Surveillance de la zone de gazéification et de son comportement dans la gazéification souterraine du charbon par technique d'émission acoustique au lieu de mesure de température

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9757 (2023) Citer cet article

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La gazéification souterraine du charbon (UCG) nécessite une surveillance de la zone de gazéification car le processus de gazéification est invisible et la température de réaction dépasse 1 000 °C. De nombreux événements de fracturation survenus en raison du chauffage du charbon peuvent être capturés grâce à la technique de surveillance des émissions acoustiques (AE) pendant l'UCG. Cependant, les conditions de température permettant de générer des événements de fracturation lors de l'UCG n'ont pas encore été clarifiées. Par conséquent, l’expérience de chauffage du charbon et l’expérience UCG à petite échelle sont menées en mesurant la température et les activités AE dans cette recherche afin d’examiner l’applicabilité de la technique AE au lieu de la mesure de la température comme méthode de surveillance pendant l’UCG. En conséquence, de nombreux événements de fracturation sont générés lorsque la température du charbon change radicalement, en particulier lors de la gazéification du charbon. En outre, les événements AE augmentent dans le capteur à proximité de la source de chaleur et les sources AE s'étendent considérablement avec l'expansion de la région à haute température. La surveillance AE est une technique efficace pour estimer la zone de gazéification pendant l'UCG au lieu de la surveillance de la température.

La demande en énergie augmente de jour en jour avec la croissance économique et démographique mondiale. Le charbon reste une ressource énergétique importante en tant qu'énergie primaire en raison de ses réserves importantes et de sa moindre omniprésence régionale. Cependant, de nombreuses ressources en charbon restent sans excavation pour des raisons technologiques et économiques liées aux systèmes miniers conventionnels. La gazéification souterraine du charbon (UCG) est une technique permettant de récupérer l'énergie du charbon souterrain par gazéification in situ. UCG contribue à améliorer le taux de valorisation énergétique du charbon car il permet de récupérer l'énergie du charbon inexploité. De plus, les agents d'injection et la température de la veine de charbon affectent la composition du gaz produit, par exemple, l'injection de vapeur améliore la production d'hydrogène1,2,3. L’UCG constitue donc une option prometteuse pour améliorer la récupération de l’énergie du charbon en tant que technologie propre du charbon. Dans l'UCG, le gaz produit peut être amélioré en élargissant la zone de gazéification à haute température. D’autre part, l’expansion excessive de la zone de gazéification entraîne plusieurs problèmes environnementaux tels que des fuites de gaz, une déformation du sol environnant et une pollution des eaux souterraines4,5,6. Par conséquent, l’UCG a besoin d’un système de surveillance pour contrôler la zone de gazéification.

La zone de gazéification de l'UCG peut être supposée avec la température du charbon7,8. Cependant, il est pratiquement difficile de mesurer les températures des veines de charbon sur le site même de l'UCG. Au lieu de mesurer la température, certaines techniques ont été introduites pour surveiller la zone de gazéification de l'UCG. L'application de techniques de surveillance géophysique a été discutée, telles que la tomographie par résistance électrique9, la méthode de résistivité électrique10, l'étude en microgravité11 et le géoradar12,13. L'estimation de la croissance de la cavité et de la vitesse de la flamme de gazéification au moyen d'un modèle mathématique a également été décrite14,15,16,17. Cette recherche se concentre sur l'application de l'émission acoustique (AE) pour surveiller la zone de gazéification. La surveillance AE peut être une technique alternative à la mesure de la température, car les micro-sismiques se produiront en raison de l'expansion ou de la contraction du charbon sous chauffage. L'AE se génère simultanément lorsque le matériau génère des fractures, ce qui signifie qu'une surveillance en temps réel peut être réalisée par la surveillance AE. En outre, il est possible d'identifier l'emplacement de l'activité de fracturation en calculant la différence de temps d'arrivée sismique et de coordination des capteurs avec l'analyse de l'emplacement de la source. De nombreux chercheurs ont signalé la génération de fractures lors du chauffage du charbon en raison des différents coefficients de dilatation thermique des minéraux18,19, de la modification de la structure des pores20,21,22 et de la contraction thermique23,24,25. Ding et al.26 ont mesuré le nombre d'AE et l'évolution des fissures avec le chauffage du charbon. Le signal AE est actif en particulier lorsque la largeur de la fissure s'étend en dessous de 300–500 °C. Il a également été rapporté que les signaux AE augmentent avec le chauffage dans des conditions de charge par rapport à sans chauffage .