驅替開采
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-10
驅替開采的視頻教程
COMSOL中實現煤層瓦斯運移系列課程
本課程適應于剛入門comsol的學習者，準備在煤巖中獲得流固耦合建模技巧以及在煤體損傷變形、非達西滲流、熱流固方面繼續學習者，后續還會繼續更新相關教程，敬請期待 課程大綱： 實驗室煤粒吸附/解吸、擴散 煤層瓦斯流固/熱流固抽采(注水、注氣、注熱） 采空區瓦斯流動 鉆孔周圍損傷變化 CO2驅替甲烷開采（CO2-ECBM） 井壁周圍穩定性分析 ........
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熱流固THM耦合下注氣驅替甲烷案例分析
該課程主要講解煤層中注入二氧化碳，實現驅替甲烷，增加煤層開采率的理論。本案列為復現一區SCI論文，涉及到二氧化碳與煤層之間的競爭吸附關系，以及涉及到三場耦合，即煤層變形控制方程、溫度控制方程、滲流擴散方程。
￥499 2小時5分鐘 1352播放
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驅替開采的實例教程
本案例提出一種增強瓦斯開采的方法，即煤層注入CO2，增強甲烷開采的方法(CO2-ECBM)。在雙碳減排大背景下，煤層中注入CO2，一方面可以將其封存煤層中，減少其排放到大氣中；另一方面，利用CO2和甲烷之間的競爭吸附作用，CO2的吸附性大于甲烷的吸附性，這樣可以驅替甲烷，進而增強瓦斯開采。此方法的技術難點具有以下幾方面：一、煤層中注入CO2，涉及到雙組分，氣體運移更復雜；二、煤層的滲透率、孔隙率方程增添由CO2吸附擴散引起的變化項；三、涉及到的物理場增多，方程更復雜，數值求解中模型收斂性很難。
本文構建的物理場方程來自已公開發表的文獻，對于具體的數值求解方法，限于篇幅，會做出一部分解釋，主要從CO2-ECBM的機理角度出發。首先構建模型的物理場方程，如圖1。該物理場方程主要分為氣體擴散對流方程、溫度場方程、煤體變形控制方程，其中還有一些輔助方程，如滲透率方程、孔隙率方程等。煤體的有效應力方程考慮了基質、裂隙中的孔壓，基質變形引起的應力、煤層溫度變化引起的熱應力。同時在煤體變形控制方程中，考慮有效應力變化的煤體變形方程。煤體的對流擴散方程分為擴散項、對流項。此過程，將裂隙和基質假設為一個整體，在這個整體上獲得統一的CO2與甲烷的對流擴散方程，其中該系統的源項為0。溫度場需要考慮煤層本身的傳熱以及內部對流換熱與基質、煤體變形引起的溫度變化。將三個物理場方程耦合解算，是該數值模擬的一個難點。本案列選擇多物理場求解工具COMSOL,其在多場求解方面廣泛應用。
圖1 CO2-ECBM物理場方程
COMSOL中求解步驟主要為參數、變量設置，幾何模型設置，物理場設置，網格劃分，求解器設置，后處理。參數變量設置中，需要把CO2-ECBM耦合方程中，相關的參數、變量設置到全局參數中。同時把一些物理場方程用到的變量設置到局部變量中。
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圖 3.8輸出流體密度云圖
3 工程應用
3.1 石油工程
在石油開采過程中，注水開采是一種常見的二次采油方法，通過向油藏中注入水來驅替原油，提高原油的采收率。Level-set方法可以用于模擬注水過程中的油水兩相流動，幫助工程師更好地理解油水在油藏孔隙介質中的滲流規律，預測注水波前的推進速度和形態，以及優化注水方案，提高注水效果和原油采收率。
在二氧化碳驅油埋存方面，針對不同類型油氣藏和儲層特點，加強技術攻關，形成有效驅油技術和注氣工藝，提高油藏管理水平，防止過早氣竄，提高體積波及范圍，提高采收率，積極探索用于頁巖氣（壓裂）、煤層氣（驅替）開發提高采收率的技術。同時，加強埋存和監測技術研發，提高二氧化碳埋存效率，確保井筒安全，實現地下長期安全封存。
一是通過將二氧化碳注入地下，利用地下油層地質圈閉構造和油氣開采后圈閉構造的虧空，或與富鈣地層水反應形成碳酸鹽的沉淀，實現永久埋存，從而達到碳減排的終極目的。
我國地質利用與封存技術在近十年均有所發展，尤其是強化深部咸水開采技術已從概念階段發展到工業示范水平，但仍整體落后于世界先進水平；盡管驅替煤層氣技術略處于領先狀態，但經濟效益較好的 CO2 強化采油技術（CO2-EOR）在我國仍處于工業示范階段，相比進入商業化應用階段的國際水平差距明顯。
在 CCUS 集成優化技術方面，近十年我國取得了較大的進步。
我國地質利用與封存技術在近十年均有所發展，尤其是強化深部咸水開采技術已從概念階段發展到工業示范水平，但仍整體落后于世界先進水平；盡管驅替煤層氣技術略處于領先狀態，但經濟效益較好的 CO2 強化采油技術（CO2-EOR）在我國仍處于工業示范階段，相比進入商業化應用階段的國際水平差距明顯。
在 CCUS 集成優化技術方面，近十年我國取得了較大的進步。
目前，已形成的 CO2捕集技術覆蓋了主要的碳排放源類型，CO2利用與封存技術在工業領域的電力、化工、石油天然氣開采、氫氣制備等行業均有工程示范和實踐探索。
針對不同體積分數CO2的碳排放源類型，選擇不同的捕集技術，可形成多種 CCUS 的技術匹配模式。
雖然CO?地質利用技術也較為豐富，但僅有地浸開采礦物（以采鈾為主）技術能夠商業應用，也僅有強化石油開采（即驅油封存）技術已開展工業示范。2030年前后，隨著更多百萬噸級甚至千萬噸級驅油封存項目的建成和運營，CO?強化石油開采技術將能夠商業應用。同時，基于我國多煤的資源稟賦，目前仍在進行基礎研究的CO?驅替煤層氣技術將迅速發展，可能于2025年和2030年分別進入到中試開發和工業示范。
一是通過將二氧化碳注入地下，利用地下油層地質圈閉構造和油氣開采后圈閉構造的虧空，或與富鈣地層水反應形成碳酸鹽的沉淀，實現永久埋存，從而達到碳減排的終極目的。
雖然CO2地質利用技術也較為豐富，但僅有地浸開采礦物（以采鈾為主）技術能夠商業應用，也僅有強化石油開采（即驅油封存）技術已開展工業示范。2030年前后，隨著更多百萬噸級甚至千萬噸級驅油封存項目的建成和運營，CO2強化石油開采技術將能夠商業應用。同時，基于我國多煤的資源稟賦，目前仍在進行基礎研究的CO2驅替煤層氣技術將迅速發展，可能于2025年和2030年分別進入到中試開發和工業示范。
我國地質利用與封存技術在近十年均有所發展，尤其是強化深部咸水開采技術已從概念階段發展到工業示范水平，但仍整體落后于世界先進水平；盡管驅替煤層氣技術略處于領先狀態，但經濟效益較好的 CO2 強化采油技術（CO2-EOR）在我國仍處于工業示范階段，相比進入商業化應用階段的國際水平差距明顯。
在 CCUS 集成優化技術方面，近十年我國取得了較大的進步。
