废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法技术

本发明专利技术公开一种废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法，涉及废弃矿井资源开发利用和环境保护技术领域，研究方法包括：基于待测废弃煤矿的煤层地质结构与采矿条件建立二氧化碳地质封存的矿井地质结构几何模型；根据所述矿井地质结构几何模型，构建仿真实验模型；根据二氧化碳煤体变形控制方程、二氧化碳运移方程与煤矿参数以及二氧化碳封存目标，基于仿真实验模型得到二氧化碳储量和二氧化碳流动分布情况；根据二氧化碳储量和二氧化碳流动分布情况得到二氧化碳地质封存效率与二氧化碳地质封存影响因素，本发明专利技术实现了地质封存效率的测试，及检测地质封存产生的影响。响。响。

【技术实现步骤摘要】
废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法


[0001]本专利技术涉及废弃矿井资源开发利用和环境保护
，特别是涉及一种废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法。

技术介绍

[0002]我国目前90％以上的煤矿采用井工开采，不可采井工煤矿和井工开采留下的废弃矿井为CO2地质封存提供了良好的先天条件。随着我国去产能以及能源供给侧结构性改革的深化，利用不开采煤层和废弃矿井进行CO2地质封存不仅能够减轻温室效应，同时能对矿井瓦斯或空间资源进行二次开发，最大限度地避免资源浪费，促进可持续发展，效果将十分可观。
[0003]目前，已有相关学者研发了利用不开采煤层或废弃矿井进行CO2封存的方法，如一种基于废弃矿井采空区的CO2区块化封存方法(CN115306479A)、一种利用煤矿废弃矿井采空区封存CO2的方法(CN109812293A)，上述方法将废弃矿井采空区作为CO2封存场所，具有环境适应性强，无需人员下井对废弃矿井的采空区进行改造，降低了施工流程及成本等优点；又如基于厚松散层深部采空区空间的二氧化碳储存方法(CN115199331A)，具有降低废弃矿井密封难度，提升废弃矿井封存二氧化碳的效果等优点。然而上述专利主要研究CO2在废弃矿井或不开采煤层内的封存方法，难以评价废弃矿井对二氧化碳地质封存效率，更无法确认二氧化碳地质封存影响因素。
[0004]近年来，相关学者采用数值模拟、物理实验、现场应用等方法对煤与二氧化碳耦合力学性质、二氧化碳的渗流性质和废弃煤矿二氧化碳地质封存可行性等进行了基础性研究，并取得了一定的进展。但是如何将实验室获得和总结的大量实验规律进行综合考虑，建立废弃煤矿二氧化碳地质封存多场耦合模型并深入分析二氧化碳注入后煤层变化、气体流动规律、封存效率和封存能力等是未知的，二氧化碳封存效率的影响因素也是未知的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法，可实现地质封存效率的测试，及检测封存效率的影响因素。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法，所述研究方法包括：
[0008]基于待测废弃煤矿的煤层地质结构与采矿条件建立二氧化碳地质封存的矿井地质结构几何模型；
[0009]根据所述矿井地质结构几何模型，构建仿真实验模型；
[0010]根据二氧化碳煤体变形控制方程、二氧化碳运移方程与煤矿参数以及二氧化碳封存目标，基于仿真实验模型得到二氧化碳储量和二氧化碳流动分布情况；
[0011]根据二氧化碳储量和二氧化碳流动分布情况得到二氧化碳地质封存效率与二氧
化碳地质封存影响因素。
[0012]可选地，所述二氧化碳煤体变形控制方程为：
[0013][0014]式中，K为体积模量，F
i
为体载荷，G为剪切模量，α为biot系数，p'为二氧化碳压力，p
,i
为二氧化碳压力在i方向的偏导数，ε
s,i
为吸附变形程度ε
s
在i方向的偏导数，α
T
为煤岩体的热膨胀系数，T
,i
为温度在i方向的偏导数，u
i,kk
为位移的i方向分量在k方向的二次偏导，v为泊松比，u
k,ki
为位移的k方向分量在k方向的偏导、再在i方向求偏导，F
i
为体载荷；
[0015]其中，泊松比的计算公式为：
[0016]ν(p)＝0.272+0.326p
‑
0.006p2；
[0017]式中，p为二氧化碳压力；
[0018]所述体积模量的计算公式为：
[0019]K＝E/1
‑
2v；
[0020]式中，E为强度；
[0021]所述强度的计算公式为：
[0022]E(p)＝1.89+3.69e
‑
0.64p
；
[0023]式中，p为二氧化碳压力。
[0024]可选地，所述煤矿参数包括：弹模、强度、泊松比、体载荷、二氧化碳压力、吸附变形程度、位移、骨架弹性模量、体应变、煤的密度、煤的渗透率、煤中气体动态黏度系数、渗流方向气体压力梯度。
[0025]可选地，所述弹模的计算公式为：
[0026]σ
c
(p)＝24.17+26.59e
‑
0.41p
；
[0027]式中，p为二氧化碳压力，σ
c
为弹模。
[0028]可选地，所述二氧化碳封存目标包括：边界条件和初始值。
[0029]可选地，所述二氧化碳运移方程为：
[0030][0031]式中，K
s
为骨架弹性模量，ε
L
为Langmuir体积常数，ε
v
为体应变，P
L
为Langmuir压力常数；φ为煤的裂隙度；α为biot系数；p为二氧化碳压力；p
a
为标准大气压；ρ
c
为煤的密度；V
L
为Langmuir体积常数；t为时间；k为煤的渗透率；μ为煤中气体动态黏度系数；渗流方向气体压力梯度；m为非达西渗流特征系数。
[0032]可选地，所述煤的裂隙度的计算公式为：
[0033][0034]式中，φ0为初始裂隙度，c
f
为煤的可压缩系数，Δσ'
v
为拉应力的体积应力的有效增量为正。
[0035]可选地，所述煤的渗透率的计算公式为：
[0036][0037]式中，q
CO2
为达西速度矢量。
[0038]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0039]本专利技术公开了一种废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法，通过建立矿井地质结构几何模型从而构建仿真实验模型，根据二氧化碳煤体变形控制方程、二氧化碳运移方程与煤矿参数以及二氧化碳封存目标，基于仿真实验模型求解得到二氧化碳储量和二氧化碳流动分布情况；通过处理分析得到二氧化碳地质封存效率以及二氧化碳地质封存带来的影响。
[0040]与现有技术利用不开采煤层或废弃矿井进行二氧化碳地质封存相比，本专利技术通过对数值仿真求解器中输入值的改变从而确定二氧化碳地质封存效率的影响因素。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1为本专利技术的方法流程示意图；
[0043]图2为本专利技术的煤矿开采布局示意图；
[0044]图3为本专利技术的二维几何计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法，其特征在于，所述研究方法包括：基于待测废弃煤矿的煤层地质结构与采矿条件建立二氧化碳地质封存的矿井地质结构几何模型；根据所述矿井地质结构几何模型，构建仿真实验模型；根据二氧化碳煤体变形控制方程、二氧化碳运移方程与煤矿参数以及二氧化碳封存目标，基于仿真实验模型得到二氧化碳储量和二氧化碳流动分布情况；根据二氧化碳储量和二氧化碳流动分布情况得到二氧化碳地质封存效率与二氧化碳地质封存影响因素。2.根据权利要求1所述的废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法，其特征在于，所述二氧化碳煤体变形控制方程为：式中，K为体积模量，F
i
为体载荷，G为剪切模量，α为biot系数，p'为二氧化碳压力，p
,i
为二氧化碳压力在i方向的偏导数，ε
s,i
为吸附变形程度ε
s
在i方向的偏导数，α
T
为煤岩体的热膨胀系数，T
,i
为温度在i方向的偏导数，u
i,kk
为位移的i方向分量在k方向的二次偏导，v为泊松比，u
k,ki
为位移的k方向分量在k方向的偏导、再在i方向求偏导，F
i
为体载荷；其中，泊松比的计算公式为：ν(p)＝0.272+0.326p
‑
0.006p2；式中，p为二氧化碳压力；所述体积模量的计算公式为：K＝E/1
‑
2v；式中，E为强度；所述强度的计算公式为：E(p)＝1.89+3.69e
‑
0.64p
。3.根据权利要求1所述的废弃煤矿二氧化碳地质封存效率与影响因素的研究方法，其特征在于，所述煤矿参数包括：弹模、强度、泊松比、体载荷、二氧化碳压力、...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕腾，任朝阳，杨世强，杨胜利，高国良，贾文建，孙英峰，王惠民，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：