数值模拟技术典型应用案例（三）_中国煤炭行业知识服务平台

数值模拟技术典型应用案例（三）

来源：煤田地质与勘探

鉴于工程应用及物理试验周期长、成本高、风险大等问题，数值模拟技术因其直观、经济、便捷等优势，逐渐被不同领域广泛应用。随着计算机技术的迅猛发展，各种软件逐步成熟，选取适宜的模拟软件，结合实际条件和研究对象，可直观、高效地展示应用效果，指导决策和生产实践。为此，本刊选取2022年代表性论文，集中展现不同数值模拟软件在煤炭开采顶底板破坏规律、煤层顶板水平井施工参数优化、瓦斯抽采动态渗透率预测、煤矿区防治水、煤岩识别与地质异常探测、地热开发等领域的应用案例及效果，供不同领域研究借鉴，促进学者交流。

行业视野: 智能化
类别; 57个
关键词; 59位
专家; 11篇
论文; 2538IP
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南海水合物地层的孔隙水合物形成机制模拟研究

作者(Author)：郑明明, 周珂锐, 吴祖锐, 刘天乐, 颜诗纯, 曾国澳

摘要：地层骨架孔隙中水合物的高质量形成是开展水合物实验研究的前提和物质基础，可为我国深水油气及水合物资源开发提供理论指导。依据南海GMGS2-07井水合物层地质条件，利用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件和自主研制的水合物反应生成装置开展数值模拟和实验研究，在验证数值模拟方法准确性和可靠性的基础上，通过控制变量法分别开展不同地层导热系数和含水饱和度条件下水合物生成质量的影响研究。结果表明：(1) 数值模拟与室内实验过程中，水合物形成时温度、压力与三相物质变化趋势一致且特征值十分接近，验证了数值模拟方法的准确性和可靠性。(2) 导热系数越大，水合物生成越快，最终形成的水合物饱和度越大，分布也更加均匀。但导热系数与最终形成水合物的饱和度的正负相关性，存在临界边界。本次所选用的反应釜尺寸，临界边界距上、右边界距离为1.8 cm，临界边界内导热系数与水合物饱和度呈正相关性，临界边界外呈负相关性。临界边界随着反应釜尺寸的增大而增大，但临界边界位置不受地层渗透率的影响。(3) 随地层含水饱和度增加，最终形成的水合物饱和度先增大后减小，峰值处含水饱和度小于初始压力条件下的理论气水比。当初始压力为7.8 MPa，含水饱和度约22.23%时，所形成的水合物饱和度最大且分布最不均匀。由此可知，选用高导热系数材料制备地层骨架、使初始含水饱和度低于气水理论比以及调整初始温压条件使之偏向相平衡曲线左方有利于形成分布均匀的高饱和水合物。研究认为深水油气含水合物固井和水合物资源钻采提供依据，为水合物商业化开采提供技术储备。

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煤田地质与勘探

2023年第05期

178

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考虑Klinkenberg因子状态的CO2-ECBM模拟研究

作者(Author)：撒占友, 吴静波, 杨永亮, 张鑫, 卢守青, 刘杰, 王昊

摘要：为了探究Klinkenberg效应及不同状态的Klinkenberg因子在注CO2提高煤层气采收率(CO2-Enhanced Coal Bed Methane,CO2-ECBM)过程中的作用，借助COMSOL有限元软件模拟分析了Klinkenberg因子为0、固定Klinkenberg因子与动态Klinkenberg因子3种状态对CO2-ECBM及有效渗透率的影响，以及CH4与CO2压力随该因子的动态变化情况，并将CH4产气量与工程实际作了对比验证。结果表明，CH4与CO2有效渗透率呈先缓慢增长再急速下降后逐渐趋于平缓的态势，相较于固定Klinkenberg因子或Klinkenberg因子为0，动态Klinkenberg因子影响下的CH4与CO2有效渗透率更大，当Klinkenberg因子为动态变量时，受不同气体的摩尔质量与动力黏度影响，CO2有效渗透率小于CH4有效渗透率。在动态Klinkenberg因子作用下，煤层中CH4压力下降和CO2压力上升均更快，当Klinkenberg因子为固定值或0时，会高估煤层内CH4压力，低估CH4抽采与CO2压注的影响范围，并且估值均随时间增长而增大。工程验证表明，考虑动态Klinkenberg因子作用下的CH4累积产气量更接近真实情况。研究成果有助于分析CH4与CO2有效渗透率变化趋势，预估CH4抽采与CO2压注的影响范围及CH4产气量，在探究煤层增渗，优化井网布置，定量评价煤田产气量等方面具有理论指导意义。

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煤田地质与勘探

2023年第03期

194

84
苏北盆地层状盐穴储气库CO2封存数值模拟研究

作者(Author)：宗师, 刘世奇, 徐辉, 王文楷, 曹泊, 皇凡生

摘要：地下盐岩溶腔是CO2封存的有效地质体，CO2沿盐岩软弱夹层和盐层-夹层交界面泄漏是制约地下盐岩溶腔CO2安全封存的关键。以苏北盆地金坛地区CO2盐穴储气库为研究对象，建立了层状盐穴储气库CO2封存的流-固耦合数学模型，分析了盐岩及泥岩夹层中CO2运移泄漏规律及其对CO2安全封存的影响，并探讨了盐岩及泥岩夹层渗透率的动态响应特征。结果表明：渗透率是决定盐岩层中CO2运移速率和泄漏范围的关键，在其影响下，相同封存时间内泥岩夹层中CO2运移速率和影响范围远大于盐岩，但随封存时间延长，盐岩和泥岩夹层中CO2运移速率和压力增幅均呈降低趋势，并随着CO2压力传播至模拟边界而趋于稳定。渗透率动态变化是上覆地层压力负效应与盐岩层中CO2压力正效应共同作用的结果，并受盐岩和泥岩夹层力学性质的影响。CO2封存时间<3 a时，上覆地层压力是盐岩渗透率降低的主控因素，随封存时间延长，CO2压力对盐岩渗透率的影响逐渐占据优势，使得CO2影响范围内盐岩渗透率有所恢复。相较于盐岩，泥岩夹层的弹性模量较小，上覆地层压力和CO2压力对其渗透率的影响更显著。泥岩夹层的渗透率一般高于盐岩，CO2主要沿泥岩夹层运移泄漏，CO2盐穴储气库选址、建设和运行中，应充分考虑泥岩夹层的影响，对其进行适当防护和监测，避免CO2沿其泄漏；盐岩溶腔中CO2储气压力对盐岩层中CO2运移速率和泄漏范围无显著影响，但较高的储气压力提高了CO2影响范围内盐岩层中的CO2压力，盐岩与泥岩夹层渗透率恢复程度更高，间接影响了CO2运移泄漏规律，因此储气压力的设置应充分考虑盐岩和泥岩夹层渗透率、力学强度等影响。

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煤田地质与勘探

2023年第03期

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115

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