نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی شاهرود، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک

چکیده

در ایران بخش زیادی از ذخایر زغال‌سنگ در عمق واقع شده و یا ضخامت کمی دارند که برای استحصال و استفاده از این منابع، فناوری گاز کردن زیرزمینی زغال­سنگ (UCG) می‌تواند به­‌عنوان بهترین گزینه مطرح باشد. یکی از این ذخایر زغال­سنگ، زغال­سنگ­های منطقه مزینو طبس است. از جمله معیارها و عوامل تأثیرگذار بر امکان­پذیری و اقتصادی بودن روش UCG، نشت گاز از میان درزه و شکاف­های اطراف ژئوراکتور زیرزمینی و یا به­عبارت دیگر عایق بودن آن است. در این مقاله، با توجه به اهمیت این موضوع، بر مدل­سازی نشت گاز بر اساس مدل جریان شبکه درزه­های مجزا (DFN) سه­بعدی تمرکز شده است که در مطالعات پیشین تاکنون به آن پرداخته نشده است. در این راستا، با استفاده از داده‌های میدانی درزه‌های برداشت شده از منطقه مزینو، مدل هندسی-تصادفی سه بعدی شبکه‌ی درزه‌های توده‌سنگ با استفاده از برنامه کامپیوتری DFN-FRAC3D تهیه شده است. برای این منظور، این برنامه برای در نظر گرفتن توابع توزیع مختلف بازشدگی درزه و همچنین وابستگی بین طول و بازشدگی توسعه داده شده است.نتایج این مقاله می‌تواند ورودی‌های مفید برای مدل‌های عددی برای مطالعه رفتار هیدرولیکی و نشت گاز باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

3D Geometrical-Stochastical Modeling of Rock mass to Estimate Gas Leakage from an Underground Coal Gasification Plant: A Case Study of Mazino Area

نویسنده [English]

  • Mehdi Noroozi

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geometrical-Stochastical Modeling
  • Underground Coal Gasification (UCG)
  • Gas Leakage
  • Mazino area in Tabas

- مراجع

[1] James, R.; 2009; “Powder river basin underground coal gasification”, National Energy Technology Laboratory.

[2] Irwin, W.M.; Brian, H.; Barbara, J.; 2009; “Indiana coal report 2009”, Indiana Center for Coal Technology Research, Purdue University, p 189.

[3] نجفی. م؛ جلالی. س­م­ا؛ 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.

[4] Burton, E.; Friedmann, J.; Upadhye, R.; 2006; “Best Practices in Underground Coal Gasification”, US DOE Contract No. W-7405-Eng-48. Livermore, CA, USA: Lawrence Livermore National Laboratory.

[5] Couch, G.R.; 2009; “Underground Coal Gasification”, IEA Clean Coal Centre. ISBN 978-92-9029-471-9.

[6] Perkins, G.M.P.; 2005; “Mathematical Modeling of Underground Coal Gasification”, PhD Thesis: School of Materials Science & Engineering, Faculty of Science, The University of New South Wales.

[7] Sarraf Shirazi, A.; Mmbaga, J.P.; Gupta, Hayes, R.E.; 2011; “Modeling Cavity Growth during Underground Coal Gasification”, 2011 COMSOL Conferences in Boston. ISBN: 9780983968825.

[8] Stanczyk, K.; Howaniec, N.; Smolinski, A.; Swiadrowski, J.; et al.; 2011; “Gasification of lignite and hard coal with air and oxygen enriched air in a pilot scale ex situ reactor for underground gasification”, Fuel 2011, 90, pp 1953–1962.

[9] Liu, S.; Li, J.; Mei, M.; Dong, D.; 2007; “Groundwater Pollution from Underground Coal Gasification”, J China Univ Mining & Technol, 17(4), pp 0467 – 0472.

[10] Pardala, M.L.; Stanczyk, K.; 2015; “Underground coal gasification (UCG): An analysis of gas diffusion and sorption phenomena”, Fuel 150, pp 48–54.

[11] نوروزی. م؛ جلالی. س­م­ا؛ خالوکاکایی. ر؛ 1394؛ “شبیه‌سازی هندسی سه‌بعدی شبکه‌ی ناپیوستگی‌های توده‌سنگ در محل احداث تونل دسترسی سد رودبار لرستان”، نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی، دوره 4، شماره 1، ص 53-68.

[12] Lee, I.H.; Ni, C.F.; 2015; “Fracture-based modeling of complex flow and CO2 migration in three- dimensional fractured rocks”, Computers & Geosciences 81, pp 64–77.

[13] 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.

[14] Castelletto, N.; Teatini, P.; Gambolati, G.; Bossie-Codreanu, D.; et al.; 2013; “Multiphysics modeling of CO2 sequestration in a faulted saline formation in Italy”, Adv. Water Resour. (Part C) 62, pp 570–587.

[15] Zhang, Q.H.; Yin, J.M.; 2014; “Solution of two key issues in arbitrary three-dimensional discrete fracture network flow models”, Journal of Hydrology 514, pp 281–296.

[16] Zhao, Z.; Jing, L.; Neretnieks, I.; et al.; 2011; “Numerical modeling of stress effects on solute transport in fractured rocks”, Comput Geotech; 38(2), pp 113–126.

[17] Baghbanan, A.; Jing, L.; 2007; “Hydraulic properties of fracture rock masses with correlated fracture length and aperture”, Int J Rock Mech Min Sci, 44(5), pp 704–719.

[18] Liu, R.; Jiang, Y.; Li, B.; Wang, X.; 2015; “A fractal model for characterizing fluid flow in fractured rock masses based on randomly distributed rock fracture networks”, Computers and Geotechnics 65, pp 45–55.

[19] Long, J.C.S.; Remer, J.S.; Wilson, C.R.; Witherspoon, P.A.; 1982; “Porous media equivalents for networks of discontinuous fractures. Water Resour”, Res. 18, pp 645–658.

[20] Long, J.C.S.; Gilmour, P.; Witherspoon, P.A.; 1985; “A model for steady fluid flow in random three-dimensional networks of disc-shaped fractures”, Water Resour. Res. 21, pp 1105–1115.

[21] Cacas, M.C.; Ledoux, E.; deMarsily, G.; Tillie, B.; et al.; 1990a; “Modeling fracture flow with a stochastic discrete fracture network: calibration and validation: 1.The flow model”, Water Resour. Res. 26 (3), pp 479–489.

[22] Cacas, M.C.; Ledoux, E.; deMarsily, G.; Barbreau, A.; et al.; 1990b; “Modeling fracture flow with a stochastic discrete fracture network: calibration and validation: 2.The transport model”, Water Resour. Res. 26 (3), pp 491–500.

[23] Meyer, T.; Einstein, H.H.; 2002; “Geologic Stochastic Modeling and Connectivity Assessment of Fracture Systems in the Boston Area”, Rock Mech. Roc Engng. 35 (1), pp 23–44.

[24] Ito, K.; Seol, Y.; 2003; “A 3-dimentional discrete fracture generator to examine fracture-matrix interaction using TOUGH2”, TOUGH Symposium.

[25] شریف زاده. م؛ کارگر. س؛ ترابی معصومی. ا؛ 1385؛ “تحلیل هیدرولیکی- هیدرومکانیکی توده­سنگ اطراف تونل با استفاده از روش المان مجزا”، هفتمین کنفرانس تونل.

[26] Bang, S.H.; Jeon, S.; Kwon, S.; 2012; “Modeling the hydraulic characteristics of a fractured rock mass with correlated fracture length and aperture: application in the underground research tunnel at Kaeri”, Nuclear Engineering and Technology 44 (6).

[27] Parashar, R.; Reeves, D.M.; 2012; “On iterative techniques for computing flow in large two-dimensional discrete fracture networks”, Journal of Computational and Applied Mathematics 236, pp 4712–4724.

[28] جوادی. م؛ شریف‌زاده. م؛ 1391؛ “مدل­سازی جریان سیال در محیط سنگی ناپیوسته برای میدان نزدیک”، همایش ملی جریان و آلودگی آب، تهران.

[29] Bigi, S.; Battaglia, M.; Alemanni, A.; Lombardi, S.; et al.; 2013; “CO2 flow through a fractured rock volume: Insights from field data, 3D fractures representation and fluid flow modeling”, International Journal of Greenhouse Gas Control 18, pp 183–199.

[30] Hyman, J.D.; Karra, S.; Makedonska, N.; Gable, C.W.; et al.; 2015; “DFNWORKS: A discrete fracture network framework for modeling subsurface flow and transport”, Computers & Geosciences 84, pp 10–19.

[31] Yang, L.; Zhang, X.; 2009; “Modeling of contaminant transport in underground coal gasification”, Energy Fuels, 23, pp 193-201.

[32] Yang, L.; 2003; “Numerical simulation on three-dimensional nonlinear and unstable seepage of fluid in underground coal gasification”, Fuel Processing Technology 84, pp 79– 93.

[33] Yang, L.; 2005; “Nonlinear coupling mathematical models on percolation-patterned underground coal gasification”, International Journal of Energy Research, 29, pp 1331–1353.

[34] Solcova, O.; Soukup, K.; Rogut, J.; Stanczyk, K.; 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, pp 1495–1501.

[35] نجفی. م؛ جلالی. س­م­ا؛ خالوکاکایی. ر؛ 1393؛ “برآورد توزیع دما در اطراف پهنه­های استخراجی در روش گاز کردن زیرزمینی زغال سنگ (UCG)”، نشریه علمی پژوهشی مهندسی معدن.

[36] Najafi, M.; Jalali, S.E.; KhaloKakaie, R.; 2014; “Thermal–mechanical–numerical analysis of stress distribution in the vicinity of underground coal gasification (UCG) panels”, International Journal of Coal Geology 134–135, pp 1–16.

[37] نوروزی. م؛ جلالی. س­م­ا؛ کاکایی. ر؛ 2013؛ “روابط آماری حاکم بر مشخصات هندسی ناپیوستگی‌ها”،International Conference on Mining Mineral Processing, Metallurgical and Environmental Engineering، زنجان.

[38] Priest, S.D.; 1993; “Discontinuity Analysis for Rock Engineering”, Published by Chapman & Hall, London, ISBN: 978-94-010-4656-5., p 473.

[39] Baecher, G.B.; 1983; “Statistical Analysis of Rock Mass Fracturing”, Journal of Mathematical Geology, 15(2), pp 329-347.

[40] Xu, C.; Dowd, P.; 2010; “A New Computer Code for Discrete Fracture Network Modeling”, Computers & Geosciences, 36(3), pp 292–301.

[41] Nordqvist, A.W.; Tsang, Y.W.; Tsang, C.F.; Dverstorp, B.; Andersson, J.; 1995; “A variable aperture fracture network model for flow and transport in fractured rock at different scales”, Proceedings of 2nd International Conference on Mechanics of Jointed and Faulted Rock, Vienna, Austria, April 10-14.

[42] Zhang, L.; Einstein, H.H.; 2000; “Estimating the Intensity of Rock Discontinuities”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 37(5), pp 819-837.

[43] Lin, A.; Yamashita, K.; 2013; “Spatial Variations in Damage Zone Width Along Strike-Slip Faults: An Example from Active Faults in Southwest Japan”, Journal of Structural Geology, 57, pp 1-15.