Geri Dön

Modeling of enhanced coalbed methane recovery from Amasra coalbed in Zonguldak coal basin

Zonguldak kömür havzası Amasra kömür yatağından geliştirilmiş metan gazı üretiminin modellenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 201795
  2. Yazar: ÇAĞLAR SINAYUÇ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. FEVZİ GÜMRAH
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Kömür Yatağı Gazı, Geliştirilmiş Kömür Yatağı Gazı, Karbon dioksit Bertarafı, Zonguldak, Coalbed Methane, Enhanced Coalbed Methane, Carbon dioxide Sequestration, Zonguldak
  7. Yıl: 2007
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 382

Özet

İnsan kaynaklı sera gazlarının artması iklim değişikliğinin ana nedenidir. CO2 bu gazlar içerisinde başlıcasıdır. Karbon dioksitin kömür gibi jeolojik yapılar içerisinde depolanması umut verici bir yöntemdir. Kömür, karbon dioksitin güvenli olarak depolanması ve metan üretimi için kullanılabilir. Karbon dioksitin kömür damarlarına basılması ile metan serbest kalırken CO2 kömür matrikslerinde tutunmaktadır. Bu işleme geliştirilmiş kömür yatağı metan üretimi denilmektedir (ECBM). Zonguldak Kömür Havzası Türkiye'nin en önemli kömür kaynaklarından birisidir. Bartın-Amasra sahasındaki kömür damarları göreceli olarak diğer bölgelere göre daha derinde olduğundan şimdiye kadar detaylı olarak incelenememiştir. Bartın- Amasra sahasının bir bölümü ECBM için uygun bulunmuştur. Türkiye Taş Kömürü Kurumundan (TTK) alınan litolojik bilgiler kullanılarak kömür damarları viii arasında korelasyon derinlik ve kuyu lokasyonları ölçekli hale getirilerek gerçekleştirilmiştir. Bu korelasyona göre devamlılığı olan 63 adet kömür katmanı belirlenmiştir. Monte Carlo simülasyon metodu kullanılarak bu katmanların her birinde istatistiksel metan rezerv tahmini yapılmıştır. Bu gibi risk analizi çalışmalarında belirsizlik önemli bir faktördür. Bu yüzden sonuçlar P10, P50 ve P90 olasılık ihtimallerine göre belirlenmiştir. CMG-GEM Modulü kullanılarak karbondioksit ile ECBM üretimi 26 nolu kömür katmanı modellenerek gerçekleştirilmiştir. Yapılan simülasyonlar ile gazın kömüre tutunması, çatlak sıklığı, sıkıştırılabilirlik, yoğunluk, geçirgenlik, geçirgenliğin yönlere göre değişimi, gözeneklilik ve su doymuşluğu parametrelerinin değişimlerinin etkileri simülasyon yöntemi ile incelenmiştir. Belirlenen tüm kömür katmanlarında serbest ve tutunmuş olarak bulunan yerinde gaz miktarı tahminsel hesaplamalar ile 2.07 milyar m3 mümkün rezerv (P10), 1.35 milyar m3 olası rezerv (P50) ve 0.86 milyar m3 kanıtlanmış rezerv olarak tahmin edilmiştir. Amasra kömür rezervi su ile doygun olmadığından, toplam yerinde gaz miktarının yaklaşık %10'luk bir kısmı çatlaklarda serbest gaz olarak bulunmuştur. 26 nolu kömür katmanı 16.6 km2'lik bir alana, 1.9 m ortalama kalınlığa ve 545 m ortalama derinliğe sahiptir ve Karadon formasyonunda bulunmaktadır. P50 rezerv tahmini matrikste 0.18 milyar m3 ve çatlakta 0.018 milyar m3 olarak yapılmıştır. Çatlak gözenekliliğindeki azalma, sıkışma ve şişme etkileri eklendiğinde daha az olmakla beraber, çatlak gözenekliliğine bağlı olarak çatlak geçirgenliğinde oluşan düşüş metan üretimini de azaltmıştır. Karbon dioksit basılması ile metan üretimi CBM üretimine göre %23 oranında daha yüksek gerçekleşmiştir. CO2 üretiminin başlamasıyla üretim kuyularının kapatılmasının metan üretimine başlangıçta olumsuz etkisi olmakla beraber, kuyuların kapalı veya açık kalması arasında nihai metan üretimi açısından bir fark bulunmamıştır. Ancak üretimin kesilmesi daha fazla CO2'in bertaraf edilmesini sağlamıştır. ix Referans durumda basılan yıllık 5192 ton karbon dioksit ile Zonguldak Çatalağzı Santralının yıllık karbon dioksit emisyonunun sadece % 0.3'lük bir kısmı bertaraf edilebilmiştir. 26 numaralı kömür katmanı yerinde gaz kapasitesinin Amasra A bölgesi toplam kapasitesinin %15'i kadar olması nedeniyle, karbon dioksit depolanması yerine ECBM üretimini hedefleyen bir proje daha uygun bulunmuştur. İlk aşamada su üretimi gerektiren suya doygun kömür rezervlerinin aksine, kuru kömür rezervuarlarında karbon dioksit basılmasına metan üretimi başlar başlamaz geçilebilmiştir. Çatlak geçirgenliği, kömür rezervlerinin en önemli parametrelerinden biri olarak, metan üretim debisini etkilemiştir. Çatlak gözenekliliği yüksek olan sistemlerde daha fazla serbest gaz olduğu gözlemlenmiştir. Çatlak gözenekliliğindeki artışla beraber toplam metan üretiminin artmasına rağmen, metan üretim yüzdeleri değişmemiştir. Çatlak sıklığı ne kadar az olursa çatlak ile matriks arasındaki akış hızı o denli yüksek olur. Kömür matriksinden gaz salınım hızı ve sonrasında `butt' ve `face' olarak adlandırılan çatlaklara difüzyon hızı çatlaktaki akış hızından daha fazla olduğundan üretim akışla sınırlı ya da basınç yönlendirmeli olmuştur ve Darcy kanunu ile tanımlanmıştır. Kömür yoğunluğu daha fazla olduğunda metan üretimi daha fazla olmuştur. Kömürün sıkıştırılabilirliğindeki değişiklik rezerv basıncındaki değişiklik ile çatlak gözenekliliğini ve dolayısıyla çatlak geçirgenliğini çok az etkilemiştir. Langmuir hacmi maksimum tutunma kapasitesi olarak tanımlanmaktadır. Kozlu formasyonu (Karadon formasyonundan daha derin) daha az Langmuir hacmine sahip olmasına rağmen Langmuir basıncı Karadon formasyonuna göre daha az olduğundan daha fazla nihai metan üretimi olmuştur. Referans durumda (Karadon formasyonu), daha yüksek bir Langmuir hacmi olmasına rağmen, daha az metan üretimi gerçekleşmiştir. Geçirgenliğin yöne bağlı olarak değişmesi durumunda CO2-CH4 cephesi elips şeklinde gelişmiştir.

Özet (Çeviri)

The increased level of greenhouse gases due to human activity is the main factor for climate change. CO2 is the main constitute among these gases. Subsurface storage of CO2 in geological systems such as coal reservoirs is considered as one of the promising perspectives. Coal can be safely and effectively utilized to both store CO2 and recover CH4. By injecting CO2 into the coal beds, methane is released with CO2 adsorption in the coal matrix and this process is known as enhanced coal bed methane recovery (ECBM). Zonguldak Coal Basin is one of the Turkey?s important coal resources. Since the coal seams in Bartın-Amasra field are found relatively deeper parts of the basin comparing to other places, this basin was not studied detailed enough yet. Bartın- Amasra basin was found convenient for enhanced coalbed methane recovery. The lithologic information taken from the Turkish Hard Coal Enterprise (TTK) was v examined and the depths of the coal seams and the locations of the wells were visualized to perform a reliable correlation between seams existed in the area. According to the correlations, 63 continuous coal layers were found. A statistical reserve estimation of each coal layer for methane was made by using Monte Carlo simulation method. Uncertainty is an important parameter in risk analysis, for this reason the results were determined at probabilities of P10, P50 and P90. Enhanced coalbed methane recovery was simulated with CMG-GEM module using Coal Layer #26 which has more initial gas in place. The effects of adsorption, cleat spacing, compressibility, density, permeability, permeability anisotropy, porosity and water saturation parameters were examined in enhanced coalbed methane recovery by the simulation runs. The initial methane in place found in all these coal layers both in free and adsorbed states were estimated using probabilistic calculations resulted in possible reserve (P10) of 72.97 billion scf, probable reserve (P50) of 47.74 billion scf and proven reserves (P90) of 30.46 billion scf. Since the Amasra coal reservoir is not saturated with water, almost 10% of the total gas in place was found to be in the cleats as free gas. Coal layer #26 has an area of 4099 acres, average thickness of 6.23 ft and depth of 545 m (Karadon formation). P50 reserve estimation was 6.47 billion scf in matrix and 0.645 billion scf in fracture. Although the decrease in cleat porosity was less when shrinkage and swelling effects included, the decrease in cleat permeability as a function of porosity diminished the methane production. Cumulative methane production was enhanced with the injection of carbon dioxide (ECBM) approximately 23% than that of CBM recovery. Although closing the wells to production because of CO2 breakthrough had a negative effect on methane production initially, there was no difference between ultimate methane productions whether the wells remained open or closed, but more carbon dioxide was sequestered when the production ceased at the wells. vi Injected carbon dioxide amount of 5192 tonnes/year in base case was only capable to sequester only 0.3% of the yearly carbon dioxide emission of Zonguldak Çatalağzı Power Plant nearby. Considering the gas in place capacity of the coal layer #26 as 15% of the resource area-A, it can be said that the project aiming ECBM recovery rather than carbon dioxide sequestration would be successful. In spite of water saturated coal reservoirs where the water production is required initially, it can be possible to start immediately the injection of CO2 with methane production for a dry coal reservoir. Cleat permeability being one of the most crucial parameter in the coal reservoir affected the rate of methane production. The more free gas was found in higher porosity cleat systems. Although the cumulative methane production was increased when the cleat porosity rose, methane recovery percentages were remained almost constant. The lower the cleat spacing the higher the rate of transfer between fracture and matrix was observed. The rate of gas desorption from the coal matrix and subsequent diffusion to both butt and face cleats was higher than the rate of flow in the face cleats, then production was flow-limited, pressure-driven and was defined by Darcy?s Law. The cumulative CH4 production was higher when the coal was denser. The change in coal compressibility affected slightly the cleat porosity and therefore the cleat permeability due to the change in reservoir pressure. Langmuir volume is defined as maximum adsorption capacity. Kozlu formation (deeper than Karadon formation) having lower Langmuir volume resulted in higher ultimate recovery because of lower Langmuir pressure than that of Karadon formation. In base case (Karadon formation), although the higher Langmuir volume was used, less methane production was observed. Permeability anisotropy generated the CO2- CH4 front in elliptic shape.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    176929

    Modeling the effects of variable coal properties on methane production during enhanced coalbed methane recovery

    Geliştirilmiş kömür yatağı metan gazı kurtarımında değişken kömür özelliklerinin metan üretimine olan etkisinin modellenmesi

    HÜSEYİN ONUR BALAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FEVZİ GÜMRAH

  2. Tez No

    76079

    Modeling of sorption and investigation of flow mechanisms of coalbed gas

    Kömür yatağı gazının yüzeye tutulmasının modellenmesi ve akış mekanizmasının araştırılması

    CEVAT ÖZGEN KARACAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ENVER OKANDUN

  3. Tez No

    859865

    Modeling of the marine diesel engines with comparative machine learning methodologies

    Gemi dizel motorların karşılaştırmalı makine öğrenmesi yöntemleri ile modellenmesi

    MEHMET İLTER ÖZMEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL

  4. Tez No

    722282

    Utilization of reservoir characterization and hydraulic fracturing for reservoir sti̇mulation modeling of enhanced geothermal systems (EGS)

    Geliştirilmiş jeotermal sistemler (GJS) için rezervuar karakterizasyonu ve hidrolik çatlatma yöntemiyle rezervuar stimulasyon modellemesi

    ÖZGÜN BOZDOĞAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA KEREM KOÇKAR

    DR. GENCE GENÇ ÇELİK

  5. Tez No

    402762

    Numerical modeling of heat transport for ground-coupled heat pump (GCHP) systems and associated life cycle assessments

    Başlık çevirisi yok

    AYŞE ÖZDOĞAN DÖLÇEK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Jeoloji MühendisliğiUniversity of Wisconsin-Madison

    PROF. JAMES TINJUM

    PROF. CHRISTOPHER CHOI

Geri Dön