煤层处置CO₂的二元气‐固耦合数值模拟

详细信息   

• 责任者：冯启言^c中国矿业大学(徐州)^d1964^f博士 ; 周来 ; 陈中伟 ; 刘继山
• 刊名：高校地质学报
• 出版年：2009
• 卷期：15^b1总55
• 关键词：煤层 ; 地下储存 ; 二氧化碳20^a甲烷 ; 数值模拟 ; 孔隙压力 ; 泊松比 ; 密度 ; 渗透率30^a二元气同耦合
• 页码：63～68
• 索书号：P206.6/454
• 图表：^c表1参15插图
• 分类号：1600
• 文摘期号：2009/08

摘要

利用不可开采煤层处置二氧化碳可以有效控制温室气体的排放量并可驱动和增加煤层气资源的开采量。二氧化碳注入煤层处置后引入一个复杂的CH₄‐CO₂二元气体与煤体的气固耦合问题，耦合了二元气体竞争吸附、竞争扩散，气体渗流以及煤体变形过程。基于COMSOL Multiphysics建立了二元气同耦合的有限元数值模型，并应用数值模拟实验对二元气同耦合进行了机理分析。模拟结果表明，CO₂注入煤层后不断驱替CH₄，CH₄组分明显减少；气体吸附引起的煤层膨胀量可以抵消部分有效应力引起的压缩变形，由于CH₄‐CO₂二元气体较单一CH₄引起的煤层吸附膨胀量大，二氧化碳注入煤层后可以缓解煤层的压缩变形；不同孔隙压力条件下，吸附膨胀与孔隙压力两者竞争作用引起的煤层净变形不同，而净变形也控制着煤层孔隙压力和渗流率的变化，煤层渗透整体呈现先降后升，模拟进行到4.66×10⁷ s时煤层渗透率发生反弹。