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.     

油藏中后期减氧空气驱提高采收率机理研究

尕斯库勒油田E¹₃油藏已经进入高含水时期，储采失衡加剧，综合含水率达到了80%以上，原油产量下降，经济效益变差。为了提高油藏原油采出程度、改善油藏开发效果，调研了国内外减氧空气驱的机理研究以及现场试验的资料，建立了以油藏真实孔渗饱数据为基础的一维条形地层机理模型，并选取该油藏Y12-27井组进行了减氧空气驱可行性验证。研究表明:纵向顶部减氧空气驱驱油效果优于水驱和氮气驱；驱替压力对原油采出程度影响不大；注水转注气可以提高原油采出程度；对于减氧空气驱，由于低温氧化反应的作用，氧气浓度对原油采出程度有一定影响，但比较微弱，其中，氧气浓度为10%时，驱替结束采出程度最高；尕斯库勒油田E¹₃油藏属于注水开发“双高”油藏，适用于减氧空气驱；对于该油藏Y12-27井组，顶部减氧空气驱驱油效果好于水驱和氮气驱，建议氧气浓度超过10%时采取关井等措施。     

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。     

裂缝性低渗透油藏注采系统调整技术研究

裂缝性低渗透油藏，在正方形井网反九点注水方式开发过程中，表现出与裂缝走向一致的注采井见效快，含水上升快，甚至暴性水淹，而与裂缝走向垂直的注采井见效差，地层压力低、油井产液能力低。为此，通过对裂缝性低渗透油藏由反九点注水转线状注水渗流特点、油水井数比影响因素和注采系统调整作用的探讨，结合外围朝阳沟和头台等裂缝性低渗透油田注采系统调整效果，提出了适合外围油田不同裂缝走向与井排方向夹角井网转线状注水的合理调整方式，为裂缝性低渗透油田注采系统调整提供了理论和实践依据。     

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。     

复合体系超低界面张力和碱在驱油过程中的实际作用

以物理模拟实验结果为依据并结合理论分析发现，在实际油藏的驱油过程中，础活性剂／聚合物（ASP）复合体系与原油的超低界面张力对于启动残余油滴和降低毛管阻力的作用均比以往所推断的要小；为使油／水界面张力达到超低而加入的大量强碱，将导致储层矿物的溶蚀、地层和井筒的严重结垢以及产出液的深度乳化，这对于复合驱的总体效果和效益都是不利的。因此，对于复合体系超低界面张力和碱在驱油过程中的实际作用研究应予以客观的评价，对于非超低界面张力体系驱油实际效果的研究应引起足够的重视.     

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。     

仑16块泡沫辅助混气水驱先导性试验研究

百色盆地子寅油田仑16块砂岩油藏已进入特高含水开发后期,水驱剩余可采储量少,注水开发效果差。为提高区块采收率和开发效果,借鉴百色油田灰岩裂缝性油藏空气泡沫驱的成功经验,开展了泡沫辅助混气水驱先导性试验。试验结果表明,在地层温度49·5℃的低温轻质油藏中,注入的空气与地层残余油可以发生低温氧化(LTO)反应,产出气中氧含量低于2·6%,未出现气窜现象;对应油井产油上升、含水下降,预计最终采收率将提高10%左右,投入产出比大于1∶3·2。该试验的成功对砂岩油藏注水开发后期提高采收率具有重要的指导意义。     

新站油田大401区块裂缝治理探讨

新站油田大401区块投入开发后，通过取心观察、测井、无源微地震法监测结果和动态变化等综合分析证实，储层中发育天然裂缝。由于裂缝的存在，近几年出现注水后油井见水快、见水后含水上升快、产量下降快等矛盾。虽然通过采取定压注水、注水调整与整体调剖等一系列措施初步缓解了平面和层间矛盾，但从根本上仍未找到治理裂缝的好方法。在剖析油田存在矛盾的原因之后，对油田下步开发提出了几点建议，希望能对新站油田及类似油田的开发起到借鉴作用。