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Enregistrement W4401480269 · doi:10.56952/arma-2024-0409

Determination of Thermo-Mechanical Coal Deformations and Implication for CO2 Storage in Deep Coal Formations

2024· article· en· W4401480269 sur OpenAlexaboutno aff
Kunming Zhang, Shimin Liu

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueGeotechnical and Geomechanical Engineering
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésCoalPetroleum engineeringGeologyEnvironmental scienceWaste managementEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

ABSTRACT: CO2 sequestration along with enhanced coalbed methane (ECBM) has received considerable attention for energy recovery and CO2 storage. CO2 injection not only reduces permeability due to the swelling effect but modifies the temperature field, resulting in coupled thermo-mechanical coal deformations. Limited efforts have been devoted towards the understanding of thermo-mechanical deformations in the coalbed methane (CBM) industry. This study proposed a theoretical model of thermal expansion coefficients through energy principle. Direct measurements of coal deformations with variations in temperature and pressure were carried out. The results indicate that thermo-induced deformation linearly correlates with temperature variations with estimated thermo-deformative coefficients between 8×10-5/K to 10×10-5/K, falling within the theoretical bounds. Additionally, the coal matrix retains its elastic properties after thermal cycling. The mechanical compression at different temperatures exhibits similar trends, increasing linearly with pressure. The matrix bulk modulus increases with pressure cycles at elevated temperatures, indicating that the coal becomes stiffer due to residual strain and gradually increases with pressure depletion. Anisotropic matrix deformation was observed when the temperature was above 273.15 K. The deformation of the coal can have significant implications on the evolution of effective stress, permeability, and localized failure, ultimately controlling CO2 sequestration and long-term CBM production. 1. INTRODUCTION CBM is an unconventional natural gas resource stored within coal seams. Over the past four decades, CBM has developed rapidly and become an important energy source in the United States, Canada, Australia, China, et al. (Yang & Liu, 2021). CBM is known for its relatively low risk associated with low costs due to the maturity of CBM exploration, drilling, completion, and stimulation processes (Flores, 2013). In the United States, CBM production peaked at 1.97 trillion cubic feet (TCF) in 2008, and as of 2022, it still contributes 0.72 TCF, accounting for 2% of the overall U.S. natural gas production (U.S. Department of Energy, 2022, 2023). ECBM was first proposed by Puri (Puri & Yee, 1990) to address the inefficiencies resulting from the reservoir pressure reduction during the late time reservoir depletion. More recent attention has focused on the CO2-ECBM technology and CO2 storage, as depicted in Figure 1 (a) (Jessen, Tang, & Kovscek, 2008; Lin, Ren, Cheng, & Nemcik, 2021; Mazzotti, Pini, & Storti, 2009). CO2 can displace methane attributed to its higher affinity for coal, effectively enhancing methane recovery, particularly in low-permeability CBM reservoirs (White, Strazisar, Granite, Hoffman, & Pennline, 2003). Furthermore, this innovative process has a long-term environmental benefit of sequestering and storing CO2 within underground coal seams. The storage potential of CO2 in unminable coal seams is considerable, with estimated capacities ranging from 3 to 200 GtCO2, making it a relevant option for mitigating anthropogenic CO2 emissions (Mazzotti et al., 2009; Metz, Davidson, De Coninck, Loos, & Meyer, 2005). Many researchers have considered that during the CO2 injection process, CO2 adsorption can induce a significant matrix swelling (Figure 1 (b)), resulting in cleat closure and reduction in permeability (Pekot & Reeves, 2002; J.-Q. Shi & Durucan, 2005; Siriwardane, Gondle, & Smith, 2009; G. X. Wang, Wei, Wang, Massarotto, & Rudolph, 2010; White et al., 2005). This reduction in permeability limits the CO2 injection rate, which is critical for the success of CO2-ECBM (Bai et al., 2022; Lu & Connell, 2008; Zhang & Ranjith, 2019). Indeed, in addition to sorption-induced strain, the coal deformation can also be influenced by fluid composition, temperature, and water saturation, as demonstrated in Figure 1 (c), (d), and (e).

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,966
Score d'incertitude au seuil0,312

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,221
Écart entre enseignants0,213 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2024
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