综述：煤层CO2封存与强化煤层气回收监测技术：现场应用综述

（编辑推荐）本综述系统评述了全球18个CO2-ECBM（强化煤层气回收）项目的监测技术应用，揭示了中国创新的"空-天-地-井"（space-air-ground-well）遥感系统在CO2运移高分辨率监测中的突破性进展，为碳捕集封存（CCS）与能源安全协同发展提供关键技术支撑。

　　

煤层CO₂封存与强化煤层气回收（CO₂-ECBM）技术通过CO₂与CH₄的竞争吸附机制（吸附比达2:1以上），在实现温室气体减排的同时提升能源产出。这项技术的关键在于精确监测CO₂在地下煤层的动态行为，确保封存安全性和CH₄增产效果。

全球18个重要项目的监测技术演进

从1995年北美Allison Unit项目的基础参数监测，到2020年中国沁水盆地项目构建的"空-天-地-井"三维联合监测系统，监测技术经历了三个发展阶段：

1. 常规监测组（6个项目）
   聚焦注入参数（压力、温度、速率）和产出气组分分析，辅以水化学检测。如加拿大Fenn Big Valley项目仅采用井下压力计和气体色谱分析，虽成本低廉但难以捕捉微泄漏事件。

2. 技术增强组（11个项目）
   引入4D地震成像和地表形变监测等先进手段。美国Pump Canyon项目通过倾斜仪阵列与InSAR技术，发现CO₂注入引起0.55 MPa的储层压力波动，但未检测到地表位移。中国鄂尔多斯盆地项目采用U型井采样系统，证实CO₂在监测井25米处形成浓度梯度前沿。

3. 系统集成组（1个项目）
   中国沁水盆地2020年项目开创性地将卫星遥感、无人机热成像、微震层析成像和光纤传感技术整合，实现CO₂羽流迁移路径的三维可视化。数据显示注入CO₂沿TS-634→TS06-1D裂隙网络定向运移，运移速率达80-120米/年。

关键监测技术比较分析

大气监测技术中，差分吸收激光雷达（DIAL）可实现ppm级CO₂浓度检测，但仅3个项目部署；近地表监测方面，土壤CO₂通量测量（LI-COR系统）在Russell County项目中发现背景值波动达200-500 g/m²/d，需结合δ¹³C同位素分析区分人为泄漏。

最具突破性的是中国研发的分布式光纤测温系统（DTS），在沁水盆地项目中实现0.01°C温度分辨率的实时监测，成功捕捉到CO₂相变吸热（24.40→24.30°C）和吸附放热（回升至24.40°C）的微观过程。

技术挑战与未来方向

当前监测体系仍面临三大挑战：
1）深部裂隙网络成像分辨率不足，微震监测在>500米深度时定位误差达±15米；
2）长期预测模型精度待提升，美国San Juan盆地数据显示实际CO₂突破时间较模拟结果延迟60-90天；
3）多源数据融合算法尚不成熟，中国"空-天-地-井"系统产生的TB级数据需结合机器学习优化处理流程。

未来应重点发展人工智能驱动的自适应监测网络，将InSAR形变数据、微震事件与井下压力波动进行多参数关联分析，建立CO₂-ECBM项目的数字孪生系统。同时需制定针对煤层特性的技术规范，特别是对低渗透性煤储层（渗透率<1 mD）的监测方案优化。