بررسی عددی پارامترهای مؤثر بر نشت سیال از کارگاه های استخراج UCG

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده‌ مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

2 دانشیار، دانشکده‌ مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

3 استادیار، دانشکده‌ مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

چکیده

از جمله معیارها و عوامل تاثیرگذار بر امکان­پذیری و اقتصادی بودن روش گازکردن زیرزمینی زغال­سنگ (UCG) ، نشت گاز از میان درزه و شکاف­های اطراف راکتور زیرزمینیUCG است. گازبند بودن راکتور UCG از نقطه نظر کنترل فرآیند و ظرفیت آلودگی آب‌های زیرزمینی، مساله بسیار مهمی است. عوامل مختلفی بر نشت گاز (سیال) از راکتور UCG موثرند. در این مقاله، عوامل فشار، دما و درزه­داری (شامل بازشدگی، طول و شدت درزه) به عنوان مهم­ترین عوامل موثر بر نشت گاز از شکستگی­های موجود در توده­سنگ، با کاربرد مدلسازی عددی مورد ارزیابی قرار گرفته و به عنوان مورد مطالعاتی به زغال­سنگ­های منطقه مزینو طبس پرداخته شده است. از برنامه کامپیوتری DFN-FRAC3D برای شبیه­سازی تصادفی درزه­ها و ایجاد شبکه لوله معادل و از نرم­افزار Water Gems برای تحلیل جریان استفاده شده است. نتایج، حاکی از آن است که افزایش فشار راکتور و افزایش درزه­داری توده­سنگ اطراف راکتور، باعث افزایش شدت جریان و یا افزایش نشت گاز می­شود و منحنی تغییرات شدت جریان نسبت به هر یک از این عوامل از توزیع نرمال پیروی می‌کند. از طرفی افزایش دمای راکتور تاثیر قابل توجهی بر شدت جریان خروجی ندارد. همچنین موثرترین عامل بر نشت سیال از راکتور UCG، عامل درزه­داری است و از میان ویژگی­های هندسی درزه­داری شامل شدت، بازشدگی و طول درزه، عامل شدت درزه­داری به عنوان مهم­‍‌ترین عامل معرفی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

umerical Study of Effective Parameters on Fluid Leakage from UCG Extraction Stopes

نویسندگان [English]

  • A. Heydari 1
  • S.E. Jalali 2
  • M. Noroozi 3
1 PhD student, Faculty of Mining, Petroleum & Geophysics Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Associate Professor, Faculty of Mining, Petroleum & Geophysics Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Mining, Petroleum & Geophysics Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

Gas leakage through the cracks and tracks surrounding Underground Coal Gasification (UCG) is of criteria affecting the feasibility of economic methods of the UCG reactor. In terms of process control and groundwater contamination capacity, the sealing of the UCG reactor is very important. Various factors affect the gas leakage from the UCG reactor. In this paper, the parameters of pressure, temperature and joint characteristics (including opening, length and intensity) as the most important factors affecting gas leakage through rock mass fractures are examined using numerical modeling. For this purpose, The Mazino Tabas coal area is studied as a case study. The DFN-FRAC3D computer program is used to stochastically simulate joints and create an equivalent pipe network. Also, Water Gems software is used for flow analysis. The results are shown that increasing the reactor pressure and increasing the rock mass jointing around the reactor increases the flow rate and the gas leakage. On the other hand, increasing the reactor temperature does not have a significant effect on the output flow rate. Besides, jointing is the most effective factor in fluid leakage through the UCG reactor. Among the geometrical features of the joint, including the intensity, the opening and the length of the joint, the joint intensity factor has been introduced as the most important factor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical modeling
  • UCG
  • DFN
  • Equivalent Pipe network
  • Gas emission

مراجع

[1]     نجفی، م.، جلالی، س.‌م.‌ا.، خالوکاکایی، ر.، لطفی آزاد، ع.؛ 1392؛"انتخاب لایه امید بخش برای استخراج به روش گاز کردن زیرزمینی زغال سنگ (UCG)". مطالعه موردی منطقه زغالی مزینوی طبس، فصلنامه علمی پژوهشی زمین شناسی محیط زیست، سال هفتم، شماره 25، ص 87-76.
[2]     لطفی آزاد، ع.؛ 1391؛"مدل‌سازی و تحلیل نشت گاز از کارگاه استخراج UCG". پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شاهرود.
[3]     Xua, S., and Thomas, L. J. (1995). “Laboratory Investigation on the Permeability of Coal to Mixture of Methane and Carbon dioxide”. Int. Symp. Cum Workshop on Management and Control of High Gas Emissions and Outbursts in Underground Coal Mines, Lama, R. D.  (Ed). Wollongong, Australia, 311-315.
[4]     www.bgr.bund.de/EN/, Bundesanstalt für Geowissens-chaften und Rohstoffe (BGR), Hannover, Germany.
[5]     Dennis, S. (2006). “Rocky Mountain-1 underground coal gasification test project, Hanna”. U.S. Department of Energy, Morgantown, USA, 6-10.
[6]     Moorhouse, J., Huot, M., and McCulloch, M. (2010). “Underground coal gasification: environmental risks and benefits”. Pembina Institute. Alberta, Canada T7A 1S7, 3-10.
[7]     Sereshki, F. (2005). “Improving coal mine safety by identifying factors that influence the sudden release of gases in outburst prone zones”. PhD thesis, School of Civil, Mining and Environmental Engineering, University of Wollongong, Australia, 65-78.
[8]     Sury, M., White, M., Kirton, J., and Carr P. (2004). “Review of environmental issues of underground coal gasification”. COAL R272 DTI/Pub URN 04/1880. Harwell International Business Centre. Didcot, Oxford shire, UK, 14-G64.
[9]     Perkins, G. (2005). “Mathematical modelling of underground coal gasification”. PhD thesis, School of Materials Science and Engineering, The University of New South Wales, Australia, 103-162.
[10]  Solcova, O., Soukup, K., Rogut, J., Stanczyk, K., and Schneider, P. (2009). “Gas transport through porous strata from underground reaction source; the influence of the gas kind, temperature and transport-pore size”. Fuel Processing Technology 90: 1495–1501.
[11]  Couch, G. R. (2009). “Underground coal gasification”. IEA Clean Coal Center. International Energy Agency, London, UK, ISBN: 978-92-9029-471-9, 13-113.
[12]  Zamzow, K. L. (2010). “Underground Coal Gasification: History, Environmental Issues, and the Proposed Project at BELUGA, ALASKA”. Center for Science in Public Participation, pp. 40.
[13]  Dabbous, M. K., Reznik, A. A., Taber, J. J., and Fulton, P. F. (1974). “The permeability of coal to gas and water”. Society of Petroleum Engineers, 14(6): 563-572.
[14]  Hayes, P. J. (1982). “Factors affecting gas release form the working seam, Seam gas drainage with particular reference to the working seam”. Hargraves, A. J. (ed.), University of Wollongong, Wollongong, Australia, 62-69.
[15]  Baecher, G. B. (1983). “Statistical analysis of rock mass fracturing”. Journal of Mathematical Geology, 15(2): 329-347.
[16]  Priest, S. D. (1993). “Discontinuity Analysis for Rock Engineering”. Published by Chapman & Hall, 2-6 Boundary Row, London, pp. 473. ISBN: 9789401114981.
[17]  Kulatilake P. H. S. W., Um J., Wang M., Escandon R. F., and Varvaiz J. (2003). “Stochastic fracture geometry modeling in 3-D including validations for a part of Arrowhead East Tunnel, California, USA”. Engineering Geology, 70: 131–155.
[18]  Zhang, Q. H., and Yin, J. M. (2014). “Solution of two key issues in arbitrary three-dimensional discrete fracture network flow models”. Journal of Hydrology, 514: 281–296.
[19]  Blessent, D., Therrien, R., and Gable, C. (2011). “Large-scale numerical simulation of groundwater flow and solute transport in discretely-fractured crystalline bedrock”. Advances in Water Resources, 34: 1539–1552.
[20]  Zimmerman, R. W., and Bodvarsson, G. S. (1996). “Hydraulic conductivity of rock fractures”. Transport in Porous Media, 23: 1-30.
[21]  Bodin, J., Porel, G., Delay, F., Ubertosi, F., Bernard, S., and Dreuzy, J. R. (2007). “Simulation and analysis of solute transport in 2D fracture/pipe networks: The SOLFRAC program”. Journal of Contaminant Hydrology, 89 1-28. DOI: 10.1016/j.jconhyd.2006.07.005.
[22]  نوروزی، م.؛ 1393؛"برآورد مقاومت توده‌سنگ دارای ناپیوستگی‌های ناپایا با استفاده از مدل تصادفی شبکه درزه‌های مجزا (مورد مطالعاتی: توده‌سنگ ساختگاه سد و نیروگاه رودبار لرستان)". رساله دکتری، دانشگاه صنعتی شاهرود.
[23]  نوروزی،م.، جلالی،س. ‌م. ‌ا.، خالوکاکایی،ر.؛ 1394؛"شبیه‌سازی هندسی سه‌بعدی شبکه‌ی ناپیوستگی‌های توده‌سنگ در محل احداث تونل دسترسی سد رودبار لرستان". نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی، دوره چهارم، شماره 1، ص 53-68.
[24]  Jones, N., Holloway, S., Smith, N. J., Creedy, D. P., Garner, K., and Durucan, S. (2004). “UK coalresource for new exploitation technologies”. British Geological Survey, Keyworth, Nottingham, pp. 231.
 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 08 اسفند 1397
  • تاریخ بازنگری: 29 خرداد 1398
  • تاریخ پذیرش: 12 آبان 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار