哈萨克斯坦卡拉干达盆地深部煤层CO2封存与煤层气强化开采潜力研究：以石炭系D6煤层为例

针对哈萨克斯坦高碳排放与能源转型需求，研究人员通过元素分析、Rock-Eval热解、有机岩石学及高低压吸附实验，揭示了D6煤层CO2-ECBM（增强型煤层气开采）与地质封存潜力，估算其CO2总封存容量达3.6亿吨，可满足该国14年碳排放封存需求，为碳中和目标提供关键技术路径。

　　

在全球能源转型与碳中和背景下，煤炭资源丰富的哈萨克斯坦面临严峻的碳排放挑战。作为全球第八大煤炭生产国，该国2023年CO₂排放量达2.55亿吨，其中78%来自固定源化石燃料燃烧。尽管设定了2060年碳中和目标，但完全淘汰煤炭使用将导致能源缺口。这一矛盾促使科学家探索创新解决方案——将CO₂封存（CCS）与煤层气（CBM）开采相结合的增强型技术（CO₂-ECBM）。卡拉干达盆地作为中亚重要产煤区，其石炭系煤层富含甲烷（最高36 m³/t），但传统开采效率仅20-60%，且存在瓦斯爆炸风险。这项发表于《Journal of CO₂ Utilization》的研究，首次系统评估了该盆地D6煤层的双重潜力。

研究团队采用多尺度技术组合：通过元素分析和Rock-Eval热解测定煤样有机质含量与成熟度；有机岩石学分析镜质体反射率（%Rr）判定煤阶；低（N₂/CO₂）高压（CO₂/CH₄）吸附实验量化储气能力；结合密度测量计算孔隙度。样本取自列宁矿750米深D6煤层，覆盖上下分层共17个点位。

4.1 煤质特征

镜质体反射率1.22%Rr证实为中挥发分烟煤，TOC含量56.5-86.6 wt%。低硫（0.28-0.59 wt%）与灰分（4.4-33 wt%）特征表明形成于淡水低位沼泽，上部层段惰质体增加反映气候变干。

4.3 吸附特性

低压N₂吸附显示介-大孔主导结构（BET比表面积1.33-7.55 m²/g），CO₂吸附量随TOC升高而增加，但与灰分成反比。高压实验揭示CO₂对CH₄的吸附选择性达2.05倍，超临界状态下（>7.38 MPa）出现不可逆滞回现象，归因于化学吸附与基质膨胀。

4.6 封存潜力

基于修正的交换比（3.07）和孔隙体积数据，计算D6煤层初始煤层气储量90亿m³，可采量3.6亿m³。考虑吸附（15.24 m³/t）与游离态存储，总CO₂封存容量达3.6亿吨，相当于哈萨克斯坦当前14年排放量。

这项研究创新性地揭示了CO₂在煤层的多重固定机制：低压下功能基团增强物理吸附，高压下化学键合实现永久封存。相较于枯竭油气藏1.2亿吨的封存潜力，深部煤层展现出显著优势。研究为工业排放源附近的"源-汇匹配"提供了新思路，其方法论亦可推广至全球类似盆地。未来需结合储层模拟验证实际可采性，但已为煤炭产区低碳转型提供了关键技术选项。