超临界CO_2管道放空特性研究

大规模长距离输送二氧化碳(CO_2)时一般采用管道输送,管内压降和温降是影响超临界CO_2管道放空安全问题的重要因素。与天然气管道相比,超临界CO_2管道放空时CO_2的降压可能导致管道内低温,甚至形成干冰从而对管道及设备造成损伤,危害管道安全。采用OLGA软件对超临界CO_2管道放空过程参数变化规律进行动态模拟,研究表明:初始压力越高或者初始温度越低,放空时间越长,管内越早产生气液两相,管内最低温度值越小,生成干冰的风险也越大。超临界CO_2管道放空时宜采取加热、保温等措施,使管道内流体保持气态泄放,从而有效防止干冰的生成以及管道低温损伤。     

超临界二氧化碳管道杂质对节流温降的影响

超临界二氧化碳管道输送安全是碳捕集与封存技术(Carbon Capture and Storage,即CCS)的一个重要环节。当超临界管道压力过高时,一般采用节流方式泄放管内高压,节流过程产生的温降可以根据绝热假设进行预测。根据绝热假设及能量守恒关系,通过求解临界节流过程中出口速度与音速的关系式,建立临界节流比与绝热指数关系;烟气二氧化碳中含有杂质,会影响节流过程中产生的温降,根据伯努利方程及等温焓差迭代方法计算节流温降,并依据二元交互作用系数混合规则分析超临界二氧化碳管道中杂质对节流温降的影响。研究结果表明:当二氧化碳中含有的杂质为二氧化硫时,有助于提高节流后的温度,并降低发生干冰堵塞的可能,然而当杂质为氮气时则会进一步降低节流后的温度。通过实例分析给出烟气二氧化碳节流具体操作建议:当采用多级节流时,较高的初始温度可以防止放空管出口处形成干冰。     

温度压力对CO_2泡沫相态和性能影响研究

通过高温高压可视化泡沫仪研究了气态、液态和超临界状态下CO_2泡沫性能。试验结果表明,超临界CO_2形成的泡沫形态介于气态CO_2形成的泡沫和液态CO_2形成的乳状液之间。CO_2泡沫随着压力升高、温度降低均趋于稳定的状态,但压力影响显著。随着温度升高,CO_2泡沫的起泡体积和半衰期降低;随着压力增加,特别是在超临界条件下,CO_2泡沫的起泡和稳泡能力均明显增加。在泡沫封堵试验中,超临界CO_2形成的泡沫阻力因子高于气态和液态CO_2形成的泡沫体系。     

“注入—压裂—返排”全过程的CO_2相态特征——以鄂尔多斯盆地神木气田致密砂岩气藏SH52井为例

为了准确预测压裂过程中流体的相态变化,有效指导矿场CO_2压裂施工设计,以鄂尔多斯盆地神木气田致密砂岩气藏SH52井为例,基于商业软件CMG,建立井筒—地层耦合数值模拟模型,通过对该井的压裂施工动态进行拟合,获得了可靠的数值模拟模型。在此基础上,对CO_2注入—压裂—返排的全过程进行模拟,研究CO_2压裂全过程的流体相态变化特征,以及压裂工艺参数对注入期末井底压力、温度和流体高压物性的影响。研究结果表明:①CO_2从注入到返排的压裂全过程,经历了"液态—超临界态—液态—气态"的相变过程,在注入、造缝和裂缝扩张的过程中,CO_2由液态转变为超临界态,且密度变化显著,介于800～1 100 kg/m~3;②CO_2注入期末,随CO_2总量的增加,井底温度逐渐降低,而井底压力、井底CO_2密度和黏度逐渐增加;③CO_2排量对井底压力、温度及CO_2密度、黏度的影响规律与CO_2总量对其的影响规律总体相似,只是CO_2排量对井底压力的影响程度更大;④当CO_2总量大于400 m3、排量大于4 m3/min后,二者对井底压力、温度和CO_2密度、黏度的影响不再显著。结论认为:所建模型实现了对CO_2压裂过程中流体相态变化特征的准确预测且拟合精度较高、2019-0模型质量可靠,该研究成果为CO_2压裂施工设计的优化提供了技术支撑。     

N_2、CH_4对超临界CO_2管线温降的影响规律

气体杂质的存在会不同程度地对超临界状态下CO_2的物理性质产生影响,进而影响管道的安全运行。为研究N_2、CH_4对超临界CO_2管道沿线温降的影响规律,利用HYSYS软件对含N-2、CH_4的超临界CO_2的物理性质进行模拟计算,在苏霍夫公式的基础上建立超临界CO_2管线的温降模型,利用VB 6.0软件编写温降计算程序,采用循环迭代的方法计算管道沿线温度变化。研究表明,PR方程对含N_2、CH_4的超临界CO_2体系在物理性质模拟计算方面优于其他状态方程;N_2、CH_4的存在使超临界CO_2的密度、黏度减小,比热容、压缩因子增大;正常运行时,管道周围形成稳定的温度场,管内超临界CO_2的沿线温度降低,N_2、CH_4的混入会减小超临界CO_2管道输送过程中的温度衰降。     

含杂质气态CO_2管道减压波传播特性

针对我国现有的气态CO_2管道,结合气液两相流声速计算模型,基于PR方程,建立了气态CO_2管道减压波传播特性的预测模型,并开发了相应的计算程序,分析了不同杂质及其含量、管道断裂初始温度和压力等对气态CO_2管道减压特性的影响。实验结果表明,杂质的混入使得气态CO_2减压波曲线的压力平台降低;气态CO_2管内甲烷含量越高,初始温度越高,初始压力越低,管道断裂扩展的风险越小。该模型可用于预测气态CO_2管道减压波的传播特性,为管材选择、气质要求提供理论参考。     

含杂质气态CO_2管道减压波传播特性北大核心CSCD

针对我国现有的气态CO_2管道,结合气液两相流声速计算模型,基于PR方程,建立了气态CO_2管道减压波传播特性的预测模型,并开发了相应的计算程序,分析了不同杂质及其含量、管道断裂初始温度和压力等对气态CO_2管道减压特性的影响。实验结果表明,杂质的混入使得气态CO_2减压波曲线的压力平台降低;气态CO_2管内甲烷含量越高,初始温度越高,初始压力越低,管道断裂扩展的风险越小。该模型可用于预测气态CO_2管道减压波的传播特性,为管材选择、气质要求提供理论参考。     

不同相态CO_2形成的泡沫体系性能研究

CO2具有气态、液态和超临界态3种不同的相态,不同相态CO2产生的泡沫外观和稳定性差异较大。通过高温高压可视化泡沫仪研究了气态、液态和超临界态下CO2泡沫性能。试验结果表明,超临界态CO2形成的泡沫形态介于气态CO2形成的泡沫和液态CO2形成的乳状液之间。随着温度升高,CO2泡沫的起泡体积、半衰期降低;随着压力增加,特别是在超临界态条件下,CO2泡沫的起泡能力和稳泡能力都明显增加。在泡沫封堵试验中,超临界态CO2形成的泡沫阻力因子高于气态和液态CO2形成的泡沫体系。     

二氧化碳驱油井井口节流特性室内模拟研究

由于二氧化碳驱油井在生产过程中易间歇性出现大量高含二氧化碳伴生气快速上返现象,导致在井口节流环节突发快速温降,进而影响正常生产。因此,针对大庆外围低产、低渗透油田二氧化碳驱油井采出流体的特点,开展了二氧化碳驱油井井口节流特性室内模拟研究,并分析对比了气液比、CO_2含量、压降和液相组分对温降的影响。结果表明:气液比、CO_2含量、压降和液相组分各参数对节流阀前后温降均有影响;节流温降随着流体气液比、压降、气相CO_2含量的增加而增大,但增大速率不同;液相组分对温降的影响与气相中CO_2含量有关,温降效应随着CO_2含量的增加而逐渐明显。     

温度和注入压力对二氧化碳驱油效果的影响规律实验

二氧化碳驱油过程中通过二氧化碳在原油中的溶解而改变原油物性,从而提高采收率,但温度和注入压力对二氧化碳驱油效果及驱替过程中原油物性的影响规律有待深入研究。通过岩心驱替实验及原油物性测试实验对其进行了研究,结果表明,在22℃条件下,原油采收率随注入压力的增加变化较小;在60℃条件下,当二氧化碳为气态时,注入压力对原油采收率影响较小,当注入压力升高使二氧化碳处于超临界状态时,原油采收率会大幅度提高,但换油率迅速下降,而当注入压力高于最小混相压力时采收率增幅变缓。见气时注气量对比结果显示,气态二氧化碳驱比超临界或液态二氧化碳驱更容易发生气窜。产出原油物性分析结果表明,二氧化碳驱过程中,随着生产时间的增加,产出原油组分越来越轻,原油密度和粘度也逐渐减小;相同温度下,随着注入压力的升高,产出原油密度和粘度减小。     

纯CO2的节流特性

CO₂管道输送是碳捕集与封存技术的一个重要环节。当CO₂管道超压时可采用节流方式泄压,但节流易导致管内温度场骤变,有可能会造成干冰堵塞或管道低温损伤,因而研究CO₂节流特性对于CO₂管道安全泄放控制具有重要意义。为此,建立纯CO₂等焓节流模型,给出了考虑相变的CO₂节流后温度的计算方法,并与天然气主要成分CH₄对比,分析了CO₂的焦耳-汤姆逊效应。研究结果表明,处于正常输送工况（20 MPa以下）的CO₂节流时将产生温降效应;由于CO₂临界点温度和压力较高,其节流后容易进入两相区,使温度和密度发生突变。因此,进一步讨论了改变节流控制参数（入口温度、入口压力和出口压力）对节流出口温度的影响。结论认为：①在节流压力一定时,提高入口温度使超临界CO₂不易进入两相区,但使密相CO₂更易进入两相区;②若节流进入两相区,在一定范围内改变入口压力对出口温度没有影响;③当节流入口条件一定时,出口压力为临界压力时是形成两相流的分界压力,出口压力为三相点压力时是形成干冰的分界压力。该研究成果对CO₂管道的节流控制和干冰堵塞预防具有指导意义。     

超临界二氧化碳喷射压裂井筒流体相态控制

为了探索超临界CO2喷射压裂的井筒流体相态控制方法,建立了超临界CO2喷射压裂井筒流动模型,进行了实例计算和分析,并以异常低地温梯度的地层为例研究井筒流体的相态控制问题。结果表明:超临界CO2喷射压裂过程中,随着井深增加,井筒压力逐渐增高,井筒温度先增高后在接近压裂层位处开始降低;井筒压力很容易达到CO2流体的临界压力,井筒温度的控制是超临界CO2喷射压裂相态控制的关键;如果地温梯度过低,压裂层位井筒中的CO2流体将达不到临界温度,影响超临界CO2喷射压裂作业的正常进行,此时提高注入CO2流体的温度,可有效促进压裂层位的CO2成为超临界态。该研究可为超临界CO2喷射压裂技术的流体相态控制提供一定的借鉴。     

超临界CO2压裂裂缝温度场模型

超临界CO₂压裂中,裂缝流体物性变化、相态规律以及裂缝的几何尺寸、导流能力等参数均与裂缝温度场密切相关。针对超临界CO₂无造壁性、滤失能力强的特点,考虑滤失过程中的节流效应,推导了滤失过程中的岩石温度场解析模型及裂缝壁面上的热流函数表达式;以此为基础,考虑裂缝内超临界CO₂压裂液的相态、物性变化,以比焓为研究对象,建立了超临界CO₂压裂裂缝温度场模型。通过实例分析,计算结果表明:随着滤失时间的增加,裂缝壁面上的热流速率逐渐减小,对应位置处的裂缝流体温度逐渐降低;滤失系数越大,裂缝壁面上的热流速率越小,裂缝内流体和周围岩石温度变化越慢。高滤失系数条件下,由于节流效应,滤失流体存在明显的"冷却"过程,会对裂缝温度场产生很大的影响。压裂过程中,裂缝内流体会存在相态的转变,由超临界态转化为液态与超临界态并存,同时近井地带存在生成水合物的风险。     

超临界二氧化碳射流冲击压力参数影响规律

为了探明超临界CO_2射流对岩石冲击压力及其参数影响规律,利用计算流体力学模拟了超临界CO_2射流冲击的三维流场,对比了超临界CO_2射流和水射流的冲击压力,进行了参数影响规律研究。结果表明:在相同条件下,超临界CO_2射流能产生比水射流更强的冲击效果;超临界CO_2射流冲击压力随着喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增大;随着喷距的增大,超临界CO_2射流的冲击压力降低,冲击范围扩大;围压和流体温度的变化对超临界CO_2射流冲击压力的强度和范围的影响极小,在工程应用中可以忽略。研究结果证实了超临界CO_2射流的冲击效果,探明了超临界CO_2射流冲击压力的参数影响规律,为超临界CO_2射流在钻完井工程中的应用提供了指导。     

高—过成熟页岩CH4/N2/CO2混合气体竞争吸附特征与地质意义

为研究高—过成熟页岩对N₂、CH₄及CO₂混合气体的竞争吸附特征及其地质意义,通过混合气体吸附—解吸装置,结合穿透曲线法,对四川盆地周缘NY?1井龙马溪组1 420.90 m、1 422.75 m、1 423.75 m和牛蹄塘组2 261.53 m、2 265.80 m、2 268.37 m 6个深度的岩样,开展了20 ℃、注气压力0.25 MPa条件下N₂、CH₄和CO₂等比例混合气体的竞争吸附实验,得到了各岩样对混合气体的竞争吸附规律;并通过低温N₂和CO₂吸附法,分析了6个岩样的孔隙结构,探究了其对竞争吸附的影响。结果表明：龙马溪组页岩中N₂出口端浓度有超过初始浓度的现象,而牛蹄塘组页岩中N₂、CH₄和CO₂出口端浓度均未超过初始浓度;实验结果与Yoon?Nelson模型拟合结果较好,R²值可达0.9以上,各岩样吸附速率常数均有N₂>CH₄>CO₂的规律,故N₂相较CH₄和CO₂可先被样品吸附,随后吸附速率慢的CH₄和CO₂被吸附,岩样对2种气体吸附选择性更强,所以将N₂置换出,导致龙马溪组岩样N₂出口端浓度超过初始浓度;龙马溪组岩样中微孔发育程度较高,孔径小、比表面积大、吸附能力强,能更好地吸附CH₄和CO₂这2种吸附选择性强的气体,使得已吸附的N₂被置换出,从而造成游离气中N₂浓度增加。实验结论为我国页岩气勘探开发提供了理论依据,同时对部分地区页岩气组分中N₂的成因具有一定指导意义。     

致密砂岩储层CO2压裂裂缝扩展实验研究

为提高天然裂缝和层理不发育致密储层压裂裂缝的复杂性,基于真三轴压裂模拟实验系统,开展了致密砂岩储层CO₂压裂实验研究,分析了水平应力差、压裂液类型和排量对压裂裂缝扩展规律的影响。研究表明,超临界CO₂压裂形成的水力裂缝形态最复杂,液态CO₂次之,滑溜水压裂产生的水力裂缝形态简单;采用液态CO₂压裂时,低水平应力差（≤3 MPa）有利于提高水力裂缝的复杂程度;液态CO₂压裂的起裂压力相比于滑溜水压裂降低22.1%,超临界CO₂压裂的起裂压力相比于滑溜水压裂降低28.2%;提高排量会加快井筒内流体增压速率,起裂压力升高。实验证明超临界CO₂压裂能够有效提高裂缝复杂性。     

CH4-N2-CO2��Ԫ��Һ��ƽ�������о�

在有些油气田在，二氧化碳的含量比较高。如我国莺－琼盆地的崖13－1油气田的二氧化碳含量为9．6％，东海平湖油田中二氧化碳含量为3．95％。当其在多组分混合物中的分压小于0．516MPa，温度低于－56．5℃时，将成为固相，堵塞管道；同时在天然气液化流程中液化二氧化碳是不经济的。为此在天然气液化前要除去它，通过相变分离是除去二氧化碳的一种方法。文章测量了N2、CH4和CO2三元体系在温度为227．15K，压力为2．0MPa、2．5MPa、3．0MPa下的相平衡数据；用试验数据关联了试验温度下SRK方程和PR方程中的CO2与N2、CO2与CH4的二元交互作用系数；并对试验数据在联及验证性计算。最后进行了计算值与试验值之间的比较。     

致密油藏超临界二氧化碳吞吐开发特征实验研究

针对鄂尔多斯盆地致密油藏采油速度快速递减、油藏压力无法保持的问题,探索采用超临界CO2吞吐开发方式开展超临界CO2吞吐长岩心实验研究,探讨了超临界CO2吞吐方式提高致密油采收率的作用机理、开发特征、影响因素等,探究了注气速度、注气相态、N2辅助保压、衰竭压力等重要操作参数对提高致密油采收率的影响.研究表明:超临界CO2...     

页岩注入超临界CO2渗流及增透实验

以四川省长宁县双河镇燕子村龙马溪组页岩为研究对象,采用自行研制的三轴渗流装置,开展了考虑注入压力和体积应力影响的页岩中超临界CO₂渗流及增透规律实验研究。结果表明：页岩中超临界CO₂渗透率随着孔隙压力增大呈现先减小后增大趋势,当孔隙压力较小时存在Klinkenberg效应;随体积应力的增大渗透率逐渐减小,曲线基本呈现负指数变化规律。开展不同增透条件下页岩中CH₄渗流实验,宏观量化分析超临界CO₂注入压力对于页岩增透效果的影响,可以得出随着超临界CO₂注入压力的增加,CH₄渗透率呈现上升趋势,但增长幅度先上升后下降,即超临界CO₂注入压力为9.5MPa时增透效果最为明显。通过微观分析页岩元素含量得出超临界CO₂可以萃取和溶解页岩中的O、Ca、Mg等矿物元素,有效促进页岩内部微孔隙的发育,致使页岩渗透能力增强。