Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên Cứu Thực Nghiệm Về Sự Suy Giảm Tính Chất Cơ Học Và Đặc Trưng Phát Ổn Âm Của Đá Than Do Việc Tiêm CO2
Tóm tắt
Việc lưu giữ khí nhà kính bằng phương pháp địa chất đã thu hút nhiều sự chú ý trong những năm gần đây, nhưng quy luật suy giảm của các tham số cơ học và các đặc trưng phát ổn âm (AE) của đá than dưới tải trọng ba trục với sự tiêm CO2 vẫn còn chưa rõ ràng. Trong nghiên cứu này, một thiết bị ba trục tự cân bằng đã được phát triển độc lập để thành công thu được quy luật suy giảm của các tính chất cơ học của đá than và các đặc trưng AE do sự tiêm CO2 gây ra dưới tải trọng ba trục. Kết quả thử nghiệm cho thấy: (1) sức chịu nén ba trục và mô đun đàn hồi của mẫu đá than giảm với sự gia tăng áp suất tiêm CO2. Sự giảm tối đa sức chịu nén ba trục của mẫu đá than là 21.25% (áp suất tiêm là 1.2 MPa, áp suất bao ngoài là 1.5 MPa), và sự giảm tối đa của mô đun đàn hồi là 4.44% (áp suất tiêm là 1.2 MPa, áp suất bao ngoài là 1.5 MPa). (2) Các hoạt động AE của mẫu đá than trong suốt quá trình nén ba trục có thể được chia thành bốn giai đoạn: giai đoạn yên tĩnh, giai đoạn tăng ổn định, giai đoạn bùng phát và giai đoạn ổn định. Các hoạt động AE có sự liên kết chặt chẽ với đường cong ứng suất-biến dạng và sự thất bại của đá than. Những kết quả này cung cấp nền tảng cho lưu trữ CO2 bằng phương pháp địa chất, nghiên cứu lý thuyết và công tác phòng ngừa, kiểm soát thiên tai.
Từ khóa
#khí nhà kính #lưu giữ địa chất #đá than #phát ổn âm #tải trọng ba trục #áp suất tiêm CO2Tài liệu tham khảo
Aminu MD, Nabavi SA, Rochelle CA, Manovic V (2017) A review of developments in carbon dioxide storage. Appl Energ 208:1389–1419. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.09.015
Association CNC (2009) Methods for determination of physical and mechanical properties of coal and rock Part 1: General Provisions for sampling. Standards Press of China, Beijing
Bismayer U (2017) Early warning signs for mining accidents: Detecting crackling noise. Am Mineral 102:3–4. https://doi.org/10.2138/am-2017-5969
Butt SD, Mukherjee C, Lebans G (2000) Evaluation of acoustic attenuation as an indicator of roof stability in advancing headings. Int J Rock Mech Min 37:1123–1131. https://doi.org/10.1016/S1365-1609(00)00048-4
Cuéllar-Franca RM, Azapagic A (2015) Carbon capture, storage and utilisation of technologies: A critical analysis and comparison of their life cycle environmental impacts. J Co2 Util 9:82–102. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2014.12.001
Gutenberg B, Richter CF (1994) Frequency of earthquakes in California. B Seismol Soc Am 34:185–188. https://doi.org/10.1038/156371a0
Jessen K, Tang GQ, Kovscek AR (2008) Laboratory and simulation investigation of enhanced coalbed methane recovery by gas injection. Transport Porous Med 73:141–159. https://doi.org/10.1007/s11242-007-9165-9
Jing L (2003) A review of techniques, advances and outstanding issues in numerical modelling for rock mechanics and rock engineering. Int J Rock Mech Min 40:283. https://doi.org/10.1016/s1365-1609(03)00013-3
Li YH, Liu JP, Zhao XD, Yang YJ (2009) Study on b-value and fractal dimension of acoustic emission during rock failure process. Rock and Soil Mechanics. https://doi.org/10.1016/S1874-8651(10)60073-7
Liang YP, Li QM, Gu YL, Zou QL (2017) Mechanical and acoustic emission characteristics of rock: effect of loading and unloading confining pressure at the postpeak stage. J Nat Gas Sci Eng 44:54–64. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2017.04.012
Majewska Z, Majewski SA, Zi Tek J (2013) Swelling and acoustic emission behaviour of unconfined and confined coal during sorption of CO2. Int J Coal Geol 116–117:17–25. https://doi.org/10.1016/j.coal.2013.06.001
Majewska Z, Mortimer Z (2006) Chaotic behaviour of acoustic emission induced in hard coal by gas sorption-desorption. Acta Geophys 54:50–59. https://doi.org/10.2478/s11600-006-0005-z
Majewska Z, Zi Tek J (2008) Acoustic emission and volumetric strain induced in coal by the displacement sorption of methane and carbone dioxide. Acta Geophys 56:372–390. https://doi.org/10.2478/s11600-008-0007-0
Meng M, Qiu ZS (2018) Experiment study of mechanical properties and microstructures of bituminous coals influenced by supercritical carbon dioxide. Fuel 219:223–238. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.01.115
Pan JN, Lv MM, Hou QL, Han YZ, Wang K (2019) Coal microcrystalline structural changes related to methane adsorption/desorption. Fuel 239:13–23. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.10.155
Pan ZJ, Ye JP, Zhou FB, Tan YL, Connell LD, Fan JJ (2018) CO2 storage in coal to enhance coalbed methane recovery: a review of field experiments in China. Int Geol Rev 60:754–776. https://doi.org/10.1080/00206814.2017.1373607
Perera MSA, Ranjith PG, Viete DR (2013) Effects of gaseous and super-critical carbon dioxide saturation on the mechanical properties of bituminous coal from the Southern Sydney Basin. Appl Energ 110:73–81. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.03.069
Pirzada MA, Zoorabadi M, Lamei Ramandi H, Canbulat I, Roshan H (2018) CO2 sorption induced damage in coals in unconfined and confined stress states: a micrometer to core scale investigation. Int J Coal Geol 198:167–176. https://doi.org/10.1016/j.coal.2018.09.009
Ranathunga AS, Perera MSA, Ranjith PG, Bui H (2016) Super-critical CO2 saturation-induced mechanical property alterations in low rank coal: an experimental study. J Supercrit Fluids 109:134–140. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2015.11.010
Ranjith PG, Jasinge D, Choi SK, Mehic M, Shannon B (2010) The effect of CO2 saturation on mechanical properties of Australian black coal using acoustic emission. Fuel Guildford 89:2110–2117. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.03.025
Sampath KHSM, Perera MSA, Dong-yin L, Ranjith PG, Matthai SK (2018) Characterization of dynamic mechanical alterations of supercritical CO2-interacted coal through gamma-ray attenuation, ultrasonic and X-ray computed tomography techniques. J Petrol Sci Eng 174. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.11.044
Schwander T, von Borzyskowski LS, Burgener S, Cortina NS, Erb TJ (2016) A synthetic pathway for the fixation of carbon dioxide in vitro. Science 354:900–904. https://doi.org/10.1126/science.aah5237
Wang HP, Zhang YQ, Yuan L, Yu GF, Wang W, Zuo YJ (2019) Analysis of influence law and temperature effect of initial released gas expansion energy of the coal grain. J Mining Safety Eng 36:1052–1060. https://doi.org/10.13545/j.cnki.jmse.2019.05.024
Wang K, Du F, Wang GD (2017) The influence of methane and CO2 adsorption on the functional groups of coals: insights from a fourier transform infrared investigation. J Nat Gas Sci Eng 45:358–367. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2017.06.003
Yuan L, Zhang Y, Zhao JF, Song YC, Chi Y (2020) Molecular simulation of equal density temperature in CCS under geological sequestration conditions. Greenhouse Gases Sci Technol 10:90–102. https://doi.org/10.1002/ghg.1929
Zagorščak R, Thomas HR (2018) Effects of subcritical and supercritical CO2 sorption on deformation and failure of high-rank coals. Int J Coal Geol 199:113–123. https://doi.org/10.1016/j.coal.2018.10.002
Zeng ZW, Ma J, Liu LQ, Liu TC (1995) AE b-value dynamic features during rockmass fracturing and their significances. Seismol Geol 001:7–12. https://doi.org/10.1088/0256-307X/12/7/010
Zhang KZ, Cheng YP, Li W, Wu DM, Liu ZD (2017) Influence of supercritical CO2 on pore structure and functional groups of coal: Implications for CO2 sequestration. J Nat Gas Sci Eng 40:288–298. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2017.02.031
Zhang LM, Ma SQ, Ren MY, Jiang SQ, Wang ZQ, Wang JL (2015) Acoustic emission frequency and b value characteristics in rock failure process under various confining pressures. Chin J Rock Mech Eng 034:2057–2063. https://doi.org/10.13722/j.cnki.jrme.2015.1044
Zhang X, Ranjith PG, Ranathunga AS, Li D (2018) Variation of mechanical properties of bituminous coal under CO2 and H2O saturation. J Nat Gas Sci Eng 61:158–168. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2018.11.010