近日，中国煤炭地质总局勘查研究总院地质封存低碳技术团队的创新成果—矿井水与二氧化碳协同地质封存的作用机理、技术体系及工程路径(Scientific Mechanisms, Technical System, and Engineering Path-ways of Synergistic Geological Sequestration of Mine Water and Carbon Dioxide)在GeoStorage《地质储存》(英文刊)在线发表。欢迎下载、阅读、转发和引用！

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引用格式：Jiang Z, Du S, Ren SY, et al. 2026. Scientific Mechanisms, Technical System,and Engineering Pathways of Synergistic Geological Sequestration of Mine Waterand Carbon Dioxide.GeoStorage, 2(3),230-247. doi: 10.46690/gs.2026.03.03.

一、研究背景

在全球气候变化与能源低碳转型的大背景下，碳捕集与封存（CCS）是实现CO2大规模减排的关键技术，但传统地质封存面临成本高、矿化效率低及长期安全管控难等瓶颈。同时，我国西部煤炭基地产生的大量高矿化度矿井水，传统处置方式能耗高、占地大、成本高昂。针对上述双重难题，本文提出矿井水—CO2协同地质封存技术（Mine Water-CO2 Synergistic Sequestration），将高矿化度矿井水由待处置废弃物转化为促进CO2溶解运移与矿物固化的功能性反应介质，依托深部砂岩储层实现矿井水安全处置与CO2长期封存的协同增效。该技术的规模化落地，核心难点在于多相流体混溶、多场耦合水岩反应、封存安全评价与实时调控等关键科学问题。本文围绕“协同封存”这一主线，系统梳理了工艺路径、配套装备材料、安全监测方法及当前技术挑战，并对后续研究方向作出展望。

二、核心内容

（1）MW-CSS全过程关键技术体系

     围绕MW-CSS规模化应用，需要突破流体制备、地下反应、装备保障、评价监测等多个技术环节，形成完整技术链。

      1）矿井水-CO₂高效低耗强化混合技术：重点突破高盐环境下CO₂溶解效率低的问题，建立温度-压力-盐度-溶解度关系模型，发展微纳米气泡、涡流强化、化学促进剂等传质增强技术，实现稳定、高效、低能耗混合流体制备。

      2）混合流体-地层多场耦合反应与增效注入技术：针对低渗非均质砂岩储层，研究热-流-力-化（THMC）耦合作用下流体运移、矿物反应和孔隙结构演化规律。建立多尺度储层表征方法和THMC数值模拟平台，优化水气交替、脉冲注入等低损伤增效工艺。

      3）耐多相流腐蚀材料与智能注入装备技术：针对矿井水-CO₂酸性、多盐、多相腐蚀环境，研发耐腐蚀材料、韧性井筒结构及智能注入装备，实现注入过程压力、流量和流体性质实时调控。

      4）MW-CSS潜力评价与智能决策技术：建立涵盖封存容量、经济效益和环境风险的综合评价体系，量化CO₂溶解封存、矿化固定能力以及矿井水处置收益，形成智能选址和方案优化方法。

      5）物化信号响应与全过程监测技术：利用矿井水高电导特性，发展电磁、微震、光纤和地球化学联合监测技术，实现地下流体运移、储层变化及井筒完整性的动态识别与风险预警。

图1 气水高效混合关键技术

图2 多场耦合反应与增效注入关键技术

图3 MW-CSS监测关键技术

（2）矿井水-CO2协同封存核心工艺

基于混合发生的位置与相态控制逻辑，本研究提出并剖析以下三种具有明确创新导向的技术路径。

      1）地面预溶解注入模式：该模式通过地面高压混合设备，使CO₂充分溶解于矿井水中，形成富CO₂水溶液后注入地下。由于CO₂主要以溶解态存在，可有效降低游离气羽状体形成风险，减少浮力驱动和气窜问题，提高储层安全性。但其受限于CO₂溶解极限，需要发展微纳米气泡、超剪切混合及化学强化技术提升溶解效率。

      2）水气交替注入模式：该模式借鉴油气田提高采收率技术，通过矿井水和CO₂交替注入，使二者在储层内部充分接触并发生溶解和矿化反应。其优势在于设备要求低、适应性强，但需要优化段塞尺寸、注入周期和压力制度，避免气体指进和局部富集。

      3）井筒内协同注入模式：该模式利用井筒内温压变化和流动扰动促进CO₂与矿井水混合，在进入储层前形成稳定混合体系。相比地面预混方式，其降低了地面设备投资，但对井筒流动控制、传质效率和腐蚀防护提出更高要求。

 图4 MW-CSS的三种工艺路线

（3）MW-CSS工程化推广模式

  1）全链条技术方案集成与标准化模块构建：集成流体处理、混合注入、监测预警和综合评价等关键技术，构建标准化、模块化、可推广的MW-CSS全链条技术体系。

  2）示范工程验证与迭代优化路径：依托典型矿区开展全流程示范，通过工程数据反馈优化机理模型、评价体系和调控方案，形成“示范验证—模型迭代—技术升级”的闭环发展模式。

  3）推广应用模式与产业生态构建：构建集技术服务、智能决策、碳水价值转化和政策支持于一体的推广模式，推动MW-CSS实现规模化应用与产业化发展。

未来展望：

面向“双碳”战略目标，MW-CSS通过融合矿井水治理与CO₂地质封存两类技术优势，有望形成“以废治废、减污降碳”的新型碳封存模式。未来需进一步突破关键技术，实现从实验研究、示范工程到规模化应用的跨越，为我国西部能源基地绿色低碳转型提供新的技术路径。

三、作者简介

第一作者：蒋喆，中国煤炭地质总局勘查研究总院地质封存低碳技术团队副总监，高级工程师，主要从事碳中和地质保障、流体深部地质封存、矿产地质勘查等方面的研究。主持国家重点研发计划课题、国家地质调查子项目、国家发改委政策研究课题，参与深地国家重大专项及各级地质勘查及科研项目20余项。项目提交大型-特大型铀矿产地1处、大型铀矿产地1处，参与制定了国家发展改革委等部门《关于加强煤炭清洁高效利用的意见》。获得省部级奖励7项，在国内外权威期刊发表论文20余篇，授权专利10余项。

通讯作者：杜松，中国煤炭地质总局勘查研究总院地质封存低碳技术团队总监，中国青年科协会员及能源环境专委会委员，中国科协青年托举人才，中国煤炭地质总局“领军”级科技人才，煤炭青年科技奖获得者，绿色矿山青年科技奖获得者；长期从事煤矿矿井水处理及地质封存技术研究，国内首次提出采用深部地质封存技术处置煤矿高盐水的研究思路并建成了首例科研示范项目；国家重点研发计划“煤矿突水体安全深贮关键技术研发与应用示范”课题负责人；申请专利70余项，发表学术论文30余篇，出版专著3部，获得各级科技奖10余项。

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