3	河南西部	0.56	靖远—景泰	0.14	河南东部	0.04
准噶尔北部	3.4	北京—唐山	0.55	涟源山脉北	0.11	山东中部	0.04
三江	2.4	太行山东部	0.51	承德	0.11	涟源—邵阳	0.04
大同—宁武	1.6	宣化—蔚县	0.44	敦化—抚顺	0.11	—	—
焉耆盆地	1.2	桌子山—贺兰山	0.38	华蓥山—永荣	0.11	—	—
淮南	1.2	塔里木北部	0.36	昆明—开远	0.10	—	—

评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t
鄂尔多斯	44.5	六盘水	1.1	柴达木北部	0.30	北票	0.08
三塘湖	9.9	塔里木东部	1.0	松辽盆地南部	0.28	济南	0.07
吐鲁番—哈密盆地	22	川南—黔北	0.79	大青山—乌拉山	0.27	阜新—彰武	0.07
准噶尔东部	6.5	徐州—淮北	0.78	尤尔都斯	0.26	依兰—伊通	0.06
沁水盆地	6.1	张家口	0.72	祁连山脉中部	0.25	延边	0.05
伊犁	5.6	山东西部	0.68	大城	0.25	百色	0.05
准噶尔南部	5.3	河南西部	0.56	靖远—景泰	0.14	河南东部	0.04
准噶尔北部	3.4	北京—唐山	0.55	涟源山脉北	0.11	山东中部	0.04
三江	2.4	太行山东部	0.51	承德	0.11	涟源—邵阳	0.04
大同—宁武	1.6	宣化—蔚县	0.44	敦化—抚顺	0.11	—	—
焉耆盆地	1.2	桌子山—贺兰山	0.38	华蓥山—永荣	0.11	—	—
淮南	1.2	塔里木北部	0.36	昆明—开远	0.10	—	—

监测位置/类型	监测方法	监测内容
地表以下	压力监测	封存蓄积层压力/上层渗透层压力
电磁性能监测	地下水电导率/断层扫描
热导性能监测	水平测井温度分布
CO₂剩余饱和度	地质层CO₂剩余饱和度
声学传感器	偶极声纳成像
电动力势能监测	CO₂剩余饱和度变化引起的自电位变化
pH测量传感器	地下水pH
地表以上	生态系统/生物学监测	植被/微生物变化
地球化学效应监测	地下矿物质溶解、迁移和沉降变化
红外气体分析仪	大气CO₂浓度
长程开放路径红外探测和调制激光	给定长度路径上CO₂的累积浓度
涡量相关监测	环境CO₂通量
集聚气室检测	土壤气体中CO₂的集聚速率
激光雷达	激光探测大气, 扫描封存区域
示踪剂追踪监测	环境示踪气体泄漏
测井微震	封存地质层扫描
氧气/二氧化碳比率	封存前后大气O₂、CO₂浓度及比率
超光谱成像检测	植被种群生长健康
无线传感器监测	大气表层CO₂浓度

监测位置/类型	监测方法	监测内容
地表以下	压力监测	封存蓄积层压力/上层渗透层压力
电磁性能监测	地下水电导率/断层扫描
热导性能监测	水平测井温度分布
CO₂剩余饱和度	地质层CO₂剩余饱和度
声学传感器	偶极声纳成像
电动力势能监测	CO₂剩余饱和度变化引起的自电位变化
pH测量传感器	地下水pH
地表以上	生态系统/生物学监测	植被/微生物变化
地球化学效应监测	地下矿物质溶解、迁移和沉降变化
红外气体分析仪	大气CO₂浓度
长程开放路径红外探测和调制激光	给定长度路径上CO₂的累积浓度
涡量相关监测	环境CO₂通量
集聚气室检测	土壤气体中CO₂的集聚速率
激光雷达	激光探测大气, 扫描封存区域
示踪剂追踪监测	环境示踪气体泄漏
测井微震	封存地质层扫描
氧气/二氧化碳比率	封存前后大气O₂、CO₂浓度及比率
超光谱成像检测	植被种群生长健康
无线传感器监测	大气表层CO₂浓度

工程位置	注入时间	CO₂注入量	井口布置/监测手段	国家
柿庄南煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地	2004.4—2004.6	192.8 t/13 d	单井间歇式/水化学、气体组分	中国
柿庄北煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地	2010.4—2010.5	233.6 t/17 d	单井间歇式/压力, 气体组分
柳林煤层气区块APP-ECBM工程, 鄂尔多斯盆地东缘	2011.9—2012.2	460 t/70 d	多分支水平注入井1口, 监测井1口
柿庄北煤层气区块多组注入工程, 沁水盆地	2013—2015	4491 t/460 d	注入井3口、生产井8口/瞬变电磁, 水样
柿庄南煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地	2019—至今	未知	注入井1口、生产井8口
Allison 试验场, 圣胡安盆地	1995.4—2001.8	336000 t	注入井4口, 生产井16口, 压力监测井1口	美国
Pump峡谷, 圣胡安盆地	2007.7—2009.5	16669 t	注入井1口, 生产井3口
Tanquray 农场试验, 伊利诺伊盆地	2008夏	92.1 t	注入井1口, 监测井3口
Virginia, 阿巴拉契亚盆地中试验	2009.11—2009.2	约 900 t	注入井1口, 生产井7口
褐煤区块有效性试验, 威利斯顿盆地	2009.3	90 t/16 d	注入井1口, 监测井4口
黑武士盆地, 亚拉巴马州	2010.6—2010.8	225 t	注入井1口, 水力压裂, 监测井3口
Manshall, 阿巴拉契亚盆地北部, 西弗吉尼亚州	2009.9—2013.12	4500 t	水平注入井2口, 相邻生产井若干
Ruchanan县, 阿巴拉契亚盆地中部, 弗吉尼亚州	2015.7—2015.8	1470 t	注入井3口
FBV 4A微型先导试验工程, Fenn—Big区, 阿尔伯塔省	1998	201 t	注入井1口	加拿大
CSEMP, Alber Flats, 阿尔伯塔省	2006.6	2次注入, 注入量未知	未知
RECOPOL, Kaniow, Silesian盆地	2004.8—2005.5	692 t	注入井1口, 生产井口	波兰
Yubari, ishikari 盆地, 北海道	2004.7—2007.9	约800 t	注入井1口, 生产井口	日本

工程位置	注入时间	CO₂注入量	井口布置/监测手段	国家
柿庄南煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地	2004.4—2004.6	192.8 t/13 d	单井间歇式/水化学、气体组分	中国
柿庄北煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地	2010.4—2010.5	233.6 t/17 d	单井间歇式/压力, 气体组分
柳林煤层气区块APP-ECBM工程, 鄂尔多斯盆地东缘	2011.9—2012.2	460 t/70 d	多分支水平注入井1口, 监测井1口
柿庄北煤层气区块多组注入工程, 沁水盆地	2013—2015	4491 t/460 d	注入井3口、生产井8口/瞬变电磁, 水样
柿庄南煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地	2019—至今	未知	注入井1口、生产井8口
Allison 试验场, 圣胡安盆地	1995.4—2001.8	336000 t	注入井4口, 生产井16口, 压力监测井1口	美国
Pump峡谷, 圣胡安盆地	2007.7—2009.5	16669 t	注入井1口, 生产井3口
Tanquray 农场试验, 伊利诺伊盆地	2008夏	92.1 t	注入井1口, 监测井3口
Virginia, 阿巴拉契亚盆地中试验	2009.11—2009.2	约 900 t	注入井1口, 生产井7口
褐煤区块有效性试验, 威利斯顿盆地	2009.3	90 t/16 d	注入井1口, 监测井4口
黑武士盆地, 亚拉巴马州	2010.6—2010.8	225 t	注入井1口, 水力压裂, 监测井3口
Manshall, 阿巴拉契亚盆地北部, 西弗吉尼亚州	2009.9—2013.12	4500 t	水平注入井2口, 相邻生产井若干
Ruchanan县, 阿巴拉契亚盆地中部, 弗吉尼亚州	2015.7—2015.8	1470 t	注入井3口
FBV 4A微型先导试验工程, Fenn—Big区, 阿尔伯塔省	1998	201 t	注入井1口	加拿大
CSEMP, Alber Flats, 阿尔伯塔省	2006.6	2次注入, 注入量未知	未知
RECOPOL, Kaniow, Silesian盆地	2004.8—2005.5	692 t	注入井1口, 生产井口	波兰
Yubari, ishikari 盆地, 北海道	2004.7—2007.9	约800 t	注入井1口, 生产井口	日本

深部煤层CO₂封存与煤层气强化开采研究进展及展望

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刘江峰 ¹ , 刘书源 ² , 张馨月 ¹ , 陈跃都 ³ , 马庆 ⁴ , 刘浪 ⁵

采矿与岩层控制工程学报 | 综述 2026,8(2): 023542-1-023542-19

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采矿与岩层控制工程学报 | 综述 2026, 8(2): 023542-1-023542-19

深部煤层CO₂封存与煤层气强化开采研究进展及展望

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刘江峰¹, 刘书源², 张馨月¹, 陈跃都³, 马庆⁴, 刘浪⁵

作者信息

¹中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室, 江苏徐州　221116

²东北大学资源与土木工程学院, 辽宁沈阳　110819

³太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室, 山西太原　030024

⁴北京科技大学资源与安全工程学院, 北京　100083

⁵西安科技大学能源与矿业工程学院, 陕西西安　710054

刘江峰(1984—), 男, 安徽灵璧人, 教授, 博士, 主要从事低渗岩体多尺度渗流力学研究。E-mail: jeafliu@hotmail.com

通讯作者:

刘书源(1993—), 男, 山东济宁人, 副研究员, 博士, 主要从事ScCO₂压裂增透与封存机理研究。E-mail: shuyuanliu@mail.neu.edu.cn

A review of research progress and future prospects of CO₂ sequestration and enhanced coalbed methane recovery in deep coal seams

Jiangfeng LIU¹, Shuyuan LIU², Xinyue ZHANG¹, Yuedu CHEN³, Qing MA⁴, Lang LIU⁵

Affiliations

¹State Key Laboratory of Intelligent Construction and Healthy Operation and Maintenance of Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

²School of Resources and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China

³Key Laboratory of In-situ Modified Mining of Ministry of Education, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China

⁴School of Resources and Safety Engineering, University of Science and Technology-Beijing, Beijing 100083, China

⁵College of Energy and Mining Engineering, Xi'an University of Science and Technology , Xi'an 710054, China

出版时间: 2026-04-25 doi: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.2025-1322

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摘要

收起

随着全球碳减排需求的日益增长, 煤层CO₂封存与煤层气强化开采(CO₂-ECBM)技术凭借其在“能源开发−碳减排”协同发展中的独特优势, 逐渐受到国际社会的广泛关注。本文系统梳理了CO₂-ECBM技术在科学机理、工程实践及政策经济层面的研究进展, 阐述其在吸附封存、毛细封存、构造圈闭封存、溶解封存及矿化封存等多机制协同作用下的封存机理, 并评估其技术成熟度与经济可行性。研究表明: CO₂-ECBM技术不仅能有效提升煤层气采收率, 还具有显著的封存潜力和良好的地质稳定性。通过对比分析国内外典型示范项目的实施效果, 指出该技术在实际推广中仍面临煤层可注性差、注入导致渗透率衰减、长期封存安全性评估不足以及经济可行性受制于技术成本与碳价波动等关键挑战。基于文献计量与热点演化分析, 指出当前研究态势与发展路径, 提出未来需重点突破封存区域地质适应性评价体系、煤层高效增渗改造技术、多场耦合下CO₂多尺度运移机理及封存稳定性智能监测预警系统等关键领域。建议加强技术集成与政策支持, 推动CO₂-ECBM技术向商业化、规模化发展, 为全球碳中和目标的实现提供支撑。

关键词

深部煤层 / CO₂-ECBM / CO₂地质封存 / 封存机理 / 封存潜力

Abstract

收起

With the escalating global demand for carbon emission reduction, CO₂ sequestration and enhanced coal-bed methane (CO₂-ECBM) has attracted widespread international attention due to its distinctive advantages in promoting the synergistic development of energy development and carbon emission reduction. This paper systematically reviewed recent advances in CO₂-ECBM research across scientific, engineering, and policy-economic dimensions. Besides, it elucidated the sequestration mechanisms governed by a synergistic suite of processes, including adsorption trapping, capillary trapping, structural trapping, solubility trapping, and mineral trapping, and further evaluated the technological maturity and economic feasibility of the technology. The results demonstrate that CO₂-ECBM technology not only effectively promotes coalbed methane recovery but also offers substantial sequestration potential and favorable geological stability. Through a comparative analysis on typical demonstration projects conducted worldwide, it is pointed out that practical applications of this technology still face challenges such as poor injectability of coal seams, permeability decline induced by CO₂ injection, insufficient assessment of long-term sequestration safety, and economic feasibility hampered by technical costs and carbon price volatility. Drawing on bibliometric analysis and hotspot evolution mapping, this study outlines the current research landscape and development trajectory, highlighting critical future priorities such as geological suitability evaluation systems for sequestration sites, high-efficiency technologies for coal seam permeability enhancement, multi-field coupled multi-scale CO₂ migration mechanisms, and intelligent monitoring and early warning systems for sequestration stability. Concurrently, it is imperative to strengthen technology integration and policy support to accelerate the commercialization and scaling of CO₂-ECBM technology. These initiatives are critical for underpinning global efforts toward achieving carbon neutrality goals.

Key words

deep coal seams / CO₂-ECBM / CO₂ geological sequestration / sequestration mechanisms / sequestration potential

引用本文

刘江峰, 刘书源, 张馨月, 陈跃都, 马庆, 刘浪. 深部煤层CO₂封存与煤层气强化开采研究进展及展望. 采矿与岩层控制工程学报, 2026 , 8 (2) : 023542-1 -023542-19 . DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.2025-1322

Jiangfeng LIU, Shuyuan LIU, Xinyue ZHANG, Yuedu CHEN, Qing MA, Lang LIU. A review of research progress and future prospects of CO₂ sequestration and enhanced coalbed methane recovery in deep coal seams[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2026 , 8 (2) : 023542-1 -023542-19 . DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.2025-1322

正文

收起

CO₂的过量排放是导致全球气温上升的关键因素。据政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告, 每排放1万亿t CO₂, 全球平均气温将上升约0.45 ℃, 因此需设定CO₂排放上限, 以将温升控制在可接受范围内^[1−2]。2024年, 全球年平均气温较工业化前(1850—1900年)水平升高约1.55 ℃, 首次突破2015年《巴黎协定》设定的“1.5 ℃”温控目标^[3]。如此剧烈的气候变暖趋势, 可能会加剧洪水、热浪、风暴等极端天气事件的发生, 严重威胁生态系统稳定性与人类生存环境^[4]。尽快减少CO₂排放量, 缓解其环境负面影响已成为全球共识。面对全球变暖、极端天气频发、能源安全压力与绿色转型的多重挑战, 世界各国纷纷调整发展战略, 加速向低碳、零碳方向转型。我国亦提出“双碳”战略目标, 力争于2030年前实现碳达峰, 2060年前实现碳中和。这一承诺不仅彰显了中国积极应对全球气候变化的坚定决心, 也为全球气候治理提供了重要示范。

在全球能源结构转型与“双碳”目标的战略背景下, 国务院于2021年印发《2030年前碳达峰行动方案》, 将“CO₂捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)”纳入“绿色低碳科技创新行动”需要强化的应用技术研究^[5]。其中, CO₂地质封存技术(Carbon Capture and Storage, CCS)作为减少碳排放的有效途径, 受到广泛关注^[6−7]。该技术利用具备良好封闭性和稳定性的深部地质储层, 实现长期、安全封存^[8−10], 如图1所示^[11−12]。其中, 深部不可采煤层(800 m以深)是CO₂存储的潜在地质体之一。同时, 煤层气(Coalbed Methane, CBM)作为一种重要的非常规天然气资源, 其高效开发对于优化能源供给结构、提高能源利用效率以及减少温室气体排放具有极其重要的意义^[13−14]。基于此, 煤层CO₂地质封存与煤层气强化开采(CO₂ Enhanced Coalbed Methane Recovery, CO₂-ECBM)技术应运而生。该技术通过注入CO₂置换煤层中的煤层气, 兼具煤层气增产与碳减排双重效益, 符合当前全球能源绿色低碳发展的战略导向, 展现出广阔的发展前景^[15−16]。

CO₂-ECBM技术的核心原理在于利用CO₂对煤体的强吸附能力及其对CH₄的竞争吸附特性。具体而言, 当CO₂被注入煤层后, 首先通过扩散和渗流作用在煤体中运移, 并以吸附态和游离态2种主要形式存在于孔隙结构中^[17]。由于煤体对CO₂的吸附能力是CH₄的2~10倍, CO₂可优先占据吸附位点, 置换出吸附态的CH₄, 使其转化为游离态从而实现解吸。同时, CO₂的注入降低了煤层中CH₄的分压, 进一步促进了CH₄的解吸。在注采压差的驱动下, 游离态CH₄向采出井迁移, 从而提升煤层气的采收率, 同时实现了CO₂的长期封存^[18], 如图2所示。

CO₂-ECBM技术的优势主要体现在以下三方面: ① 资源基础与协同效益显著。中国煤层气资源丰富, 总量约36万亿m³, 其中埋深超过1 000 m的资源量达23万亿m³, 占总量的61%。这类深部煤层普遍渗透率较低, 传统排水采气法的采收率仅为35%左右^{[14, 19]}。采用CO₂-ECBM技术可将采收率提升至59%, 并减少水资源消耗与地表生态扰动^[20]。相较于深部咸水层封存, 煤层封存可利用现有煤层气井, 避免额外钻井成本。此外, 中国北方约98%的封存潜力区与主要CO₂排放源高度重合, 有利于降低运输成本^[20]。② 封存潜力巨大。中国煤层资源分布广泛, 尤其是鄂尔多斯盆地、沁水盆地等^[20−21]富煤区域。这些区域的煤层通常具有发达的微纳米孔隙结构, 为CO₂提供了丰富的吸附位点, 使其能够以密集吸附态存储。刘延峰等^[20]基于全国范围内300~1 500 m埋深范围的中国煤层气资源数据, 引入动态置换比参数(CO₂/CH₄体积置换比1.5~3.0), 计算得出主要含煤盆地CO₂理论封存量达120.78亿t (表1、表2), 表明我国煤层CO₂封存潜力巨大。③ 地质稳定性良好, 封存安全性高。煤层的低渗透率特性及其上覆致密盖层(如泥岩、砂岩)可有效限制CO₂向上运移, 降低泄漏风险。同时, 煤体对CO₂的强吸附作用使吸附态CO₂难以解吸, 进一步增强了封存安全性。稳定的煤层地质结构有利于维持CO₂长期封存状态, 为安全封存提供了可靠保障^{[15, 22]}。

据《中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告》显示, CO₂-ECBM技术目前处于示范阶段, 尚未实现大规模商业化推广^[9](图3)。虽然CO₂-ECBM技术已在多国试验与应用中验证其可行性, 并展现出良好的发展前景, 但在实际推广中仍面临诸多挑战, 如煤层可注性差、封存安全性评估不足以及经济可行性受技术成本、碳价波动等因素制约^[23−24]。基于此, 本文综述了CO₂-ECBM技术在科学研究与应用层面的最新进展, 深入分析现存问题, 并结合当前研究热点展望未来研究方向, 旨在为该技术的商业化与规模化推广提供理论支撑与参考依据。

1　CO₂-ECBM科学层面研究进展

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尽管CO₂-ECBM技术的研究已从早期对吸附机制的探索, 逐步拓展为涵盖多种封存机制、封存容量评估、注CO₂驱替CH₄机理、多源数据监测下的封存稳定性评估等多维度研究体系, 但该技术在从实验室走向工程应用的过程中仍面临诸多挑战。基于国内外典型示范工程的实践经验, 结合最新研究成果, 本文对CO₂-ECBM技术在科学层面的研究进展进行了系统梳理与分析。

1.1　煤层CO₂封存机制

当前, CO₂地质封存项目多集中于咸水层, 其相关理论与技术体系相对成熟^[8]。而煤层因其特殊的气体吸附性, 展现出不同于咸水层的封存特性, 如图4所示, 主要包括以下5种机制:

(1)吸附封存是煤层封存CO₂的主要方式^[28]。CO₂分子进入煤基质孔隙后, 通过范德华力或化学键吸附于基质表面。煤层孔隙结构复杂且微孔丰富, 吸附位点较多, 使其具有较强的吸附能力。在高压低温的条件下, CO₂的吸附能力会进一步增强。然而, 煤层中原有的CH₄和水分会与CO₂产生竞争吸附, CO₂因吸附能力较强可优先置换出CH₄, 而水分则通过氢键作用占据吸附位点, 抑制CO₂的吸附量。

(2)毛细(残余气)封存是依靠毛细管力将CO₂封存在煤层孔隙和裂隙中的封存机制。注入的CO₂被毛细管力束缚于煤层的孔喉结构中, 形成不可自由迁移的残余气泡^[28−29]。煤层孔隙喉道的大小、形状及煤层水的润湿性等因素均会影响毛细封存效果。

(3)构造圈闭封存是通过将CO₂注入低渗透或致密盖层下方的煤层中, 利用背斜、断层等构造圈闭实现CO₂封存。盖层的渗透性、厚度和完整性是决定封存安全性与持久性的关键因素。

(4)溶解封存是由于部分CO₂溶解于煤层水中形成碳酸, 进而通过降低游离CO₂浓度并抑制其再次逸出, 从而实现长期封存^[30]。其效果受水体pH值、矿化度、水动力条件及温压环境等因素共同制约。其中, 温度和压力是影响CO₂溶解度的关键因素, 较高的压力和较低的温度均有利于提升CO₂的溶解度。

(5)矿化封存则是溶解状态下的CO₂与煤层水中存在的多种不同的二价金属阳离子(如Ca²⁺、Mg²⁺ 等)反应, 从而形成方解石 (CaCO₃)、菱镁矿(MgCO₃) 和白云岩 (CaMg(CO₃)₂)等稳定的碳酸盐矿物, 从而实现永久封存。该过程中涉及的地球化学反应如下所示:

$ \begin{aligned}& \mathrm{CO}_2(\mathrm{g}) \rightleftharpoons \mathrm{CO}_2(\mathrm{aq}) \\& \mathrm{CO}_2(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{H}_2 \mathrm{CO}_3 \\& \mathrm{H}_2 \mathrm{CO}_3 \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}+\mathrm{HCO}_3^{-} \\& \mathrm{HCO}_3^{-} \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}+\mathrm{CO}_3^{2-} \\& \mathrm{Ca}^{2+}+\mathrm{CO}_3^{2-} \rightleftharpoons \mathrm{CaCO}_3(\mathrm{s}) \\& \mathrm{Mg}^{2+}+\mathrm{CO}_3^{2-} \rightleftharpoons \mathrm{MgCO}_3(\mathrm{s}) \\& \mathrm{Ca}^{2+}+\mathrm{Mg}^{2+}+\mathrm{CO}_3^{2-} \rightleftharpoons \mathrm{CaMg}^{2-}\left(\mathrm{CO}_3\right)_2(\mathrm{s})\end{aligned} $

(1)

矿化封存效果主要取决于煤层中矿物质的种类和含量, 以及反应条件(温度、压力和pH值)^[8]。从作用时间顺序上看, 各机制依次为: 构造封存 < 吸附封存 < 毛细封存 < 溶解封存 < 矿化封存; 而按封存安全性排序则为: 矿化封存 > 溶解封存 > 毛细封存 > 吸附封存 > 构造封存^{[29, 31]}。不同CO₂封存方式封存比例随时间的变化^[31]如图5所示。

1.2　煤层地质封存容量评估

煤层地质封存容量评估是确定CO₂封存潜力的关键手段, 为CO₂地质封存项目的规划、设计和实施提供重要依据^{[20, 32−33]}。该评估依赖于煤层埋深、厚度、孔渗性、煤质特性、构造条件等地质参数。目前, 用于估算不可开采煤层中CO₂封存储量的通用方法主要有以下4种^{[16, 21, 32]}:

(1) CSLF法(Carbon Sequestration Leaders Forum): 由碳封存领导人论坛提出, 假设CO₂能够占据与开采煤层气相同的体积空间, 结合储层原位条件下的CO₂密度、封存层中的残余气以及含水量等参数, 估算封存CO₂的质量^[34]。CSLF方法操作简便, 数据易得, 但仅考虑了空间体积和吸附容量, 未纳入CO₂溶解、运移和矿化等动态过程, 存在一定局限性。其计算公式为

$ {M}_{{{\text{CO}}_{\text{2}}}}={P}_{\text{PGI}}{\rho }_{\text{g}}{R}_{\text{E}} $

(2)

式中,

$ {M}_{{{\text{CO}}_{\text{2}}}} $

为CO₂封存量, kg;

$ {\rho }_{\text{g}} $

为CO₂密度, kg/m³;

$ {P}_{\text{PGI}} $

为煤层可产气量, 是煤储层体积、煤密度、甲烷含量、完成率、采出率的乘积, m³;

$ {R}_{\text{E}} $

为CO₂与CH₄的体积置换比。

(2) DOE法: 美国能源部(DOE)的方法基于封存储层的地质参数(如孔隙度、渗透率、厚度等), 计算封存层的有效容积, 进而结合CO₂密度和注入压力估算CO₂的封存量^[35]。该方法考虑了地质因素对封存容量的影响, 评估结果更准确, 但计算过程复杂, 需大量地质数据和数值模拟支持。其计算公式为

$ {M}_{{{\text{CO}}_{\text{2}}}}={\rho }_{\text{g}}{A}_{\text{coal}}h({V}_{\text{a}}+{V}_{\text{f}})E $

(3)

式中,

$ {A}_{\text{coal}} $

为目标煤层面积, m²;

$ h $

为目标煤层厚度, m;

$ {V}_{\text{a}} $

为单位体积煤的CO₂吸附量, kg;

$ {V}_{\text{f}} $

为单位体积煤中CO₂游离量, kg;

$ E $

为CO₂储层的有效因子, 包括煤中CO₂封存的适用性、吸附能力、浮力特征、运移能力、饱和吸附量等。

(3)多机制叠加法: 综合考虑吸附、溶解、游离等多种机制, 估算CO₂总封存量^[21], 适用于精细化评价。其计算公式为

$ {M}_{{{\text{CO}}_{\text{2}}}}={M}_{\text{v}}+{M}_{\text{w}}+{M}_{\text{ads}}+{M}_{\text{a}} $

(4)

式中,

$ {M}_{\text{v}} $

为煤层中游离态CO₂质量, kg;

$ {M}_{\text{w}} $

为煤层中溶解态CO₂质量, kg;

$ {M}_{\text{ads}} $

为目标区煤的剩余探明地质储量中总的CO₂吸附量, kg;

$ {M}_{\text{a}} $

为目标区煤的新增探明地质储量中总的CO₂吸附量, kg。

(4)简化CSLF法: 将封存量与煤层气资源量及采出率进行简化关联^[21], 忽略了储层物性、流体运移和地球化学效应等关键影响因素。其计算公式为

$ {M}_{{{\text{CO}}_{\text{2}}}}=0.1{\rho }_{\text{g}}G{R}_{\text{f}}{R}_{\text{E}} $

(5)

式中, G为煤层气资源量;

$ {R}_{\text{f}} $

为煤层气采出率。

尽管传统的CO₂地质封存量评估方法在盆地级与区域级评估中得到了广泛应用, 但由于参数不确定性、储层非均质性及吸附、溶解、矿化等多种封存因素考虑不全, 估算结果差异较大^[32]。鉴于我国复杂的地质背景以及各大盆地储层参数的显著差异, 建立适用于不同盆地特征的评估方法仍是未来研究的重点方向。

1.3　注入压力动态调控机制

在CO₂注入过程中, 强吸附效应会诱发煤基质膨胀, 导致渗透率迅速降低, 影响CO₂持续注入与CH₄开采^[36]。煤层作为一种双重孔隙−裂隙介质, 其内部的孔隙、裂隙和层理等结构, 在受力过程中表现出复杂的变形和强度特性。当注入压力过高或作用时间过长时, 煤岩基质会发生塑性变形, 进一步加剧渗透率的退化^[37]。而过载注入甚至可能会诱发剪切滑移型微震事件, 导致煤层盖层裂隙扩展和井筒损坏, 严重威胁封存的安全性^[38]。为缓解上述问题, 研究者提出了多种注入优化策略, 如脉冲式注入、间歇式注入以及CO₂与N₂交替注入等, 但这些方法的实际效果因煤层地质条件的不同而存在显著差异^[39]。例如, 脉冲式注入可在一定程度上缓解煤层的塑性变形, 从而提高渗透率; 而与N₂交替注入则通过降低煤层膨胀程度, 减缓渗透率的衰减速度。然而, 在实际应用中, 针对不同煤层地质条件, 如何选择最优注入方式并实时调控注入参数, 仍是亟待深入研究的关键问题^[24]。

1.4　CO₂驱替CH₄效率的影响因素

CO₂-ECBM技术的驱替效率受煤层物理性质、气体竞争吸附机制及注入条件等多因素的综合影响。煤层自身的低渗透性、复杂孔隙结构以及煤体吸附膨胀变形等特性均会限制CO₂的运移能力, 从而降低驱替效率^[40]。为解决这些问题, 研究者建立了综合考虑煤层各向异性、非均质性、竞争吸附、热流固耦合效应以及渗透率演化的数值模型, 初步揭示了CO₂-ECBM过程中煤储层内吸附场、渗流场、温度场和应力场之间的动态耦合演化规律^{[37, 41−44]}, 当前研究正逐步将化学场纳入多场耦合体系。渗透率是控制CO₂-ECBM驱替效率的核心参数。CO₂驱替CH₄过程中存在2类相互竞争的物理−化学作用: CO₂吸附诱发煤基质膨胀, 降低渗透率; 而CO₂-H₂O流体的地球化学反应通过溶解矿物组分, 增强孔隙连通性, 从而提高渗透能力。然而, 这2种机制的竞争关系与动态平衡尚未明确, 现有模型多未能充分考虑矿物组分、含量及微观结构在反应过程中的动态演化, 限制了化学−力学−渗流全耦合行为的准确表征。此外, 研究表明, 适度提高注入压力可以增加煤基质表面的活化能, 促进CO₂与CH₄的接触, 从而提高CH₄的产出效率和CO₂储存量。温度上升可以活化气体分子, 使CH₄更容易解吸, 为CO₂提供更多吸附位点^[45]。然而, 随着温度的升高, CH₄产出量与CO₂储存量的差值趋于减小^[45]。此外, 注入速率直接影响CO₂的分布与接触时间, 合理调控注入速率能够确保CO₂与煤层充分接触, 进而提升驱替效率^[46]。然而, 注入压力、温度、注入速率、含水率、渗透率等多因素间存在复杂的交互作用, 其对驱替效率的影响机制尚未完全明确, 成为提高驱替效率的技术瓶颈^[41]。同时, 增强煤层对CO₂的吸附能力也是关键问题之一, 这不仅取决于煤层本身的物理化学性质, 还与CO₂的注入状态和方式密切相关^[41]。

1.5　煤层CO₂封存的结构稳定性及其监测评估

煤层对CO₂的长期封存能力受孔隙度、含水率、pH值、矿物成分及温压环境等因素影响, 这些因素引发力学−渗流−温度−化学多场耦合作用, 进而影响储(盖)层力学性质和渗透性能, 可能会导致储层破裂、盖层破坏、井筒失效、断层滑动等地质体结构失稳, 最终形成CO₂泄漏^[47−49], 如图6所示。因此, 为确保CO₂地质封存的安全性和有效性, 必须进行长期、系统的安全监测。

地球物理监测技术是保障封存安全的重要手段, 可实时监测CO₂的运移、分布及潜在泄漏情况。常用的监测手段包括微震监测、时移地震、重力监测、电阻率层析成像和合成孔径雷达等^[22], 具体见表3。然而, 现有监测多侧重于环境层面的影响评估, 针对煤层封存CO₂后地质体结构稳定性的长期监测研究较少^{[22, 50−52]}。尽管已开发了多参数、多尺度监测体系, 但仍存在诸多问题: ① 监测时间短, 无法全面反映长期稳定性; ② 监测数据在空间和参数上覆盖有限, 部分项目仅追踪基本指标, 忽略矿物转化等关键信息; ③ 现有监测技术存在精度不足、维护成本高、数据实时性差等问题, 难以满足长期、高效、低成本、精准化的监测需求。这些问题不仅增加了监测难度和成本, 还制约了对CO₂封存状态及时、准确评估, 进而对封存安全性和环境风险的长期管理构成挑战。如何借助先进的数据分析技术, 快速、精准地从海量监测数据中筛选风险信号, 并高精度预测CO₂在复杂地质环境中的运移与泄露路径, 已成为制约CCS技术大规模应用的关键瓶颈^{[22, 53−54]}。

2　CO₂-ECBM应用层面研究进展

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CO₂-ECBM技术在国际上起步较早, 已有多个示范项目验证了其工程可行性与技术潜力, 积累了较为丰富的实践经验^[55]。美国圣胡安盆地Allison项目作为早期代表工程之一, 累计向煤层注入33.6万t CO₂, 使得煤层气产量提高约3倍, 验证了其技术可行性。该项目虽未量化CO₂封存量, 但其良好的增产效果有力证实了CO₂注入对煤层气开发的促进作用^[56]。加拿大Fenn Big Valley试验通过3个阶段的单井吞吐试验, 系统评估了CO₂-ECBM技术的增产效果: 第一阶段注入CO₂、CH₄和烟道气, 初步验证了该技术可行性; 第二阶段在Mannville组煤层中进行CO₂与烟气混合注入试验, 首次注入201 t纯CO₂后, CH₄产量提升147%, 但因渗透率大幅下降, 改用含87%CO₂的烟气进行注入以恢复渗透率; 第3阶段采用CO₂-N₂交替注入技术, 结果表明混合注入策略可有效改善煤层渗透性, 进一步提升增产效果^[57]。

波兰Silesian盆地的RECOPOL项目在试验初期以20 t/d的速率向煤层注入液态CO₂, 然而由于吸附膨胀作用, 渗透率由1.5 mD骤降至0.05 mD, 降幅高达96.7%, 注入过程受阻。经过水力压裂改造, 渗透率恢复至1.3 mD, 实现了12~15 t/d的连续注入, 累计注入760 t液态CO₂, 其中89.5%实现有效封存, 尽管CH₄采收率未达预期, 但仍有较大提升^[58]。日本Ishikari盆地试验同样表明, CO₂注入可有效提高煤层气产量, 但煤基质膨胀导致的渗透率衰减仍是制约注入能力的重要因素^[59]。

相较而言, 我国在CO₂-ECBM领域起步较晚, 但发展迅速, 试验规模和技术水平不断提升^{[55, 60]}。中联煤层气有限责任公司联合加拿大ARC公司, 在沁水盆地南部TL-003井开展了国内首个煤层CO₂微型先导性注入试验。通过间歇式注入液态CO₂共192.8 t, 该井日产气量由218~824 m³/d稳定增至1015~1231 m³/d, 试验2年后日产仍维持在1200 m³/d, 显示出良好的增产持续性。此后, 在柿庄北区块SX-001井的深部煤层试验中, CO₂注入使CH₄产量增至原产量的2.45倍, 烃类气体置换效率为14.18 cm³/g, CO₂置换总量为19.746 m³/t, 置换比为0.718, 显示出良好的CH₄采收和CO₂封存协同效益(图7)。尽管试验初期储层渗透率有所降低, 但经排采后可恢复甚至提高^{[55, 61−62]}。

中联煤层气有限责任公司还在鄂尔多斯盆地柳林区块开展了多分支水平井CO₂注入试验。结果显示, 水平井布置显著提高了CO₂注入率, 但井筒内煤粉堵塞在一定程度上限制了CH₄的置换效果^[60]。随后, 在柿庄北区块实施的深煤层井组注入现场试验进一步表明, 注入完成一年后平均日产气量较注入前提升25%, 达到500 m³/d, 验证了井组注入相较单井注入在提升煤层气产量方面的明显优势^[62−63]。在TS-634井组进行的CO₂驱煤层气现场试验中, 采用阶梯式增注与限压注入相结合的优化工艺, 在150 d内累计注入CO₂达2 001.04 t, 注入过程稳定顺利, 进一步证明注入工艺优化对提升驱替效率具有显著效果^[39]。

综上所述, CO₂-ECBM技术在煤层气增产和CO₂地质封存方面均展现出广阔的发展潜力。然而, 当前工程实践规模仍偏小, CO₂注入效率亟待进一步提升, 封存总量和CH₄增产效果尚有较大优化空间^{[55, 64]}。但相关试验积累的宝贵经验, 为技术的后续规模化推广奠定了基础。

3　CO₂-ECBM政治经济层面研究进展

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CO₂-ECBM技术的成本主要集中在 CO₂捕集、运输和注入等环节, 其中高能耗和设备投资是限制其大规模推广的核心瓶颈。运输方式在成本控制中尤为关键: 管道适合大规模、长距离项目, 但建设投入巨大; 而罐车运输灵活, 适用于中短途或分散化项目, 却不利于长期经济性。因此, 通过优化源汇匹配和运输网络设计, 可在一定程度上降低整体成本。同时, 注入井建设与长期维护也构成重要支出, 合理的注入与封存策略不仅关系到效率提升, 也影响全生命周期成本。

在收益方面, CO₂-ECBM技术兼具“资源开发”与“碳减排”双重价值: 一方面, 通过提高煤层气采收率可延长气井寿命并增加煤层气销售收益; 另一方面, 作为典型负排放路径, 其减排量可进入碳交易市场, 带来额外经济回报。随着碳市场的完善和煤层气开发潜力的释放, 该技术的商业化前景正在逐步增强。

在全球碳减排背景下, 政策推动是CO₂-ECBM技术推广的重要保障。其中, 碳交易市场机制是控制温室气体排放、促进碳封存技术应用及实现“双碳”目标的核心经济工具, 其有效运行依赖于市场主体间的合作与制度设计的科学性。近年来, 中国相继出台《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》及《碳排放权交易管理暂行条例》等政策文件, 明确了全国碳市场建设路径^[66]。自2011年设立8个省市碳排放权交易试点以来, 中国已形成“1+8+1”市场格局, 但在体系完整性、覆盖度、协同性及活跃度等方面仍有不足^[66−67]。研究表明, 及时、透明、合理的政策发布有助于稳定碳价、提升市场信心^[68]。中国正积极推进《碳捕集、利用与封存(CCUS)项目温室气体减排量化和核查技术规范》的制定。未来应通过扩大行业覆盖范围、将CCUS项目减排量纳入碳交易体系、建立统一的核算方法及优化配额分配机制^[69], 增强碳市场对CO₂封存项目的激励作用; 同时, 加强监管、防范价格投机与碳泄漏, 并推动企业参与国际碳市场交易, 以拓展收益空间。

财政税收政策同样在降低项目成本、提高经济可行性方面具有关键作用。政府可通过增值税优惠、企业所得税抵扣及差异化财政补贴等方式, 降低建设与运营成本, 尤其是在前期投资阶段缓解企业资金压力。针对高成本项目, 可利用碳配额拍卖收益实施定向补贴, 避免公共资源浪费, 并引导资金投入减排潜力高的项目。从国际经验看, 欧美国家对CCUS技术的政策支持体系较为成熟, 涵盖直接资金支持、碳减排税收抵免及碳税反向激励等多种手段。例如, 美国通过《45Q税收抵免法案》及《通胀削减法案》(Inflation Reduction Act, IRA)为碳捕集企业提供长期税收优惠; 欧盟碳排放交易体系(EU ETS)与英国设立的“CCS基础设施基金”, 共同构成了推动区域低碳转型的重要政策组合。前者通过市场机制激励减排, 并为绿色项目创造资金渠道; 后者以定向财政投入支持碳捕集与封存基础设施建设, 两者在欧盟整体碳中和目标的引领下, 有效促进了跨产业链的协同发展与技术融合。当前, 我国碳排放权交易市场仍处于建设完善期, 交易机制、价格发现功能及监管体系均有待健全。对于CO₂强化煤层气开采等地质利用与封存项目, 可在满足封存有效性核查要求的前提下给予资源税减征优惠。为防止补贴政策导致市场集中度过高, 应在补贴力度与公平竞争间保持平衡, 鼓励中小企业参与技术研发与示范应用^[70]。

此外, 在CO₂-ECBM技术领域, 知识产权保护对推动煤层气增产与碳封存协同技术发展具有关键作用。建议构建涵盖超临界CO₂注入、裂隙监测、矿化封存等核心技术的专利池, 建立行业标准许可模式。通过搭建CCUS领域知识产权交易平台, 推动压裂增渗、封存监测等关键技术的市场化应用。需在技术保护与行业共享间保持平衡, 既保障企业研发投入收益, 又促进煤层气开发区块间的技术交流。同时, 应积极参与国际碳封存技术联盟, 推动CO₂-ECBM技术标准的国际互认, 通过联合研发、技术许可等合作模式, 加速我国企业在全球碳减排技术市场的布局, 提升在深部煤层碳封存领域的国际话语权与竞争力。综上, CO₂-ECBM技术的推广需要经济可行性与政策环境的双重保障。通过优化成本结构、提升碳市场激励作用、完善财政税收支持体系及加强知识产权保护, 可有效降低投资风险、增强商业化潜力, 并为实现碳中和目标提供坚实的政治经济支撑。CO₂-ECBM政治经济层面研究进展如图8所示。

4　研究热点与未来展望

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4.1　中英文研究热点聚类分析

为系统分析近年来CO₂-ECBM领域的研究热点与发展脉络, 笔者以中国知网(CNKI)和Web of Science核心合集数据库作为数据来源, 检索2014—2024年间以“CO₂-ECBM”为检索词的中英文文献。关键词作为反映文献核心内容的重要信息, 其高频出现往往意味着研究关注的重点。利用VOSviewer软件进行关键词聚类分析, 结果显示中英文文献在研究聚焦上存在一定差异, 如图9所示。

中文文献的研究热点可归纳为八大方向: ①超临界CO₂、孔隙结构、分子模拟等组成的微观封存机理; ② CCUS技术与“双碳”背景下的工程应用; ③ CO₂与CH₄的吸附动力学与竞争吸附机制; ④ 低阶煤储层中的热−流−固多物理场耦合响应; ⑤ 煤储层内吸附−扩散−渗流过程的传输机制; ⑥ 沁水盆地注入CO₂的数值模拟及采收潜力评价; ⑦ 吸附膨胀及煤层各向异性对驱替效率的影响; ⑧ 煤基质官能团对气体吸附性能的调控作用。

英文文献则主要聚焦于四大方向: ① 聚焦于不同煤阶煤层中CO₂与CH₄的吸附特性与运移机制; ② 盆地尺度的CO₂封存与煤层气资源开发, 强调注入压力、应力、温度及水分等条件影响; ③ CO₂注入过程中的渗流、变形及多物理场耦合行为, 重视超临界CO₂特性; ④ 从宏观角度评估气体捕集与封存效果及甲烷采收率。对比可见, 中文研究更强调煤岩响应与微观力学过程的深入分析, 强调工程背景和应用导向, 而英文研究则在多场耦合模拟与储层尺度建模方面更具优势, 更注重物理机制的理论建构和数值量化表达。

4.2　中英文研究主题的时间演化特征

为揭示CO₂-ECBM领域研究内容随时间的演化趋势, 构建了关键词时间演化图谱, 如图10所示。整体来看, 中文研究呈现出持续性与多样性并进的趋势, 而英文研究则自2022年起明显集中爆发, 呈现阶段性特征。中文文献演化特征: 早期阶段(2014—2016年), 聚焦温室气体减排与煤层气资源开发, 关注焦点在采收率提升、孔隙结构等参数的影响; 中期阶段(2016—2020年), 逐步深入吸附热力学、等温吸附特征以及多物理场耦合机制等方面的探讨, 开始关注不同煤阶储层在CO₂注入过程中的响应差异; 近期阶段(2020—2024年), 研究重点转向超临界CO₂注入过程及其引起的微观结构演化、力学影响变化, 并更加关注注入过程中的热流固耦合效应及其对工程应用的影响。英文文献演化特征: 2018—2020年, 聚焦在盆地尺度的煤层气赋存特征, 如煤阶、应力条件、气体吸附等条件的影响; 2020—2022年, 研究重点开始转向注入过程模拟, 包括流动特征、渗透率变化、超临界CO₂相态变化以及竞争吸附机制等, 并且普遍采用数值模拟的分析方法; 2022—2024年, 进一步深入微观角度, 围绕扩散传输过程、官能团作用以及甲烷解吸行为等方面展开, 通过模拟手段系统探讨吸附−抽采过程中的热力学与动力学机制。

4.3　中英文关键词突现与热点演变

关键词突现分析可揭示CO₂-ECBM领域不同时期研究热点的演变规律和趋势变化, 采用CiteSpace软件对中英文文献分别进行处理和参数调整, 最终分别识别出15个和13个突出的关键词, 如图11所示。这些突现词反映了不同时间段内学术界关注的热点议题与发展动态, 其中, 淡蓝色表示突现词尚未出现, 深蓝色表示开始出现但未成为研究焦点, 红色则代表成为研究核心话题。

中文文献的分析结果显示, 关键词“水力压裂”、“采收率”为最早突现词, 反映早期研究侧重通过增透工艺增产煤层气; 而“力学性质”作为持续时间最长的突现词, 表明其在研究周期中始终占据核心地位。与此同时, 近两年突出的关键词还包括“三维重建”、“竞争吸附”、“扩散系数”以及“各向异性”, 显示当前研究已深入到微观吸附行为与煤岩响应机制的精细化探索阶段。英文文献的分析结果显示, 突现词“Coal matrix swelling (煤基质膨胀)”为持续时间最长的突现词, 表明其在CO₂驱替过程中的重要性长期受到关注。而“Simulation (模拟)”和“Porosity (孔隙度)”作为自2021年出现后持续保持高热度的突现词, 分别代表当前主流的研究手段与核心量化参数。此外, “Rank (煤阶)”和“Anthracite coal (无烟煤)”在近两年内持续出现, 凸显了不同煤阶条件下甲烷赋存与驱替行为研究的持续热度。

整体可见, 中英文文献在研究视角和方法上有所差异。中文研究更注重工程背景下的煤层响应与结构变化, 强调实际应用场景与物理响应过程的紧密联系; 而英文研究则倾向于构建理论模型与数值模拟方法的综合运用, 强调多场耦合机制的量化表达。

4.4　未来展望

近年来, 煤层CO₂封存与煤层气强化开采的研究进展迅速, 但在系统性研究方面仍存在不足, 尤其在封存场所筛选、CO₂高效注入以及长期封存安全性评价等关键环节, 亟待加强研究。未来, 需突破渗透率时变效应与长期封存安全验证等关键问题, 以推动技术的规模化应用^[5]。同时, 通过技术优化、政策支持和市场激励, 加快该技术的商业化推广。CO₂-ECBM技术的进一步发展应聚焦于以下几个方面:

(1)煤层特性与CO₂注入效果的区域适应性研究。部分CO₂-ECBM项目初期因未根据地质条件调整注入参数, 导致注入效果不理想, 而后期通过优化注入压力和速率显著提升了效果^[60]。这表明, 技术推广时需因地制宜, 结合煤层地质特征灵活制定封存方案。不同地区煤层在成分、结构、孔隙度和渗透率等方面存在显著差异, 这些差异决定了CO₂在煤层中的存储能力和运移规律, 直接影响CO₂的注入效果与甲烷置换效率。因此, 亟须开展区域适应性研究, 系统分析不同地质条件下煤层的封存潜力, 优化注入策略, 提高技术适配性。

(2)煤层压裂增透及CO₂高效注入技术。深部煤层通常具有高应力梯度、低渗透率和强压缩性, 有效应力升高会使渗透率指数衰减, 且CO₂注入会诱发基质膨胀, 限制其可注性, 这是制约CO₂-ECBM技术发展的关键因素。常规水力压裂技术因对煤层伤害大、难以形成复杂裂缝网络, 限制了煤层渗透性的有效提升, 进而影响CO₂注入量和封存效果^{[36, 71]}。相比之下, 超临界CO₂压裂凭借其强扩散性和低黏度, 可更高效地渗透至微小孔隙, 促进裂隙扩展, 减少煤层损害^[72−74]。因此, 需深入研究超临界CO₂压裂诱导复杂裂缝的起裂和扩展机制, 包括压裂裂缝与天然裂缝的交互规律、裂缝的支撑与自支撑机制, 地球化学反应与吸附作用以及热应力与相变的协同作用等^{[73, 75−76]}。在上述机理研究的基础上, 建立适应不同煤体结构及地应力场条件的压裂方案, 精确优化注入压力、注入速率和CO₂总注入量等关键操作参数^[77]; 进一步发展与优化如脉冲式注入、间歇式注入等多种注入策略, 通过动态调整注入模式, 有效提升CO₂在煤储层中的可注性及后续的煤层气采收率。

(3)多场耦合作用下CO₂多尺度运移机理。CO₂在煤层中的运移涉及纳米孔隙吸附、微裂隙渗流和宏观裂缝扩展, 受温度场、压力场、地应力场和化学场等多物理场耦合作用调控^{[42, 78]}。现有模型难以统一描述这些复杂过程, 且因简化关键耦合机制, 难以准确表征这些复杂耦合机制。尤其在深部煤层中, 超临界CO₂与煤层的相互作用复杂且尚未完全探明, 而地下岩层的地质结构、理化性质、渗透性、含水率和温度等因素进一步增加了CO₂封存和运移机制的复杂性^[79]。关于THM之间的交叉耦合作用已形成初步认识, 与化学场之间的耦合也正在积极尝试, 其中涉及到的CO₂-H₂O系统与矿物的作用机理是该耦合效应的重点。此外, 如图12所示, 为系统揭示CO₂在煤层中的跨尺度运移机制, 亟需构建分子—孔隙—裂隙—储层四级嵌套的THMC全耦合框架: 在分子尺度, 应用分子动力学与密度泛函理论量化超临界CO₂与煤大分子网络的吸附位能、扩散系数及诱导塑性变化^{[39, 80−83]}; 在孔隙尺度, 结合三维CT数字岩心与格子Boltzmann方法, 耦合动态吸附层模型计算纳米至微米级有效扩散系数; 在裂隙尺度, 运用离散裂缝网络与扩展有限元模拟天然裂缝−压裂裂缝交互及其应力−化学溶蚀耦合演化; 在储层尺度, 利用深度学习算法分析煤层气采收阶段的大规模、高维度储层现场复杂数据, 识别储层在不同注入条件下的响应规律, 建立注入参数(如压力、温度)与采收率之间的动态关联。最终通过TOUGH、COMSOL Multiphysics等软件平台实现热−流−固−化四场耦合求解, 精确刻画CO₂注入过程中煤层的变形、气体的运移和化学反应, 系统地揭示CO₂在煤层中的运移机制, 为注入参数优化与封存安全评估提供一体化理论支撑^[84]。

(4)监测预警与应急处理系统开发。深部煤层CO₂地质封存技术开发需针对煤储层低渗透性、非均质性强和裂隙复杂等特点, 突破多场耦合下的风险动态感知与响应瓶颈。科学上, 需揭示超临界CO₂与储层相互作用的失稳机制, 明确渗漏通道形成临界判据, 建立多尺度灾变演化模型, 并量化断层活化、盖层破裂与井筒腐蚀的联动效应, 构建耦合的泄漏风险预测框架^{[38, 53]}。技术上, 要发展智能化监测设备, 如无线传感网络、光纤测温测压系统等, 提升数据传输和处理能力; 加强物探新技术开发, 利用三维地震、高精度电磁法等技术查明地质结构; 结合人工智能算法建立安全评估体系^[85]。技术突破方向包括: ①智能感知系统, 研发耐高温高压的光纤阵列与联合成像探头, 实现毫米级泄漏通道识别; ②多源异构数据融合, 构建数字孪生预警平台, 实时动态评估封存状态; ③自适应应急封堵技术, 研制多参数响应材料和纳米机器人封堵剂, 形成闭环控制体系; ④风险决策智能体, 建立动态优化模型, 实现泄漏量分级管控与自愈调控。同时, 亟须攻克多相流示踪精度提升和材料界面稳定性调控等共性技术难题, 推动系统从“被动响应”向“主动防御”转变^[86]。

(5)推动CO₂煤层封存技术的商业化与规模化应用。当前我国企业在CCUS节能减排方面的经济收益尚未充分体现, 需通过多项措施提升企业参与积极性与项目经济可行性^{[50, 87]}。首先, 通过直接财政资金支持, 降低企业投资风险与运营成本, 激发企业参与CO₂-ECBM项目的积极性。其次, 完善碳交易市场机制, 确保CCUS项目减排量合理定价与有效交易, 从而为企业提供额外经济激励, 促进碳市场与CCUS项目深度融合^[88]。同时, 对从事CO₂煤层封存技术研发、应用和运营的企业, 给予税收减免或优惠政策, 减轻企业财务负担, 鼓励企业加大投入。此外, 我国尚缺乏完整的CO₂地质储存法律规范, 从项目选址到后期监测的相关规范亟待健全, 以协调各方利益和要求。未来, 推广CO₂-ECBM技术应以技术优化、政策支持和商业模式创新为核心, 加快示范工程建设, 优化成本控制策略, 建立封存监测与安全保障体系。随着碳中和目标的推进, CO₂煤层封存技术有望在全球能源结构调整和气候变化应对中发挥重要作用。

5　结　论

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系统综述了深部煤层CO₂封存与煤层气强化开采技术的研究进展与应用前景, 分析了其多种封存机制, 技术优势、成熟度及经济可行性, 并结合典型案例进行了深入探讨。主要结论如下:

(1) CO₂-ECBM技术兼具能源增产与碳减排双重效益, 应用前景广阔。其封存机制多样, 包括吸附封存、毛细封存、构造圈闭封存、溶解封存和矿化封存, 这些机制相互配合, 可确保CO₂长期稳定封存。该技术在提升资源采收率、增强封存潜力和维持地质稳定性方面优势显著, 为我国深部煤层气资源开发提供了新思路。

(2)尽管CO₂-ECBM技术已在多个国家得到初步验证, 但其在工程实践中仍面临一系列挑战。首先, CO₂捕获、运输和注入成本高, 设备投入大、能耗高是其经济可行性的关键限制因素; 碳市场机制尚不完善, 进一步影响项目收益。其次, 煤层对CO₂可注性差, CO₂注入易诱发煤基质膨胀, 导致渗透率降低, 影响注入和开采。此外, 封存安全性评估不足, 缺乏对封存场所的系统筛选和长期封存安全性的验证, 技术成熟度有待提高。

(3) CO₂-ECBM技术的发展需聚焦于以下几个方面: 开展煤层特性与CO₂注入效果的区域适应性研究, 因地制宜确定注入方案, 优化封存策略; 加强煤层压裂增透及CO₂高效注入技术研发, 提升低渗煤层的注入能力与封存效率; 构建多物理场耦合下CO₂多尺度运移机制模型, 提升封存过程预测精度; 建立智能化监测预警与应急响应体系, 增强封存过程的风险防控能力。

(4)应通过强化政策激励、加大财政支持、完善碳市场机制等措施, 推动CO₂-ECBM技术商业化落地与规模化发展, 提升企业参与意愿与经济效益, 助力CO₂煤层封存技术在全球能源结构调整和应对气候变化中发挥重要作用。

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2026年第8卷第2期

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doi: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.2025-1322

接收时间：2025-08-20
首发时间：2026-05-28
出版时间：2026-04-25

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收稿日期：2025-08-20
修回日期：2025-10-07

基金

作者信息

¹中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室, 江苏徐州　221116

²东北大学资源与土木工程学院, 辽宁沈阳　110819

³太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室, 山西太原　030024

⁴北京科技大学资源与安全工程学院, 北京　100083

⁵西安科技大学能源与矿业工程学院, 陕西西安　710054

通讯作者:

刘书源(1993—), 男, 山东济宁人, 副研究员, 博士, 主要从事ScCO₂压裂增透与封存机理研究。E-mail: shuyuanliu@mail.neu.edu.cn

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/ckyyckz/CN/10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.2025-1322

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t
准噶尔北部	5.30	张家口	0.72	依兰—伊通	0.06	昆明—开远	0.10
准噶尔东部	6.54	宣化—蔚县	0.44	蛟河—辽源	0.06	鄂中	0
准噶尔南部	3.42	大同—宁武	1.64	敦化—抚顺	0.11	川鄂湘边	0.01
三塘湖	9.91	承德	0.11	延边	0.05	桂中北	0.01
吐鲁番—哈密	21.95	北京—唐山	0.55	浑江—红阳	0.03	百色	0.05
伊犁	5.63	大城	0.25	松辽南缘	0.28	南宁	0.03
尤尔都斯	0.26	沁水	6.13	阜新—彰武	0.07	涟源—邵阳	0.04
焉耆盆地	1.19	太行山东麓	0.51	北票—建昌	0.08	郴州—资兴	0.03
塔里木北部	0.36	豫西	0.56	唐古拉	0.01	鄂赣边	0
塔里木东部	1.01	豫东	0.04	土门—巴青	0	萍乐	0.04
柴达木北部	0.301	鲁西	0.68	昌都—芒康	0.01	吉仪	0
中祁连	0.25	鲁中	0.04	广旺	0.01	粤北	0.01
北祁连	0.11	济南	0.07	雅乐	0	广州	0
靖远—景泰	0.14	鲁南	0	华蓥山—永荣	0.11	苏浙皖边	0.02
桌子山—贺兰山	0.38	徐州—淮北	0.78	川南—黔北	0.79	长江下游	0.01
鄂尔多斯	44.52	淮南	1.22	六盘水	1.07	浙赣边	0.01
青南—乌拉山	0.27	三江—穆棱河	2.37	渡口楚雄	0.02	永梅	0.02

评价区

CO₂封存量/10⁸ t

评价区

CO₂封存量/10⁸ t

评价区

CO₂封存量/10⁸ t

评价区

CO₂封存量/10⁸ t

准噶尔北部

5.30

张家口

0.72

依兰—伊通

0.06

昆明—开远

0.10

准噶尔东部

6.54

宣化—蔚县

0.44

蛟河—辽源

0.06

鄂中

准噶尔南部

3.42

大同—宁武

1.64

敦化—抚顺

0.11

川鄂湘边

0.01

三塘湖

9.91

承德

0.11

延边

0.05

桂中北

0.01

吐鲁番—哈密

21.95

北京—唐山

0.55

浑江—红阳

0.03

百色

0.05

伊犁

5.63

大城

0.25

松辽南缘

0.28

南宁

0.03

尤尔都斯

0.26

沁水

6.13

阜新—彰武

0.07

涟源—邵阳

0.04

焉耆盆地

1.19

太行山东麓

0.51

北票—建昌

0.08

郴州—资兴

0.03

塔里木北部

0.36

豫西

0.56

唐古拉

0.01

鄂赣边

塔里木东部

1.01

豫东

0.04

土门—巴青

萍乐

0.04

柴达木北部

0.301

鲁西

0.68

昌都—芒康

0.01

吉仪

中祁连

0.25

鲁中

0.04

广旺

0.01

粤北

0.01

北祁连

0.11

济南

0.07

雅乐

广州

靖远—景泰

0.14

鲁南

华蓥山—永荣

0.11

苏浙皖边

0.02

桌子山—贺兰山

0.38

徐州—淮北

0.78

川南—黔北

0.79

长江下游

0.01

鄂尔多斯

44.52

淮南

1.22

六盘水

1.07

浙赣边

0.01

青南—乌拉山

0.27

三江—穆棱河

2.37

渡口楚雄

0.02

永梅

0.02

评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t	评价区	CO₂封存量/10⁸ t
鄂尔多斯	44.5	六盘水	1.1	柴达木北部	0.30	北票	0.08
三塘湖	9.9	塔里木东部	1.0	松辽盆地南部	0.28	济南	0.07
吐鲁番—哈密盆地	22	川南—黔北	0.79	大青山—乌拉山	0.27	阜新—彰武	0.07
准噶尔东部	6.5	徐州—淮北	0.78	尤尔都斯	0.26	依兰—伊通	0.06
沁水盆地	6.1	张家口	0.72	祁连山脉中部	0.25	延边	0.05
伊犁	5.6	山东西部	0.68	大城	0.25	百色	0.05
准噶尔南部	5.3	河南西部	0.56	靖远—景泰	0.14	河南东部	0.04
准噶尔北部	3.4	北京—唐山	0.55	涟源山脉北	0.11	山东中部	0.04
三江	2.4	太行山东部	0.51	承德	0.11	涟源—邵阳	0.04
大同—宁武	1.6	宣化—蔚县	0.44	敦化—抚顺	0.11	—	—
焉耆盆地	1.2	桌子山—贺兰山	0.38	华蓥山—永荣	0.11	—	—
淮南	1.2	塔里木北部	0.36	昆明—开远	0.10	—	—

评价区

CO₂封存量/10⁸ t

评价区

CO₂封存量/10⁸ t

评价区

CO₂封存量/10⁸ t

评价区

CO₂封存量/10⁸ t

鄂尔多斯

44.5

六盘水

1.1

柴达木北部

0.30

北票

0.08

三塘湖

9.9

塔里木东部

1.0

松辽盆地南部

0.28

济南

0.07

吐鲁番—哈密盆地

川南—黔北

0.79

大青山—乌拉山

0.27

阜新—彰武

0.07

准噶尔东部

6.5

徐州—淮北

0.78

尤尔都斯

0.26

依兰—伊通

0.06

沁水盆地

6.1

张家口

0.72

祁连山脉中部

0.25

延边

0.05

伊犁

5.6

山东西部

0.68

大城

0.25

百色

0.05

准噶尔南部

5.3

河南西部

0.56

靖远—景泰

0.14

河南东部

0.04

准噶尔北部

3.4

北京—唐山

0.55

涟源山脉北

0.11

山东中部

0.04

三江

2.4

太行山东部

0.51

承德

0.11

涟源—邵阳

0.04

大同—宁武

1.6

宣化—蔚县

0.44

敦化—抚顺

0.11

—

焉耆盆地

1.2

桌子山—贺兰山

0.38

华蓥山—永荣

0.11

—

淮南

1.2

塔里木北部

0.36

昆明—开远

0.10

—

监测位置/类型	监测方法	监测内容
地表以下	压力监测	封存蓄积层压力/上层渗透层压力
电磁性能监测	地下水电导率/断层扫描
热导性能监测	水平测井温度分布
CO₂剩余饱和度	地质层CO₂剩余饱和度
声学传感器	偶极声纳成像
电动力势能监测	CO₂剩余饱和度变化引起的自电位变化
pH测量传感器	地下水pH
地表以上	生态系统/生物学监测	植被/微生物变化
地球化学效应监测	地下矿物质溶解、迁移和沉降变化
红外气体分析仪	大气CO₂浓度
长程开放路径红外探测和调制激光	给定长度路径上CO₂的累积浓度
涡量相关监测	环境CO₂通量
集聚气室检测	土壤气体中CO₂的集聚速率
激光雷达	激光探测大气, 扫描封存区域
示踪剂追踪监测	环境示踪气体泄漏
测井微震	封存地质层扫描
氧气/二氧化碳比率	封存前后大气O₂、CO₂浓度及比率
超光谱成像检测	植被种群生长健康
无线传感器监测	大气表层CO₂浓度

监测位置/类型

监测方法

监测内容

地表以下

压力监测

封存蓄积层压力/上层渗透层压力

电磁性能监测

地下水电导率/断层扫描

热导性能监测

水平测井温度分布

CO₂剩余饱和度

地质层CO₂剩余饱和度

声学传感器

偶极声纳成像

电动力势能监测

CO₂剩余饱和度变化引起的自电位变化

pH测量传感器

地下水pH

地表以上

生态系统/生物学监测

植被/微生物变化

地球化学效应监测

地下矿物质溶解、迁移和沉降变化

红外气体分析仪

大气CO₂浓度

长程开放路径红外探测和调制激光

给定长度路径上CO₂的累积浓度

涡量相关监测

环境CO₂通量

集聚气室检测

土壤气体中CO₂的集聚速率

激光雷达

激光探测大气, 扫描封存区域

示踪剂追踪监测

环境示踪气体泄漏

测井微震

封存地质层扫描

氧气/二氧化碳比率

封存前后大气O₂、CO₂浓度及比率

超光谱成像检测

植被种群生长健康

无线传感器监测

大气表层CO₂浓度

工程位置	注入时间	CO₂注入量	井口布置/监测手段	国家
柿庄南煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地	2004.4—2004.6	192.8 t/13 d	单井间歇式/水化学、气体组分	中国
柿庄北煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地	2010.4—2010.5	233.6 t/17 d	单井间歇式/压力, 气体组分
柳林煤层气区块APP-ECBM工程, 鄂尔多斯盆地东缘	2011.9—2012.2	460 t/70 d	多分支水平注入井1口, 监测井1口
柿庄北煤层气区块多组注入工程, 沁水盆地	2013—2015	4491 t/460 d	注入井3口、生产井8口/瞬变电磁, 水样
柿庄南煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地	2019—至今	未知	注入井1口、生产井8口
Allison 试验场, 圣胡安盆地	1995.4—2001.8	336000 t	注入井4口, 生产井16口, 压力监测井1口	美国
Pump峡谷, 圣胡安盆地	2007.7—2009.5	16669 t	注入井1口, 生产井3口
Tanquray 农场试验, 伊利诺伊盆地	2008夏	92.1 t	注入井1口, 监测井3口
Virginia, 阿巴拉契亚盆地中试验	2009.11—2009.2	约 900 t	注入井1口, 生产井7口
褐煤区块有效性试验, 威利斯顿盆地	2009.3	90 t/16 d	注入井1口, 监测井4口
黑武士盆地, 亚拉巴马州	2010.6—2010.8	225 t	注入井1口, 水力压裂, 监测井3口
Manshall, 阿巴拉契亚盆地北部, 西弗吉尼亚州	2009.9—2013.12	4500 t	水平注入井2口, 相邻生产井若干
Ruchanan县, 阿巴拉契亚盆地中部, 弗吉尼亚州	2015.7—2015.8	1470 t	注入井3口
FBV 4A微型先导试验工程, Fenn—Big区, 阿尔伯塔省	1998	201 t	注入井1口	加拿大
CSEMP, Alber Flats, 阿尔伯塔省	2006.6	2次注入, 注入量未知	未知
RECOPOL, Kaniow, Silesian盆地	2004.8—2005.5	692 t	注入井1口, 生产井口	波兰
Yubari, ishikari 盆地, 北海道	2004.7—2007.9	约800 t	注入井1口, 生产井口	日本

工程位置

注入时间

CO₂注入量

井口布置/监测手段

国家

柿庄南煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地

2004.4—2004.6

192.8 t/13 d

单井间歇式/水化学、气体组分

中国

柿庄北煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地

2010.4—2010.5

233.6 t/17 d

单井间歇式/压力, 气体组分

柳林煤层气区块APP-ECBM工程, 鄂尔多斯盆地东缘

2011.9—2012.2

460 t/70 d

多分支水平注入井1口, 监测井1口

柿庄北煤层气区块多组注入工程, 沁水盆地

2013—2015

4491 t/460 d

注入井3口、生产井8口/瞬变电磁, 水样

柿庄南煤层气区块ECBM工程, 沁水盆地

2019—至今

未知

注入井1口、生产井8口

Allison 试验场, 圣胡安盆地

1995.4—2001.8

336000 t

注入井4口, 生产井16口, 压力监测井1口

美国

Pump峡谷, 圣胡安盆地

2007.7—2009.5

16669 t

注入井1口, 生产井3口

Tanquray 农场试验, 伊利诺伊盆地

2008夏

92.1 t

注入井1口, 监测井3口

Virginia, 阿巴拉契亚盆地中试验

2009.11—2009.2

约 900 t

注入井1口, 生产井7口

褐煤区块有效性试验, 威利斯顿盆地

2009.3

90 t/16 d

注入井1口, 监测井4口

黑武士盆地, 亚拉巴马州

2010.6—2010.8

225 t

注入井1口, 水力压裂, 监测井3口

Manshall, 阿巴拉契亚盆地北部, 西弗吉尼亚州

2009.9—2013.12

4500 t

水平注入井2口, 相邻生产井若干

Ruchanan县, 阿巴拉契亚盆地中部, 弗吉尼亚州

2015.7—2015.8

1470 t

注入井3口

FBV 4A微型先导试验工程, Fenn—Big区, 阿尔伯塔省

1998

201 t

注入井1口

加拿大

CSEMP, Alber Flats, 阿尔伯塔省

2006.6

2次注入, 注入量未知

未知

RECOPOL, Kaniow, Silesian盆地

2004.8—2005.5

692 t

注入井1口, 生产井口

波兰

Yubari, ishikari 盆地, 北海道

2004.7—2007.9

约800 t

注入井1口, 生产井口

日本