Designing independent water transport channels to improve water flooding in ultra-thin nanoporous film cathodes for PEMFCs

Utilization of 3D nanostructured Pt cathodes could obviously improve performances of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) owing to the reduced tortuosity and the bi-continuous nanoporous structure. However, these cathodes usually suffer from the flooding problem ascribed to the ionomer-free and nanoscale pores which are more susceptible to water condensation. In this paper, ultra-thin nanoporous metal films (100 nm) were utilized to construct PEMFC cathodes and independent transport channels were designed separately for water and gas aiming at the flooding problem. Nanoporous gold (NPG) film was used as the model support for loading Pt nanoparticles owing to its controllable and stable structure. After optimizing the polytetrafluoroethylene (PTFE) content and carbon loading in the gas diffusion layer (GDL), plasma treatment under O₂ atmosphere was used to pattern the GDL with independent water transport channels. The obtained liquid permeation coefficients and oxygen gains demonstrated the obviously improved water and O₂ transport. By using a home-made optimized GDL and a nanoporous film cathode with pore size ～60 nm, the flooding problem could be facilely solved. With a Pt loading of ～16 μg cm^?2, this 3D nanostructured cathode exhibits a PEMFC performance of ～957 mW cm^?2 at 80 °C. The Pt power efficiency is about 4 times higher than that of the commercial Pt/C cathode (50 μg cm^?2, 756 mW cm^?2). Obviously, this study provides a simple but effective methodology to solve the water flooding problem in the ultra-thin nanoporous film cathodes which is applicable for other types of 3D nanostructured PEMFC cathodes.     

CO2驱沥青质沉积对致密储层的伤害机理——以鄂尔多斯盆地延长组长8储层为例

为了揭示CO2驱替过程中沥青质沉积对致密储层的伤害机理,文中基于岩心核磁共振T2谱测试原理,开展了CO2注入压力下的岩心驱替实验,研究了沥青质在岩心中的沉积特征,评价了沥青质沉积对储层的伤害程度。实验结果表明:沥青质沉积量和渗透率伤害率随着CO2注入压力的升高呈现先快速上升后趋于平缓的趋势;在CO2注入过程中,沥青质主要沉积在弛豫时间大于10 ms的大、中孔隙,导致大、中孔隙占比下降,微细、小孔隙占比增加,且随着CO2注入压力的升高,大、中孔隙占比下降幅度增大,微细、小孔隙占比上升幅度增大;此外,沥青质沉积会引起润湿性发生反转,随着沥青质沉积量的增加,润湿反转指数增大,岩心润湿性不断向强油湿方向转变。     

油藏中分散非连续残余油膜的驱替机理分析

水驱后的残余油膜将贴于孔隙壁面，为壁面边界层流体，处于三相界面的包围和共同作用下。目前的调研结果显示，油膜的组成及力学特性沿孔壁方向上是变化的。在化学驱过程中油膜不仅受到驱油剂的驱替作用。还受驱油剂／油界面张力、油／固体界面张力及驱油剂／固体界面张力的阻碍作用。由于油膜组成、力学特性及相间作用的复杂性．以往对油膜驱替机理的研究都是从微观实验的角度对现象作观察和定性解释。本文根据水驱后残余油膜在油藏孔隙中存在的特点，提出了油膜驱替的简化模型。基于油膜驱替的微观实验，采用数值方法从定量的角度分别计算了不同黏弹性驱油剂在不同的驱油剂／原油界面张力作用下对残余油膜的驱替效率。考察了驱油剂的流变性、驱油剂／油界面张力、驱替速度等因素对驱替不同厚度油膜的影响规律。进一步探讨了驱油剂／原油界面特性和流变性在驱替残余油中的综合作用。研究结果表明，驱油剂对油膜的驱替始于驱油剂／油界面，要同时克服驱油剂／油界面约束力和油膜的屈服应力。降低界面张力、增强驱油剂的黏弹性、增加驱替速度，有利于提高驱替残余油膜的驱替效率。适当增加驱油刑的黏弹性可以放宽驱替薄油膜时对超低界面张力的要求。图13参9。     

MD膜驱剂的粘土稳定性研究Ⅰ.静态试验

粘土的膨胀和分散是引起地层伤害的两个重要因素。通过测定Zeta电位、XRD、悬浮液透光率、FT-IR考察了MD膜驱剂（MDFFA）对粘土稳定性的作用。结果表明，MDFFA的浓度低于0．3 mmol／g（以蒙脱土质量计）时，蒙脱土悬浮液Zeta电位的提高是由于膜驱剂分子的吸附改变了蒙脱土的层电荷；高于此浓度时，Zeta电位进一步提高是由于双电层的压缩。随着MDFFA浓度的增大，蒙脱土的完全膨胀层向部分膨胀层转化，并且经水冲洗、浸泡后，其XRD谱峰位置变化不大。较高浓度的MDFFA，能有效地抑制蒙脱土的分散，且不会形成对地层有害的絮凝体。MDFFA使蒙脱土层间水的含量明显降低。     

高压变频技术在油田注水系统中的应用与节能分析

油田注水系统的耗电量一般占整个油田生产耗电的40％-60％,因此降低注水系统的能耗可显著降低油田的生产成本。常规的通过调节阀门开启度来达到调节注水泵出口压力和流量的作法,会使很大一部分能量造成浪费,要解决这个问题,可以采取对注水泵进行调速的方法。文章论述了通过高压变频技术对注水泵进行调速,从而达到节能效果的基本原理;对一台恒速泵和一台变频调速泵并联运行时的效率进行了分析,并对应用实例进行了计算,注水站的效率比原来提高了9．04％,收到了显著的节能效果。     

孤岛油田西区聚合物驱开发研究

孤岛油田西区注聚区1997年3月投入注聚后，高渗层得到有效封堵，吸水剖面得到明显改善。注聚期间，通过实施注聚区外围水井降水或停注、油井放大生产压差和调整注聚井注入速度等开发措施，扩大了聚合物波及体积，聚合物驱取得了明显效果。     

文72块沙三中油藏天然气驱可行性试验研究

根据文南油田72块沙三中油藏的性质和流体特征，通过室内细管驱替试验和长岩心驱替试验研究，表明注入天然气组成达到一定比例和注入气和温度大于某一临界值，就可以对该油藏进行注烃类气体混相驱，说明注气开发是可行的，并能够提高油藏的采收率。     

FW调剖技术及应用

应用FW调剖技术有针对性地对 119口非钻停井区注水井采取了 4种精细调剖方案 ,对比了化学浅调剖应用前后注水井层间矛盾的缓解 ,纵向上吸水剖面的改善 ,注水量和吸水指数的变化及渗流能力的变化。结果表明 ,注水井化学浅调剖后 ,井区的连通油井明显受效 ,获得较高的增油量 ,水驱的开发效果得到改善。化学浅调剖可以有效地封堵高渗透层 ,扩大低渗透层注入水的波及体积 ,减缓注水井层间矛盾 ,实现了对注水井吸水剖面的有效调整 ,这对深化注水结构调整、挖掘各类油层潜力、提高储量动用程度有显著的效果。     

胡状集油田胡5-15井区天然混合羧酸盐/黄胞胶驱油先导试验

报道了在室内实验研究中得到的混合天然羧酸盐/烷基磺基甜菜碱/黄胞胶复合驱油段塞结构:预冲洗段塞,10g/LKCl溶液;前置聚合物段塞,1500mg/L黄胞胶溶液;主驱油段塞,1.5×104mg/L混合天然羧酸盐+800mg/L烷基磺基甜菜碱DSB+800mg/L黄胞胶+5×103mg/L复碱(质量比1∶1的Na2CO3+NaHCO3)溶液;后置聚合物段塞,1000mg/L黄胞胶溶液。在岩心流动实验中0.3PV主段塞在水驱基础上提高采收率18.19%。胡状集油田胡5 15井区采出程度18.48%,油藏温度86℃,地层水矿化度1.7×105mg/L,Ca2+浓度4799mg/L,Mg2+浓度830mg/L,有油、水井各5口,综合含水已达96%(92%～99%)。从2000 01 24到2001 03 20,在5口注水井中依次注入预冲洗液2920m3,前置液2920m3,主驱油液49640m3(除一口井外均不加复碱),后置液2920m3,5口油井均见效,一些油井有效期超过20个月,油井产油量增加,含水下降,自然递减降低62.7%,采油速度升高0.46%。图3表2参3。     

特低渗油藏渗流特征及增产技术研究

从特低渗储层渗流机理研究出发，分析了其渗流规律——非达西渗流特征；根据储层中上覆岩石围压变化，通过室内试验表述了其对渗透率伤害。研究提出了改善渗流特征的注水条件、井网优化和压裂对策，可以有效提高这类油藏的开发效果。