“双碳” 目标的实现与煤层气大规模商业化开发迫切需要新技术。 在对煤层气开发与 CCUS 技术系统分析的基础上,以煤层气生物工程为依托,探讨和展望了地面煤层气开发、煤矿瓦 斯抽采以及采空区煤层气开发过程中的低负碳减排关键技术。 地面煤层气开发阶段,将煤层气开 发转化为煤系气开发、将常规水力压裂转化为大规模缝网改造是实现煤层气商业化开发的有效途 径;将液相 CO2 和微生物发酵液作为储层改造的工作液,在实现煤系三气储层一体化缝网改造的同 时又实现了微生物与 CO2 联作下的增气增压、储层改性、CO2 驱替甲烷等多重增产效应,为煤层气 增产提供了一条新途径,达到低碳减排目的;此外,通过 CO2 的生物甲烷化和同步地质封存实现了 负碳减排。 可见,对于煤层气开发而言,CO2可以促使其增产;对于CO2封存而言,煤储层是其最佳 归宿。 由此,地面煤层气开发实现了“一低两负”的碳减排。 在井下瓦斯抽采阶段,根据硬煤的造 缝增透增产、软煤的增容增透增产机制以及相关理论,提出了第 1 代水力强化技术———水力压裂和 第 2 代水力强化技术———钻冲压一体化增透增产技术、三堵两注固液两相封孔技术、老孔修复增透 和下向孔智能排水排粉气驱增产技术。 这一技术体系实现了瓦斯由“抽得出”向“抽得快、抽得省、 抽得净、抽得纯” 转变,大幅提升瓦斯抽采的质和量,获取低碳能源,达到减少甲烷排空与碳减排的 目的。 同时,研发了能够准确测定瓦斯含量的钻取一体化密闭取心装置,建立了基于低速非线性渗 流的煤层渗透性评价技术。 在采空区煤层气开发阶段,粉煤灰将成为强化煤层生物气产出、充填采 空区减沉和实现CO2矿化封存的首选材料。 在具备圈闭条件的采空区首先注入菌液、少量粉煤灰 和 CO2 实现煤和 CO2 的微生物甲烷化,以此获取低碳能源;抽采结束后进一步注入 CO2 和粉煤灰, 粉煤灰和采空区积水中的钙镁等离子与溶解的 CO2 结合生成碳酸盐对粉煤灰胶结,实现了 CO2 矿 化封存和采空区固化减沉,具有显著的低负碳减排和生态环境治理意义。 煤层气井地联合抽采全 过程低负碳减排技术体系始终立足煤层气这一低碳能源的增产和 CCUS,为我国碳中和目标的实 现提供新的发展思路。