煤层处置co2的二元气-固耦合数值模拟 - 高校地质学报 - 南京大学.pdf

2009 年 3 月，第 15 卷，第 1 期，63-68页 高 　校　地　质　学　报 March 2009，Vol. 15， No.1， p. 63-68 Geological Journal of China Universities 煤层处置CO 的二元气-固耦合数值模拟 2 1,2 1,2 3,4 3,4 冯启言 ，周 来 ，陈中伟 ，刘继山 （ 中国矿业大学 环境与测绘学院，江苏 徐州 ； 1. 221116 2. 江苏省资源环境信息工程重点实验室，江苏 徐州 221008 ； 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室（中国矿业大学），江苏 徐州 ； 3. 2211163 4. 澳大利亚 西澳大利亚大学燃料、石油与能源研究中心 珀斯 澳大利亚 6009 ） 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CH -CO 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 4 2 以及煤体变形过程。基于COMSOL Multiphysics建立了二元气固耦合的有限元数值模型，并应用数值模拟实验对二元气固耦 合进行了机理分析。模拟结果表明，CO 注入煤层后不断驱替CH ，CH 组分明显减少；气体吸附引起的煤层膨胀量可以抵 2 4 4 消部分有效应力引起的压缩变形，由于CH -CO 二元气体较单一CH 引起的煤层吸附膨胀量大，二氧化碳注入煤层后可以缓 4 2 4 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 7 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4.66×10 s时煤层渗透率发生反弹。 关键词：二氧化碳；甲烷；二元气固耦合；地质处置；数值模拟 中图分类号：P618.11；X141　　　　　　文献标识码：A　　　　　　　　文章编号 ：1006-7493 ( 2009)01-0063-06 Numerical Simulation of Coupled Binary Gas-Solid Interaction