甲烷開采
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-02-28
甲烷開采的視頻教程
COMSOL中實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯運(yùn)移系列課程
本課程適應(yīng)于剛?cè)腴Tcomsol的學(xué)習(xí)者，準(zhǔn)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(dá)西滲流、熱流固方面繼續(xù)學(xué)習(xí)者，后續(xù)還會(huì)繼續(xù)更新相關(guān)教程，敬請期待 課程大綱： 實(shí)驗(yàn)室煤粒吸附/解吸、擴(kuò)散 煤層瓦斯流固/熱流固抽采(注水、注氣、注熱） 采空區(qū)瓦斯流動(dòng) 鉆孔周圍損傷變化 CO2驅(qū)替甲烷開采（CO2-ECBM） 井壁周圍穩(wěn)定性分析 ........
￥199 4小時(shí)13分鐘 12685播放
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熱流固THM耦合下注氣驅(qū)替甲烷案例分析
該課程主要講解煤層中注入二氧化碳，實(shí)現(xiàn)驅(qū)替甲烷，增加煤層開采率的理論。本案列為復(fù)現(xiàn)一區(qū)SCI論文，涉及到二氧化碳與煤層之間的競爭吸附關(guān)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(kuò)散方程。
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甲烷開采的實(shí)例教程
本案例提出一種增強(qiáng)瓦斯開采的方法，即煤層注入CO2，增強(qiáng)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(qū)替甲烷，進(jìn)而增強(qiáng)瓦斯開采。此方法的技術(shù)難點(diǎn)具有以下幾方面：一、煤層中注入CO2，涉及到雙組分，氣體運(yùn)移更復(fù)雜；二、煤層的滲透率、孔隙率方程增添由CO2吸附擴(kuò)散引起的變化項(xiàng)；三、涉及到的物理場增多，方程更復(fù)雜，數(shù)值求解中模型收斂性很難。
本文構(gòu)建的物理場方程來自已公開發(fā)表的文獻(xiàn)，對于具體的數(shù)值求解方法，限于篇幅，會(huì)做出一部分解釋，主要從CO2-ECBM的機(jī)理角度出發(fā)。首先構(gòu)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(kuò)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(yīng)力方程考慮了基質(zhì)、裂隙中的孔壓，基質(zhì)變形引起的應(yīng)力、煤層溫度變化引起的熱應(yīng)力。同時(shí)在煤體變形控制方程中，考慮有效應(yīng)力變化的煤體變形方程。煤體的對流擴(kuò)散方程分為擴(kuò)散項(xiàng)、對流項(xiàng)。此過程，將裂隙和基質(zhì)假設(shè)為一個(gè)整體，在這個(gè)整體上獲得統(tǒng)一的CO2與甲烷的對流擴(kuò)散方程，其中該系統(tǒng)的源項(xiàng)為0。溫度場需要考慮煤層本身的傳熱以及內(nèi)部對流換熱與基質(zhì)、煤體變形引起的溫度變化。將三個(gè)物理場方程耦合解算，是該數(shù)值模擬的一個(gè)難點(diǎn)。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(yīng)用。
圖1 CO2-ECBM物理場方程
COMSOL中求解步驟主要為參數(shù)、變量設(shè)置，幾何模型設(shè)置，物理場設(shè)置，網(wǎng)格劃分，求解器設(shè)置，后處理。參數(shù)變量設(shè)置中，需要把CO2-ECBM耦合方程中，相關(guān)的參數(shù)、變量設(shè)置到全局參數(shù)中。同時(shí)把一些物理場方程用到的變量設(shè)置到局部變量中。
展開 1、共采用5個(gè)物理場：水合物分解場、甲烷氣體滲流場、水滲流場、溫度場、固體力學(xué)場；
2、使用PDE模塊進(jìn)行建模，使各個(gè)參數(shù)完全耦合起來；
3、考慮了開采前儲(chǔ)層的初始理化參數(shù)，如孔隙度phi_0、飽和度S_h0、彈性模量E_0等；
4、所有耦合方程采用文獻(xiàn)中現(xiàn)有的已證方程；
5、收斂性和魯棒性較好，方便后續(xù)建模參數(shù)修改；
6、僅作結(jié)果展示（分解時(shí)間1h），時(shí)間（0 0.001 1）；
7、友好交流共同進(jìn)步，請私信聯(lián)系我。（請注明來意）。
8、工程應(yīng)用：水合注熱-降壓法開采、永久凍土區(qū)凍融、煤層氣開采流固耦合相關(guān)。
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甲烷開采的最新內(nèi)容
這場由相場法引領(lǐng)的仿真革命，或?qū)⒅匦露x非常規(guī)油氣開采的底層邏輯——用數(shù)字孿生代替盲目試錯(cuò)，用計(jì)算預(yù)見性取代經(jīng)驗(yàn)不確定性。而我們，正站在這場技術(shù)范式轉(zhuǎn)移的臨界點(diǎn)上。
大氣中的氣體包括多種成分，其中包括甲烷（CH4）。甲烷是一種無色、無臭的天然氣體，由碳和氫元素組成。它是地球上最簡單的烷烴，也是溫室氣體之一。自工業(yè)化時(shí)代以來，人類活動(dòng)，尤其是化石燃料的開采、生產(chǎn)和使用，以及農(nóng)業(yè)和廢棄物管理等活動(dòng)，導(dǎo)致了大量甲烷的釋放。甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）都是溫室氣體，它們對地球的溫室效應(yīng)有不同的貢獻(xiàn)。
4.燃料電池儲(chǔ)能
燃料電池是一種將氫氣或甲烷等氣體轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，可以將光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存在燃料電池中，待需要用電時(shí)，再將電池中的電能釋放出來。燃料電池的使用壽命長，能量密度高，電能轉(zhuǎn)換高。
光伏發(fā)電有助于減少對化石燃料的依賴?；剂鲜遣豢稍偕Y源，其開采和使用過程中會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和破壞。
采用CMFD方法，可預(yù)測水合物生成條件、計(jì)算水合物生成和聚集的位置、分析對油氣開采設(shè)備和產(chǎn)量的影響。
天然氣也是一種能源，它與原油大多是伴生的，開采方式也基本相同，只是在最后的收集和加工上有所不同。相對于原油的冶煉加工過程，天然氣要簡單的多。天然氣開采后，罐裝后可以直接使用，原油則還要經(jīng)過提純。除去原油可以作為原材料加工橡膠等工業(yè)材料以外，就燃燒能源而言，天然氣可以等同于原油.
與石油共生的天然氣常稱為油田伴生氣。
一是通過將二氧化碳注入地下，利用地下油層地質(zhì)圈閉構(gòu)造和油氣開采后圈閉構(gòu)造的虧空，或與富鈣地層水反應(yīng)形成碳酸鹽的沉淀，實(shí)現(xiàn)永久埋存，從而達(dá)到碳減排的終極目的。
例如，將二氧化碳與氫氣結(jié)合生成甲烷。碳封存：二氧化碳被注入到地下儲(chǔ)層中，以實(shí)現(xiàn)長期封存。
CCUS產(chǎn)業(yè)鏈在全球范圍內(nèi)得到了廣泛關(guān)注和發(fā)展。一些國家和地區(qū)已經(jīng)建立大量的CCUS基礎(chǔ)設(shè)施和示范性項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)規(guī)模性地減少二氧化碳排放。盡管CCUS技術(shù)還面臨一些挑戰(zhàn)，例如成本和環(huán)境影響等問題，但它被視為減少溫室氣體排放并實(shí)現(xiàn)氣候變化目標(biāo)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
目前較成熟的CO2工業(yè)利用方式包括合成尿素、碳酸鹽、聚碳酸酯、水楊酸及其衍生物、醇、食品加工和制冷行業(yè)等，其中重整甲烷制備合成氣、加氫制甲醇等燃料合成技術(shù)已開始進(jìn)行商業(yè)化推廣，如德國尼德豪森的 Power-to-DME 全鏈 CCU 項(xiàng)目。同時(shí)，發(fā)展固碳農(nóng)業(yè)、微藻生物等生物固碳利用技術(shù)，如以代謝工程和合成生物學(xué)為特征的新型 CO2生物利用技術(shù)、油田微生物 CO2的原位轉(zhuǎn)化技術(shù)等。
一是通過將二氧化碳注入地下，利用地下油層地質(zhì)圈閉構(gòu)造和油氣開采后圈閉構(gòu)造的虧空，或與富鈣地層水反應(yīng)形成碳酸鹽的沉淀，實(shí)現(xiàn)永久埋存，從而達(dá)到碳減排的終極目的。
CO2的封存方式主要包括地質(zhì)封存和海洋封存．地質(zhì)封存是自然界模擬化石燃料的一種封存機(jī)制，地層中CO2的儲(chǔ)存可通過管道或交通運(yùn)輸至封存位置，如廢棄油田、不可開采煤層
