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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

贵州无井式UCG选址选层“四性”地质评价模式与资源类型划分

2024-07-17


创新点

首创提出了一种以“建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性”四性认识为基础的地质—工程相结合的地下气化资源评价模型,利用系列算法精准判断资源类型与级别;同时基于矩阵结构混合编码方式,提出了“四性四级”五位编码的UCG资源类型表征系统,最终形成了以“四性”为基础,“算法”为骨架,“四性四级”五位编码为灵魂的科学化、系统化UCG选址选层地质评价体系。可有效改善现有UCG风险识别理论局限于地质单方面,缺乏工程联系的问题,实现大区域的UCG量化选址选层,从而提出可供分步实施的典型地质条件省级乃至国家级先导性试验区的建议,加快UCG产业化发展。

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贵州无井式UCG选址选层“四性”地质评价模式与资源类型划分

作者周 泽1, 2, 4 , 易同生1, 4 , 秦 勇2, 3 , 周永峰, 杨 磊, 汪凌霞1, 4
单位:1. 贵州省煤田地质局2. 贵州优驰能源科技有限责任公司3. 中国矿业大学4. 贵州省煤炭流态化开采重点实验室
研究背景
 RESEARCH  BACKGROUND 

国家“双碳”战略实施为煤炭行业升级高技术产业提供了战略机遇。“碳中和、碳达峰”目标背景下,煤炭地下气化技术发展已纳入中央和贵州省委省政府各项规划部署中。2022年1月国务院发布《关于进一步促进贵州经济社会又好又快发展的若干意见》(国发〔2022〕2号),提出积极推进低碳循环发展。巩固森林生态系统碳汇能力,发挥森林固碳效益。探索实施碳捕获、利用与封存(CCUS)示范工程,有序开展煤炭地下气化、规模化碳捕获利用和岩溶地质碳捕获封存等试点。2022年3月,国家发布《“十四五”现代能源体系规划》,分析了国内外能源发展趋势,强调加强能源安全战略技术储备,做好煤制油气战略基地规划布局和管控,建立产能和技术储备。

面向“双碳”目标及富煤缺油少气的能源结构,贵州省近年来积极推动UCG技术产业化。2022年5月,贵州省发布《贵州省能源科技创新发展“十四五”规划》。首次将煤炭地下气化技术研发列入全省能源规划重点。面对这一历史性难题,贵州省科学技术厅以建立无井式UCG全链条现场先导性试验技术为总目标,设置集资源评价、关键技术与装备、产品发电利用与分布式电网多个重大科技专项。UCG资源评价作为产业发展突破口,地质认识和选址选层评价技术是关键。

1933年3月,全球首次UCG先导性试验在前苏联Krutovskoe煤矿启动,尽管未能取得成功,但开创了UCG产业化尝试的先河。然而,UCG现场试验历经90余年,除前苏联曾经商业化生产之外,其他国家和地区迄今仍未形成产业化推广,关键是煤矿床地质条件限制了UCG技术的广泛应用。UCG炉载体作为地质体,开展选址评价,实质上是面向工程的地质风险分析。或者说,煤矿床地质禀赋约束了特定地下气化项目的可行性,推进UCG产业化必须跨越地质风险瓶颈,确保UCG炉运行安全可控,具有规模性持续转化煤炭的能力、较高的合成气质量和产能及环境承载力。

然而,国内先前多数UCG地质评价或局限于单因素对UCG可行性的分析,或陷入复杂数学模型设计,面向项目风险控制的针对性较弱,几乎没有考虑参数指标“阈值”,将某些明显具有“一票否决”的阈值指标也“模糊”地参与评价,既不甚客观,现场应用也极不方便。国外UCG地质评价多采用列表式定性分析,或将地质条件隐含在传热传质模型中开展综合数值模拟,缺乏分层次、分目标的定量评价。鉴于此,笔者基于研究团队前期“四性”认识:UCG“地质风险”涉及炉体建造、气化过程稳定控制、生产与环境安全以及可能导致经济损失的其他风险,UCG地质评价应围绕“建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性”四性展开。鉴于有井式煤炭地下气化必须利用现有的矿井系统进行气化,地质评价一般局限于气化炉施工区的局部地质条件分析。本次研究结合贵州构造复杂,煤层多、薄的地质条件,构建了一套面向工程的大区域无井式UCG选址选层地质风险评估模式,将地质评价与工程可行性密切结合,力求UCG地质−工程一体化,为贵州乃至全国相似地质条件的区域提供选址“标准”,持续推动煤炭地下气化产业化发展。

摘要
 ABSTRACT 
为建立科学系统的“地质−工程”一体化地质风险评估模式,解决煤炭地下气化(UCG)选址选层难题,提出了一种以“建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性”四性认识为基础,利用FAHP模糊层次分析法创建的包括4项一级指标、10项2级指标、26项3级关键地质参数的地质评价要素层次结构模型。该模型引入“阈值”概念,对断层指数、奥亚膨胀度、黏结指数、上覆含水层距离4项指标的超“阈值”情况实施“一票否决”,充分重视特定地质参数对UCG控制的关键作用;通过“两两判断矩阵”确定各指标权重向量,根据隶属函数厘定指标层隶属度;并提出了相应地质评价技术方法,配套建立了权重积、综合权重积以及最优3段分割等算法,将所涉及指标量化分析,精准判断资源类型与级别;同时基于矩阵结构混合编码方式,提出了“四性四级”五位编码的UCG资源类型表征系统。
最终形成了以“四性”理论为基础,“算法”为骨架,“四性四级”五位编码为灵魂的科学化、系统化UCG选址选层地质评价体系。该评价体系可在多场耦合的UCG生产过程相关风险识别机制的前沿探索方面发挥关键作用,有效改善现有UCG风险识别理论局限于地质单方面,缺乏工程联系的问题,实现大区域的UCG量化选址选层,为省级乃至国家级煤炭地下气化战略规划提供解决途径,从而提出可供分步实施的典型地质条件先导性试验区建议,推动煤炭地下气化产业化进程。
部分图片






 1    恩村井田平均井径与ⅢⅣ类煤分层占比关系


 2    织纳煤田 UCG 参评勘查区/井田总体排序


 3    贵州省织纳煤田 UCG 资源评价

作者简介

周泽,男,199027日生,江西南昌人,高级工程师,在读博贵州优驰能源科技有限责任公司技术负责,贵州省煤炭流态化开采重点实验室“多薄、构造煤层煤炭地下气化基础理论”研究方向负责人。长期从事煤系矿产资源勘查与评价、煤炭地下气化技术工艺研究近年,主持完成省部级科研课题5项,参与国家科技重大专项1项,合著出版专著2本,发表学术论文30授权软件著作权1项,受理发明专利6被授予“贵州省最美劳动者”称号。


研究方向

煤系矿产资源勘查与评价 


主要成果

致力于无井式煤炭地下气化DUCG关键技术工艺研究,主持国内首个煤炭地下气化UCG省级区域资源评价项目,取得明显创新性成果,提出“四性四级”评价体系;在国内首次查明省级区域UCG资源潜力及其分布,提出贵州省“一带三基地九园区”UCG产业规划与布局方案建议。作为技术骨干参与贵州首个DUCG示范工程建设,设计并实施自主知识产权的三叉戟炉型,构建了贵州首座DUCG炉,创造了碎软煤层中深部DUCG炉建造记录,为UCG产业化有序推进提供了有力的技术保障。




来源:

周泽易同生秦勇贵州无井式 UCG 选址选层四性地质评价模式与资源类型划分[J]. 煤炭学报202449(5):2414−2425.

  责任编辑:宫在芹

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