一种煤炭地下气化的腔体演化模拟方法及装置与流程

本技术涉及煤炭清洁利用，尤其涉及一种煤炭地下气化的腔体演化模拟方法及装置。

背景技术：

1、随着浅层矿物资源趋于枯竭，矿物开采逐级向地下深处迈进，其中煤炭地下气化技术(ucg)是解决深部煤炭原位开发的有效手段之一，该技术是将处于地下的煤炭在原位进行有控制的燃烧，通过煤的热解以及与氧气、水蒸气等发生的一系列化学作用产生co、h2、ch4等可燃气体，综合开发清洁能源与生产化工原料，有效利用深部煤炭和不可采煤炭的新技术。

2、深部煤炭地下气化工艺是一个包含固-流-热-化多场耦合的复杂过程，需要在煤体原位赋存条件下开展研究。现有技术中，气化剂-煤相互作用下气化区扩展规律的研究主要集中在浅层煤炭地下气化领域，而在深部煤炭地下原位气化领域尚属空白，此问题亟待解决。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本技术实施例提供一种煤炭地下气化的腔体演化模拟方法及装置，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。

2、第一方面，本技术提供一种煤炭地下气化的腔体演化模拟方法，包括：

3、根据预先构建的应力应变模型、气体运移模型、化学反应模型及能量平衡模型生成煤炭地下气化的多场耦合本构模型；

4、根据所述多场耦合本构模型建立煤炭地下气化的有限元初始模型；

5、根据煤层实际赋存条件及所述有限元初始模型模拟煤炭地下气化的腔体演化过程。

6、进一步地，预先构建的应力应变模型、气体运移模型、化学反应模型及能量平衡模型的步骤包括：

7、根据获取的区块地质参数及岩石力学参数构建应力应变模型；

8、根据获取的初始流体参数构建气体运移模型；

9、根据煤炭地下气化反应构建化学反应模型；

10、基于热平衡状态构建能量平衡模型。

11、进一步地，所述气体运移模型包括瓦斯运移模型及水蒸气运移模型；所述根据获取的初始流体参数构建气体运移模型，包括：

12、根据所述初始流体参数及瓦斯运移机制构建所述瓦斯运移模型；

13、根据所述初始流体参数及水蒸气运移机制构建所述水蒸气运移模型。

14、进一步地，所述根据预先构建的应力应变模型、气体运移模型、化学反应模型及能量平衡模型生成煤炭地下气化的多场耦合本构模型，包括：

15、根据所述煤岩孔隙度演化模型生成渗透率演化模型；

16、利用所述煤岩孔隙度演化模型、所述渗透率演化模型、获取的气体体积模型及理想气体状态模型将所述应力应变模型、所述气体运移模型及所述能量平衡模型交叉耦合，并结合所述化学反应模型，得到所述多场耦合本构模型。

17、进一步地，所述根据所述多场耦合本构模型建立煤炭地下气化的有限元初始模型，包括：

18、根据预设的几何参数构建二维几何模型；

19、根据所述二维几何模型及所述多场耦合本构模型建立所述有限元初始模型。

20、进一步地，所述根据煤层实际赋存条件及所述有限元初始模型模拟煤炭地下气化的腔体演化过程，包括：

21、根据所述煤层实际赋存条件及所述有限元初始模型生成有限元模型；

22、利用所述有限元模型模拟煤炭地下气化的腔体演化过程。

23、进一步地，所述根据所述煤层实际赋存条件及所述有限元初始模型生成有限元模型，包括：

24、根据煤层实际赋存条件生成多场边界条件；

25、对所述有限元初始模型的参数进行非均质赋值，得到非均质参数；

26、将所述多场边界条件及所述非均质参数输入所述有限元初始模型，得到所述有限元模型。

27、进一步地，所述利用所述有限元模型模拟煤炭地下气化的腔体演化过程，包括：

28、利用所述有限元模型及获取的初始地应力平衡参数确定腔体边界特征；

29、根据所述腔体边界特征确定煤炭地下气化的腔体演化过程。

30、进一步地，在所述利用所述有限元模型及获取的初始地应力平衡参数确定腔体边界特征之前，还包括：

31、根据所述应力应变模型建立力学模型；

32、利用所述力学模型进行稳态计算，得到初始地应力平衡参数。

33、第二方面，本技术提供一种煤炭地下气化的腔体演化模拟装置，包括：

34、本构模型生成单元，用于根据预先构建的应力应变模型、气体运移模型、化学反应模型及能量平衡模型生成煤炭地下气化的多场耦合本构模型；

35、有限元初始模型建立单元，用于根据所述多场耦合本构模型建立煤炭地下气化的有限元初始模型；

36、腔体演化模拟单元，用于根据煤层实际赋存条件及所述有限元初始模型模拟煤炭地下气化的腔体演化过程。

37、进一步地，还包括：

38、应力应变模型构建单元，用于根据获取的区块地质参数及岩石力学参数构建应力应变模型；

39、气体运移模型构建单元，用于根据获取的初始流体参数构建气体运移模型；

40、化学反应模型构建单元，用于根据煤炭地下气化反应构建化学反应模型；

41、能量平衡模型构建单元，用于基于热平衡状态构建能量平衡模型。

42、进一步地，所述气体运移模型构建单元包括：

43、瓦斯运移模型构建模块，用于根据所述初始流体参数及瓦斯运移机制构建所述瓦斯运移模型；

44、水蒸气运移模型构建模块，用于根据所述初始流体参数及水蒸气运移机制构建所述水蒸气运移模型。

45、进一步地，所述本构模型生成单元，包括：

46、渗透率演化模型生成模块，用于根据所述煤岩孔隙度演化模型生成渗透率演化模型；

47、本构模型生成模块，用于利用所述煤岩孔隙度演化模型、所述渗透率演化模型、获取的气体体积模型及理想气体状态模型将所述应力应变模型、所述气体运移模型及所述能量平衡模型交叉耦合，并结合所述化学反应模型，得到所述多场耦合本构模型。

48、进一步地，所述有限元初始模型建立单元，包括：

49、二维几何模型构建模块，用于根据预设的几何参数构建二维几何模型；

50、有限元初始模型建立模块，用于根据所述二维几何模型及所述多场耦合本构模型建立所述有限元初始模型。

51、进一步地，所述腔体演化模拟单元，包括：

52、有限元模型生成模块，用于根据所述煤层实际赋存条件及所述有限元初始模型生成有限元模型；

53、腔体演化模拟模块，用于利用所述有限元模型模拟煤炭地下气化的腔体演化过程。

54、进一步地，所述有限元模型生成模块，包括：

55、多场边界条件生成子模块，用于根据煤层实际赋存条件生成多场边界条件；

56、非均质参数生成子模块，用于对所述有限元初始模型的参数进行非均质赋值，得到非均质参数；

57、有限元模型生成子模块，用于将所述多场边界条件及所述非均质参数输入所述有限元初始模型，得到所述有限元模型。

58、进一步地，所述腔体演化模拟模块，包括：

59、腔体边界特征确定子模块，用于利用所述有限元模型及获取的初始地应力平衡参数确定腔体边界特征；

60、腔体演化过程确定子模块，用于根据所述腔体边界特征确定煤炭地下气化的腔体演化过程。

61、进一步地，还包括：

62、力学模型建立单元，用于根据所述应力应变模型建立力学模型；

63、稳态计算单元，用于利用所述力学模型进行稳态计算，得到初始地应力平衡参数。

64、第三方面，本技术提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的方法。

65、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的方法。

66、第五方面，本技术提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的方法。

67、本技术提供的煤炭地下气化的腔体演化模拟方法及装置，通过根据预先构建的应力应变模型、气体运移模型、化学反应模型及能量平衡模型生成煤炭地下气化的多场耦合本构模型；根据所述多场耦合本构模型建立煤炭地下气化的有限元初始模型；根据煤层实际赋存条件及所述有限元初始模型模拟煤炭地下气化的腔体演化过程，实现了深层煤炭地下气化腔体建模和发育过程全维度预测，能够模拟不同注入条件下煤层气化腔边界特征，确定不同煤炭地下气化特征场对腔体演化规律影响，为原位温压条件下气化工艺参数优化提供技术支撑。其中，对模型参数进行非均质赋值，提高了模型的性能。