延长油田CO2驱相态初探

为了研究延长油田J区块CO₂驱相态,根据细管实验得到工区最小混相压力,考虑地层破裂压力计算井口最大注气压力,结合工区目前井口注气压力分析了CO₂驱相态。结果表明,工区CO₂驱最小混相压力为22.2 MPa,井底破裂压力为33.88 MPa,井口最大注气压力可达15.8 MPa;目前工区单井最高注气压力为10.5 MPa,对应注气井底压力为19.1 MPa,低于最小混相压力,属于非混相驱油。当井口注气压力提高到15.0 MPa时,注气井底压力为23.6 MPa,高于最小混相压力,注气井近井地带存在混相区。     

降低CO2 驱混相压力的发展现状

将CO₂ 注入油层, 不仅封存了CO₂ , 还可以大幅度提高油气田采收率, 达到CO₂ 减排和油藏高效开发的双赢目的, 受到了相关研究者的广泛重视。如何有效地降低CO₂ 与原油之间的混相压力, 是目前CO₂ 驱提高采收率研究的主要热点和难点之一。文中比较了降低CO₂ 驱混相压力的几种方法, 探索新的亲CO₂ 表面活性剂以降低CO₂ 驱最小混相压力。目前, 降低CO₂ 驱混相压力的主要方法有添加共溶剂法, 但成本比较高; 超临界CO₂ 微乳液法可以降低CO₂ 驱混相压力, 但是目前表面活性剂的研究主要集中在降低油/水界面张力的离子型表面活性剂, 关于降低油/CO₂ 界面张力的非离子表面活性剂还鲜有报道; 亲CO₂ 表面活性剂是降低CO₂ 驱混相压力的一种新探索, 但目前已用的表面活性剂与CO₂ 的亲和性差, 使得CO₂ 对极性较强的大分子物质的溶解能力受到限制。因此, 开发新的亲CO₂ 表面活性剂以达到降低CO₂ 驱混相压力的效果显得尤为关键。     

三轴应力下原煤吸附CH4/N2变形时空特性

为深入研究受载煤体与CH₄/N₂相互作用时的变形时空特性,开展了三轴应力加载下原煤吸附CH₄/N₂及其二元混气时的吸附量与吸附变形动态测试试验.结果表明：恒定三轴应力下,原煤对CH₄的吸附能力大于N₂;二元混气吸附量介于纯气体吸附量之间.三轴应力下原煤吸附膨胀变形存在各向异性.不同注气压力下,原煤轴向/环向应变随吸附时间整体呈现相同演化规律,注气端轴向应变可划分为5个阶段,煤样中部、排气端轴向/环向应变均可划分为3个阶段.相同注气压力下,原煤吸附气体时各测点轴向应变由负转正时间由长到短的顺序为：CH₄,CH₄/N₂混气,N₂.原煤吸附CH₄,N₂,CH₄/N₂混气时,轴向/环向应变随吸附量增加依次呈指数函数、一元一次函数、一元二次函数增长.三轴应力加载后,原煤轴向/环向初始应变呈两端...     

海上天然气吸附净化脱CO2的动态穿透实验研究

为了研究摇摆工况、天然气中所含的H₂O和N₂对海上天然气吸附净化脱CO₂的影响,开展了静止和摇摆工况下多组分混合气体在干燥和含H₂O的13X分子筛上的动态穿透实验。采用质谱仪对CH₄、CO₂和N₂按比例进行配气,获得了CH₄/CO₂和CH₄/ CO₂/ N₂两种多组分混合气体;在静止和摇摆工况下,通过动态穿透实验测定了不同时间下混合气体中每种气体在干燥和含H₂O的13X分子筛出口处的分压,得到了穿透曲线以及穿透时间;通过穿透曲线分析了静止和摇摆工况下干燥和含H₂O的13X分子筛对两种混合气体中CO₂的吸附净化效果,进而得到了摇摆工况下H₂O以及N₂对海上天然气吸附净化脱CO₂的影响。实验结果表明,无论在静止还是摇摆工况下,13X分子筛对CO₂的吸附能力最强,对N₂的吸附能力最弱;N₂的存在有利于海上天然气吸附净化脱CO₂,而H₂O和摇摆不利于CO₂的脱除。     

IAEC⁃1306H复配体系对稠油黏度的影响

研究了IAEC?1306H（异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸）与醇溶液和碱剂的复配体系对稠油黏度的影响。结果表明,在质量分数相同的条件下,麦芽糖醇对稠油的降黏效果优于山梨糖醇,NH₃·H₂O对稠油的降黏效果优于IAEC?1306H和醇溶液;NH₃·H₂O和IAEC?1306H对稠油的降黏效果相似,随着NH₃·H₂O体积分数和IAEC?1306H质量分数的增加,稠油黏度逐渐趋于平稳;山梨糖醇、麦芽糖醇分别与IAEC?1306H复配形成的二元体系,对稠油的降黏效果基本一致,并且由于碱剂自身的性质,碱剂与IAEC?1306H复配更有利于稠油的降黏;NH₃·H₂O、麦芽糖醇与IAEC?1306H复配形成的三元体系,对稠油的降黏效果较好,降黏率达到96%以上,而且NH₃·H₂O、IAEC?1306H、麦芽糖醇用量较少。     

煤对N2/CH4/CO2混合气体竞争吸附特征与机理研究

为研究煤对N₂,CH₄及CO₂混合气体的竞争吸附特征及其机理,通过混合气体吸附/解吸装置,结合穿透曲线法,对大柳塔(DLT)、硫磺沟(LHG)、瑞能(RN)、山阳(SY)和屯宝(TB)5种煤样,开展了温度为20℃、注气压力为0.25 MPa条件下N₂,CH₄和CO₂等比例混合气体的竞争吸附试验,得到了不同煤样对混合气体竞争吸附的规律;通过低温氮气吸附法,分析了5种煤样的孔隙结构,研究了孔隙对混合气体竞争吸附的影响.结果表明：DLT,LHG和RN煤样中N₂和CH₄先达到吸附平衡,一段时间后这2种气体在装置出口端的体积分数均超过其初始体积分数,而SY和TB煤样中只有N₂的出口端体积分数超过了其初始体积分数.试验结果与Yoon-Nelson模型拟合结果较好,线性相关系数R²基本可达0.9以上;各煤样传质速率常数均有k(N₂)>k(CH_4<...     

水稳定功能化Cu-BTC基混合基质膜的制备及其CO2分离应用

为提高混合基质膜(mixed-matrix membranes,MMMs)对真实烟道气和含水天然气的分离性能,通过柠檬酸(citric acid,CA)功能化制备了具有高水稳定性的CA-Cu-BTC填料,并将其与Pebax 1657聚合物共混制备了系列不同掺杂量的MMMs,考察了25℃饱和水蒸气下所制备CA-Cu-BTC/Pebax膜的CO₂/N₂分离性能。结果表明：与纯Pebax膜相比,制备的MMMs具有更好的CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性,在CO₂渗透通量为837.2 GPU(1 GPU=3.35×10^-4μmol/(m²·s·MPa))时,CO₂/N₂选择性为49.1。此外,CA功能化改性赋予填料的高水稳定性,使得本文制备的MMMs具备了应用于实际工业气体分离的潜力。     

褐煤在N2及CO2气氛下的热解与富氧燃烧特性

为了掌握不同气氛下褐煤热解与富氧燃烧的特性以及其之间的联系,在管式炉反应器上利用锡盟褐煤在N₂和CO₂气氛以及600~1 000 °C条件下进行热解. 进一步对其在O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下进行富氧燃烧实验,考察不同反应温度(600~1 000 °C)以及不同氧气体积分数(21%~60%)条件下的富氧燃烧特性,结合热解实验结果探究CO₂气化反应对富氧燃烧的影响. 结果表明,CO₂气氛中锡盟褐煤在700 °C时开始CO₂气化反应,随温度增加气化反应增强,CO₂主要通过高温区的气化反应来影响煤热解及燃烧,700 °C以上气化反应能促进富氧燃烧进程. 对于O₂/CO₂气氛的富氧燃烧,当氧气体积分数为30%时,在800 °C以下温度对CO氧化反应影响更大,而在800 °C以上温度对CO₂气化反应影响更大. 当氧气体积分数相同时,O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下褐煤富氧燃烧反应时间差异不大.     

CO2-N2-TBAB-H2O体系水合物生成实验和模型研究

四丁基溴化铵(TBAB)可以作为热力学促进剂用于从烟道气中分离CO₂。研究CO₂-N₂-TBAB-H₂O体系水合物生成条件的热力学模型,为水合分离CO₂ 提供热力学相平衡数据,具有一定实际意义。将Chen-Guo水合物热力学模型用于计算CO₂+N₂ 在TBAB溶液中的水合物生成压力,将计算结果与实验值、文献值进行比较,误差分别为15.96%、5.45%,并对误差进行分析。     

超临界CO2及其混合物在竖直圆管内的传热特性数值研究

碳捕捉、运输和储存(CCS)对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO₂、超临界CO₂+CH₄混合物(CH₄摩尔分数分别为1%、3%、5%)及超临界CO₂+N₂混合物(N2摩尔分数分别为1%、3%、5%)为工质,在工质质量流速为300～600 kg/(m²·s)、热流密度为80～100 kW/m²、入口压力为8～10 MPa的条件下,研究了超临界CO₂及超临界CO₂混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明,随着工质中CH₄和N₂摩尔分数的降低,工质的换热系数峰值逐渐升高,且其对应的温度逐渐升高;工质的换热系数随着质量流速的增大而增大,且质量流速越大,换热系数变化幅度越大;随着入口压力的增大,工质的换热系数峰值有所降低,且其对应的温度逐渐升高;湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO₂及其混合物换热强化密切相关...     

双金属MOF⁃74(Mg x Ni1-x )的制备及其对CO2/N2的吸附分离性能研究

以Mg、Ni为中心金属、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为模板剂,采用溶剂热法合成HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）（x=0.25、0.50、0.75）样品,以烟道气中CO₂和N₂为吸附质,考察了HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品在273 K和298 K下吸附分离CO₂/N₂的性能;通过静态容量法在273 K和298 K处测试了三种不同HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品上CO₂和N₂的等温线,并使用双位点Langmuir?Freundlich（DSLF）和单位点Langmuir?Freundlich（SSLF）模型对获得的实验数据集进行了拟合;根据理想吸附溶液理论（IAST）,估算了CO₂/N₂二元混合物的吸附选择性;使用Clausius–Clapeyron方程计算了等量吸附热（Q_st）。结果表明,在273 K和100 kPa的条件下,HP?MOF?74(Mg_0.50Ni_0.50)样品的CO₂吸附量为4.864 mmol/g;CO₂和N₂在HP?MOF?74(Mg_0.50Ni_0.50)样品上的吸附等温线分别与DSLF和SSLF模型十分吻合,说明CO₂的吸附行为是双孔位吸附,而N₂的吸附行为是单位点吸附;HP?MOF?74（Mg_0.25Ni_0.75）样品对CO₂的IAST吸附选择性为2 263,吸附量和选择性均优于传统吸附剂MOF?74材料;CO₂在HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品上的等量吸附热均高于N₂,说明CO₂在HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品上的表面自由结合能更高。     

CO2/N2在HP-MOF-74(ZnxNi1-x)上的吸附性能探究

以SDBS为模板剂,采用水热合成法制备了不同比例的双金属HP-MOF-74(Zn_xNi_1-x)材料,利用XRD、FT-IR、SEM等对其物化性能进行了研究;以烟道气CO₂和N₂为吸附质,使用静态容量法在273 K和298 K处测试了三种不同HP-MOF-74(Zn_xNi_1-x)材料上CO₂和N₂的等温线;根据理想吸附溶液理论(IAST)估算了CO₂/N₂二元混合物的吸附选择性;此外,使用克-克方程计算了等量吸附热(QST)。     

低渗油藏注CO2/N2组合段塞改善驱油效率实验

针对江苏高集低渗低饱和低能量油藏,开展了先注CO2前置段塞再后续N2段塞顶替的驱油机理研究.通过高集油藏地层原油加注CO2/N2气体互溶性膨胀相态机理、多次接触抽提-凝析过程相态机理以及交替注CO2/N2组合段塞细管驱替最小混相压力测试、长岩芯驱替效率等实验和模拟研究,对CO2/N2组合段塞注气驱油机理及效果进行了分析评价.结果显示,先注CO2前置段塞再后续注N2顶替的驱替方式能更有效地发挥CO2增溶膨胀、近混相和N2弹性膨胀驱油的优势,其驱油效率能达到甚至超过单纯注CO2的驱油效率.这种驱替方式不仅有利于改善注非烃气体的驱替效率,还可减轻令人担忧的采油井气窜后所带来的采油管柱和设备的腐蚀问题.此外将这一方式推广到注CO2前置段塞再后续注烟道气的驱替过程,还可在提高油藏采收率的同时实现工业温室气体地下环保埋存.     

流化床O2/CO2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究王文康1,卜昌盛1,熊金琴1,王昕晔1,张居兵1,朴桂林1,张孝勇2

流化床O₂/CO₂燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一. 为进一步探究工业流化床O₂/CO₂燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O₂和CO的浓度,深入考察了O₂/CO₂取代O₂/N₂后,不同的床层温度(800～900 ℃)、O₂浓度(4%～10%)及颗粒粒径(2～8 mm)下的烟煤焦燃烧特性. 实验结果表明:O₂/CO₂气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O₂浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加; 煤焦燃烧反应由O₂扩散控制,气化反应由反应动力学控制; 相较于O₂/N₂气氛,低床温下,O₂/CO₂气氛下的O₂扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因; 高床温下,除O₂/CO₂气氛下O₂的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.     

基于玉米秸秆的氮掺杂多孔碳制备及其对CO2吸附和CO2/N2分离性能研究

为解决大气中日益增加的CO₂含量问题,以玉米秸秆为原料,采用水热碳化和KOH活化处理,通过控制KOH活化强度,制备出一系列具有发达孔道结构的氮掺杂多孔碳样品(CPH-0,CPH-0.5,CPH-1)。通过扫描电镜、透射电镜表征、N₂吸-脱附等温线测试及元素分析,获得多孔碳孔道结构发展、N含量与KOH活化强度的关系。通过CO₂吸附测试分析可知,多孔碳的CO₂吸附量在低压(<15 k Pa)时受N含量影响,在常压(100 k Pa)下由超微孔(<1 nm)孔体积决定。样品CPH-0的N含量最多,在低压范围表现出优异的CO₂吸附能力。样品CPH-0.5的超微孔孔体积最大,在25°C,100 k Pa条件下,对CO₂的吸附量可达3.97 mmol/g,同时还表现出较好的CO₂/N₂选择性和优异的循环稳定性。该法制备的多孔碳在CO₂吸附和CO₂/N₂     

N2/CO2气氛下工业危废污泥热解气化的TG-FTIR分析

采用热重-红外联用技术（Thermogravimetric analysis-Fourier transform infrared spectroscopy, TG-FTIR）对CO₂和N₂气氛下工业危废污泥的热化学转化特性展开研究,重点考察不同气氛对污泥热解气化过程的影响。主要分析不同气氛下污泥的热转化失重、产物析出规律及不同反应阶段的反应动力学特性。热重分析表明,CO₂对污泥热转化的影响主要在700℃以上温度范围;CO₂参与焦炭的气化反应,失重速率大幅提升,促进了CO,CH₄,NH₃在高温下的析出。红外分析显示,CO₂和N₂气氛下,反应温度在1 000℃左右时均有大量甲基化合物析出,且CO₂气氛下强度更高。各反应阶段活化能随温度升高逐渐增加,污泥与CO₂气化反应速率高于相同反应阶段N₂下的热解反应速率。     

不同气体成分下高温直流放电特性

为了提高静电除尘器用于高温气体除尘时的运行可靠性及稳定性,采用小型线管式高温静电除尘实验装置,对CO₂、N₂、空气及热解煤气4种气体在300-700℃下的直流放电特性进行研究.结果表明,随温度升高,放电电流增大,起晕电压及击穿电压下降,击穿电压降低更快;温度对电负性气体CO₂、空气放电特性的影响大于非电负性气体N₂.高温热解煤气放电会发生生成C和H₂O的化学反应,放电特性与N₂更相似,但与之不同的是,当电源电压较低时,因煤气中含有电负性气体,放电电流存在一个缓冲;热解煤气中CO₂浓度越高,放电电流越小,放电越稳定,但温度越高,CO₂浓度对煤气放电特性的影响越小.     

蒸汽驱替稠油水热裂解改质行为的室内物理模拟

以胜利油田某稠油作为研究对象,将岩心作为多孔介质填充在岩心驱替仪中模拟地层条件,采用双亲性催化剂,研究了不同反应条件下稠油水热裂解改质行为。结果表明,在多孔介质条件下,采用直接驱替的方式,稠油降黏率达到20.8%;在多孔介质体系中加入双亲性催化剂后,采用先反应后驱替的方式,稠油黏度显著降低,在低温环境(65℃)下进行驱替的降黏率为57.9%,但在低温环境下驱替导致沥青质组分摩尔质量增大,沥青质摩尔质量由5244 g/mol增加到6690 g/mol。当反应完成后保持高温环境(265℃)时,直接用热水驱替的降黏效果更好,裂解程度更高,其降黏率最高达到96.0%。研究结果对稠油水热裂解反应在现场应用过程中的操作条件优化具有重要的指导意义。     

高温高压CO2反应流动相变致裂机理

利用自主研制的气动力脉冲真三轴试验系统,开展了超临界CO₂热冲击致裂高强度混凝土块体试验,探究了热源功率、CO₂初始压力对热冲击破岩过程及裂隙损伤演化规律的影响,分析讨论了高温高压CO₂相变致裂过程及其裂纹扩展演化规律.充分考虑含能材料反应放热、CO₂相态变化、传热传质、瞬态非线性流动以及高压气体驱动损伤演化过程,建立了高温高压CO₂热冲击破岩的热-流-固-损伤(THMD)多场耦合模型,进一步分析了CO₂温度场、压力场以及损伤演化规律,揭示了高温高压CO₂反应流动相变致裂机理.研究结果表明：超临界CO₂热冲击致裂过程主要包括：高压气体瞬态释放产生应力波诱导型径向裂缝;相变膨胀的高温高压CO₂驱动径向优势裂缝扩展,并产生分支裂缝.其中气动力脉冲峰值压力和瞬时加载速率的增加有助于产生更多的径向裂缝,而CO₂初始压力和聚能剂含量的提高会使分支裂缝更容易形成.此外所建立模型的模...     

膜法捕集CO2时的系统传质系数研究

在膜接触器实验装置上,研究了以一乙醇胺（MEA）为吸收液,捕集CO₂时的试验性能.考察了混合气浓度、气液流速和溶液再生等因素对CO₂传质系数的影响.结果表明:提高吸收液或者烟气流量,可提高总传质系数,而增加进口烟气中的CO₂浓度会导致总传质系数的降低;由于溶液再生时溶剂有所损失,使得再生溶液的传质效果要小于原液.