钻井式煤炭地下气化技术的发展及关键力学问题

煤炭地下气化技术是有希望解决我国能源危机的重要手段之一,是煤炭资源高效清洁利用的有效手段之一,是拓展天然气资源实现战略资源接替的有效方法之一。本文通过调研国内外煤炭地下气化技术,将煤炭地下气化技术分为两类,即钻井式技术和巷道式技术,并重点叙述了钻井式煤炭地下气化技术开发模式。钻井式煤炭地下气化技术的发展可分为4个阶段:(1)基础理论研究阶段;(2)钻孔式技术开发模式阶段;(3)不同贯通方法直井钻井开发模式阶段;(4)水平井钻井开发模式阶段。本文分别对钻孔式、直井钻井式以及水平井钻井式等3种煤炭地下气化技术开发模式的技术核心进行了论述。通过对比不同技术开发模式的使用状况,对其优劣进行了评价。在总结煤炭地下气化技术开发模式发展历程的基础上,指出了地下煤气化技术的发展趋势,对我国将要到来的煤炭地下气化商业化开发局面有积极的指导意义

Multiphase transient analysis of horizontal wells during CO2-EOR

We apply a numerical well test model that considers the transient flow in well and the complex displacement mechanisms for the multiphase transient analysis of horizontal wells during CO2-EOR. Aimed to perform a systematic and reliable analysis, we run the model on a high-resolution non-uniform grid to accurately capture the transient flow in the near wellbore region as well as the complex displacement process. In this work, we interpret the pressure response curve in two steps to find the root causes of the particular transient behaviors. First, we identify five typical flow regimes through the traditional pressure transient analysis method for horizontal wells which gives us a basic understanding of the characteristics of the pressure response curve. Second, assisted with the corresponding analysis method, we figure out the durations on the curve that correspond to different component banks. By taking the complex displacement mechanisms into consideration, we find that the component banks have a large influence on the curve and identify the root cause of each unique characteristic. Besides, we conduct a systematic sensitivity analysis with respect to multiple parameters such as miscible condition, wellbore storage coefficient, skin factor, horizontal well length, anisotropy, and amount of injected CO2. Finally, we have a better understanding of the transient pressure behavior of horizontal wells during CO2-EOR, find a way to determine the miscibility underground, and feel more confident in applying the pressure transient data for analysis and parameter estimation

页岩凝析气藏注气解除反凝析机理的数模研究

页岩凝析气藏开采过程中,生产井附近形成凝析油区会导致流体流动阻力增加,井筒携液能力降低。CO_2具有粘度较低且容易与原油发生混相的特点,在反凝析治理方面具有显著优势。但受多组分相态机理和复杂缝网影响,注CO_2过程中储层流体流动规律非常复杂,导致页岩储层注CO_2解除反凝析的机理认识不清。对此,本文以涪页10HF井为例,采用离散裂缝模型表征储层裂缝,基于全组分模型开展注CO_2数值模拟研究:建立简单的单裂缝模型,通过数值模拟方法探讨CO_2解除反凝析的机理,评价其注入效果;考虑裂缝间距、主裂缝与次生裂缝导流能力比,建立一系列缝网模型,然后通过数值模拟方法分析CO_2在储层中的流动规律和凝析油区变化规律,探讨裂缝间距和裂缝导流能力等重要裂缝特征参数对解除反凝析效果的影响。基于以上研究,本文阐明了页岩凝析气藏注气解除反凝析的机理,揭示了主要裂缝特征参数对注气效果的影响机制,为反凝析污染治理提供理论指导和借鉴

Effects of the Steam To Oxygen Ratio and the Equivalence Ratio on Underground Coal Gasification

Underground coal gasification is a complex physico chemical process. UCG thermodynamic equilibrium model was established and validated, and the effects of the steam to oxygen ratio (R H2O/O2) and the equivalence ratio (ER) on the gasification temperature and the gaseous products were investigated. At low ER (0.08 0.14), coal is incompletely gasificated when the gasification temperature is less than the corresponding peak temperature. At high ER (0.16 0.30), coal is completely gasificated. With the increase of R H2O/O2, the gasification temperature decreases monotonically and finally tends to approach 850 degrees C at R H2O/O2 = 4.5. H 2 reaches high concentration at ER = 0.18 0.24 and R H2O/O2 = 1 3, but the change of CH4 concentration is just the opposite. CO concentration is high at R H2O/O2<1.5. In order to reach high the utilization effectiveness of oxygen, R H2O/O2 has the corresponding optimum value where the utilization effectiveness of oxygen reaches peak value at ER = 0.08 0.2

煤炭地下气化关键力学问题的数值研究进展

煤炭资源的清洁高效利用已成为“双碳”背景下科学研究的重要方向和新课题.在众多相关技术中,煤炭地下气化技术近年来得到快速发展并展现出巨大潜力.然而,由于室内实验和现场试验的实施成本非常高,气化机理认识和控制运行工艺优化方面的研究均受到很大限制.近年来,运行成本低、操作简单、实施周期短的数值模拟方法成为重要的研究工具,得到越来越多的关注.由于煤炭地下气化过程极其复杂,数值模拟方法在数学建模和数值求解方面均面临巨大挑战.对此,本文开展了以下工作:对煤炭地下气化过程进行了详细分析,阐明各个运行空间的物质和关键问题,厘清煤炭地下气化的本质;归纳出流体动力学问题、热力学问题、材料应力问题以及化学反应动力学问题等4类关键力学问题;详细介绍每个关键力学问题数值研究的最新成果和发展历程;介绍煤炭地下气化数值研究的工程应用,并指出其发展趋势.本文工作对推动煤炭地下气化数值方法的发展以及指导我国煤炭地下气化先导试验设计和现场实施有积极的理论意义

煤炭地下气化腔CO_2埋存的研究进展及发展趋势

CO_2捕集与埋存(CCS)可助力碳达峰、碳中和战略目标实现,是解决温室效应的重要手段.在众多地质埋存空间中,煤炭地下气化(UCG)后的气化腔近年来成为埋存研究的热点,但与传统埋存方式相比,相关工作仍处于理论探索阶段,缺乏现场实施案例.为推动该埋存方式的发展,文章从以下3方面开展工作.(1)介绍UCG和CO_2气化腔埋存的国内外研究进展,并将后者的发展划分为概念提出阶段、潜力评价和可行性分析阶段以及机理分析阶段,目前尚处于理论探索阶段.(2)从注入性、密闭性、经济性、储容量和CO_2埋存机理等多个角度出发,通过与其他埋存方式对比,分析了气化腔埋存的特点与优势:注入性良好;密闭性与未开发煤层类似,但更为复杂;显著节约CO_2运输成本;埋存潜力巨大;埋存机理非常复杂,需要考虑气化腔形态、边壁性质以及超临界CO_2与气化腔流体间复杂相互作用对注入和长期埋存过程的影响.(3)阐明CO_2气化腔埋存所涉及的关键科学问题和工程问题,并指出未来发展趋势.在以上工作的基础上,建议国家出台相关政策鼓励和支持UCG及后续的CO_2气化腔埋存,丰富CCS体系,推动煤炭资源的清洁化和低碳化利用.</p

煤炭地下气化技术及渗流研究新进展

煤炭地下气化技术是清洁能源技术,是实现双碳优秀技术手段,是国家能源安全的重要保障。本文综述了150年以来煤炭地下气化技术的基本发展历程,给出了室内实验、矿场先导试验以及分析与数值模拟研究重要影响事件。对技术和工艺发展提出了4次浪潮式发展的层次模式,并对各个阶段进行了原因分析与探讨。笔者认为:目前国内外的煤炭地下气化技术发展处于新的创新突破阶段,主要研究热点已经有现场规模试验转向2个新的焦点,1是相似于实际煤层条件下的室内实验研究,2是考虑化学反应、热场传播、复杂流体流动以及煤岩变形及渗流场耦合等多种条件下的数值模拟研究。结合煤炭地下气化工艺技术特点,分析讨论了复杂条件下非等温多场耦合的渗流力学新特点,给出了煤炭地下气化室内渗流实验技术,得到了高温高压条件下室内煤炭地下气化的实验手段和实验结果。结合煤炭地下气化工艺技术特点,分析了目前已有数值模拟技术的适应性,提出了建立煤炭地下气化数值模拟技术新方法和新技术。综合煤炭地下气化技术特点,指出了煤炭地下气化技术及渗流研究新的发展方向和发展趋势