CO2 泡沫压裂液改性无烟煤孔隙结构演化：温度与压力协同作用对煤层气增产的机制研究

针对煤层气（CBM）开采中低渗透率煤层的技术难题，研究人员通过高温高压反应器模拟CO2 泡沫压裂液在不同温压条件（30–60℃, 3–6 MPa）下对无烟煤孔隙结构的改性作用。研究发现，低温高压可显著增大平均孔径、有效孔隙度和渗透率，促进黏土矿物溶解及裂缝网络形成，为深层高温煤层CO2 泡沫压裂工程应用提供理论支撑。

　　

煤层气（CBM）作为一种清洁能源，其高效开采对能源结构调整和温室气体减排具有重要意义。然而，煤层天然的低渗透率特性导致开采困难，传统水力压裂技术存在耗水量大、易引发黏土膨胀等问题。CO₂
泡沫压裂技术因其节水、高效的特点成为研究热点，但深层煤层高温高压环境下CO₂
泡沫对煤孔隙结构的改性机制尚不明确。针对这一空白，中国矿业大学的研究团队通过系统实验揭示了温度与压力对无烟煤孔隙演化的协同作用规律，相关成果发表于《Fuel》。

关键技术方法
研究采用自主设计的高温高压反应器模拟储层条件（30–60℃, 3–6 MPa），对内蒙古乌兰哈达煤矿无烟煤进行15小时CO₂
泡沫处理。通过低温氮吸附（LT-N₂
A）分析孔径分布，低场核磁共振（LF-NMR）测定孔隙度和渗透率，环境扫描电镜（ESEM）观察表面形貌，X射线衍射（XRD）表征矿物组成变化。

研究结果

LT-N₂
吸附/脱附等温线
改性煤的吸附曲线均呈Ⅱ型无滞后环，表明CO₂
泡沫促使中孔向大孔转化。高压（6 MPa）下BJH平均孔径较对照组增大12.3%，BET比表面积降低19.8%，证实孔隙连通性提升。

改性煤矿物组分变化
XRD显示，CO₂
泡沫中碳酸与十二烷基硫酸钠协同溶解黏土矿物（如高岭石减少37.5%），ESEM观察到孤立孔转变为贯通裂缝，形成甲烷高效运移通道。

结论与意义
研究表明：1）低温高压条件下CO₂
泡沫通过矿物溶解和基质膨胀双重作用优化孔隙结构，游离流体比例提升14.2%；2）压后提高关井压力可进一步促进CBM解吸。该研究为深层煤层CO₂
泡沫压裂参数优化提供了理论依据，推动CBM增产技术向低碳化方向发展。作者Yangfeng Zheng等强调，未来需结合现场试验验证实验室结论的工程适用性。