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基于多物理场耦合求解的煤层CO2-ECBM数值模拟研究

刘世奇, 方辉煌, 桑树勋, 吴建光, 张守仁, 张兵

刘世奇, 方辉煌, 桑树勋, 吴建光, 张守仁, 张兵. 基于多物理场耦合求解的煤层CO2-ECBM数值模拟研究[J]. 煤炭科学技术, 2019, (9).
引用本文: 刘世奇, 方辉煌, 桑树勋, 吴建光, 张守仁, 张兵. 基于多物理场耦合求解的煤层CO2-ECBM数值模拟研究[J]. 煤炭科学技术, 2019, (9).
LIU Shiqi, FANG Huihuang, SANG Shuxun, WU Jianguang, ZHANG Shouren, ZHANG Bing. Numerical simulation study on coal seam CO2-ECBM based onmulti-physics fields coupling solution[J]. COAL SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2019, (9).
Citation: LIU Shiqi, FANG Huihuang, SANG Shuxun, WU Jianguang, ZHANG Shouren, ZHANG Bing. Numerical simulation study on coal seam CO2-ECBM based onmulti-physics fields coupling solution[J]. COAL SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2019, (9).

基于多物理场耦合求解的煤层CO2-ECBM数值模拟研究

Numerical simulation study on coal seam CO2-ECBM based onmulti-physics fields coupling solution

  • 摘要: 数值模拟技术是在煤层中注入CO2提高煤层CH4采收率(CO2-ECBM)工程方案优化设计与增产效果评价的有效方法。考虑温度效应和有效应力影响下的CO2与CH4竞争吸附、扩散与渗流作用,以及煤层孔隙度与渗透率的动态演化特征,建立了CO2注入煤储层结构演化-流体运移-储存能力THM(thermo-hydro-mechanical)全耦合数学模型,并采用有限元法进行多物理场全耦合求解。通过对沁水盆地3号煤层典型五井式CO2-ECBM开发井网开展模拟,探讨了不同注入压力条件下CO2注入与CH4产出特征。模拟结果显示,数学模型具有较高的准确性,证实了CO2-ECBM过程中煤层渗透率总体呈降低趋势,注入井附近渗透率主要受CH4与CO2竞争吸附的影响;注CO2对提高CH4累计产出量具有积极作用,增大注气压力可提高CO2注入及CH4产出的效率。
    Abstract: The numerical simulation technology is an effective method for optimizing the design and increasing production efficiency of improving CH4 recovery by injecting CO2 into coal seam (CO2-ECBM) engineering scheme. The paper considered the competitive adsorption, diffusion and seepage effects of CO2 and CH4 under the influence of temperature effect and effective stress, as well as the dynamic evolution characteristics of coal seam porosity and permeability. It then established the fully coupled mathematical model THM (thermo-hydro-mechanical), which described the evolution of CO2 injection coal reservoir structure-fluid migration-storage capacity and used the finite element method to solve the multi-physics full coupling problem. Then, the CO2 injection and CH4 output characteristics under different CO2 injection pressures were discussed by simulating a typical five-well pattern in No.3 coal seam in Qinshui basin. The simulation results showed that the mathematical model had a high accuracy. The simulation results confirmed that the permeability of coal seam showed a decreasing trend in the CO2-ECBM process, and the permeability near the injection well was mainly affected by the competitive adsorption of CH4 and CO2 injection. The injection of CO2 had a positive effect on improving the cumulative production of CH4, and increasing gas injection pressure can improve the efficiency of CO2 injection and CH4 output.
  •   CO2-ECBM数值模拟开发井网示意

      PW1井和PW2井生产历史拟合结果

      不同注气压力条件下煤层CO2摩尔浓度分布云图

      不同注气压力条件下煤层CH4摩尔浓度分布云图

      不同注气压力条件下煤层压力分布云图

      不同注气压力条件下煤层渗透率与初始渗透率比值分布云图

      不同注气压力条件下CH4产出速率与累计产出量

      不同注气压力条件下CO2注入速率与累计注入量

  • 期刊类型引用(11)

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  • 网络出版日期:  2023-04-02
  • 发布日期:  2019-09-24

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