低煤阶煤层蕴含丰富的天然气资源，开采潜力巨大。煤层气即煤基甲烷，是在煤化过程中热降解产生的高热值、清洁非常规天然气。为了“双碳”目标的实现，作为最低碳环保化石能源的天然气被寄予厚望，在能源绿色转型中承担重任。

　　继美国粉河盆地低煤阶煤层气成功商业开发后，美国落基山地区绿河、加拿大阿尔伯塔、澳大利亚苏拉特等盆地低煤阶煤层气勘探开发也相继获得成功，形成了较成熟勘探开发模式。经评估，中国低煤阶煤层气可采资源占总可采资源量的39.6%，开发主要集中在阜新和准噶尔盆地，其他巨量低煤阶(褐煤、长焰煤)煤层气资源并没有得到高效开采。2018年国外低煤阶煤层气产量已经占总产量的80%[6];而2021年，中国煤层气产量104.7×108 m³ ，其中低煤阶煤层气产量占比仅为1.8%。

　　造成这种现象的原因主要是中国多数低煤阶含煤盆地经历了较为复杂的构造演化，最终导致中国低煤阶煤层具有埋藏深度大(一般大于500 m)、煤层气吸附饱和度偏低(介于40%~80%)、渗透率偏低等特点，如二连盆地低煤阶煤层气试井渗透率范围为0.01~1 mD，而国外，如粉河盆地等低煤阶煤层气储层渗透率范围达30~550 mD，这些特点最终演变成严重制约中国煤层气产业发展的因素。

　　重庆大学资源与安全学院梁运培教授团队针对我国低阶煤资源丰富与煤层中赋存巨量天然气的地质背景，结合低阶煤化学性质特点，提出了基于原位氧化改性的深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想，并设计了两种技术模式。研究提出，深部低阶煤原位氧化改性作用下高值化学品与天然气共采处于探索阶段，仍面临诸多挑战。表现在：

　　① 氧化剂在该技术实施中起到决定性的作用，因此氧化剂需要经过预实验等方法进行筛选。煤氧化的各阶段的界限并不是绝对的，需要优化氧化解聚条件才能保证羧基化学品的收率，若氧化剂或氧化条件选用不当，易造成煤的过度氧化，最终生成CO2等气体，降低煤的利用价值。

　　② 在最大程度减小煤氧化过程中碳损失率的基础上，还要保证煤层气的运移，要确保氧化解聚后煤层形成残留骨架，以避免氧化溶蚀过后地面塌陷，因此，原位条件下要对不同埋深、温度及压力下的氧化剂效率进行精确的条件优化和控制，这要求反应精准控制的工程工艺技术。

　　③ 煤作为多孔结构，对于气体、有机物及金属均具有较强的吸附性能，在原位氧化改性之后，残留煤基质对有机产物的吸附量对高值化学品产率的影响是面临的挑战之一。

　　④ 煤层为由顶底板及煤层组成的“顶-煤-底”组合结构，在水力压裂过程中容易出现顶底板破裂，氧化性压裂液在煤层中作用范围尚不明确，难免出现氧化性压裂液及解聚产物泄露污染地下水的问题，因此，对低阶煤原位氧化解聚作用下煤层气与高值化学品共采技术的选址及作用范围的预测是十分必要的。

　　⑤解聚产物需要进一步分离才能得到高值化学品，目前常用的方法有直接离心、溶剂萃取、柱色谱分离等，存在程序复杂、耗时长的问题，在经济合理的进行分离并定性定量的分析产物方面仍存在巨大挑战。

来源：《深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想》