二氧化碳资源化利用的研究进展

介绍了作为温室气体的主要组成且储量丰富的可再生资源CO_2资源化利用的重要意义和主要方法。综述了将CO_2催化转化成高附加值的燃料、高分子材料、精细化工中间体和药物中间体的各类反应以及CO_2作为环境友好介质的研究进展。重点介绍了CO_2转化成有机碳酸酯及噁唑啉酮类化合物以及超临界CO_2作为环境友好溶剂在药物提取、新型材料制备与加工和有机化学反应等领域的应用。对CO_2资源化利用的发展前景和面临的挑战进行了展望。     

注CO_2驱油技术的室内评价方法及应用概况

注CO_2驱油作为一种有效提高采收率的方法,在油气田开采中已经占据越来越重要的地位。阐述了CO_2驱油机理、及其对应的驱油方式。其中比较系统的总结出了现行测定及评价注CO_2驱参数的各种室内试验方法并调研了CO_2驱油技术的国外概况和国内应用现状,提出在气源上,建议有关油田与工厂合作,合理的利用工业废气,开展CO_2捕集和驱油埋存先导性研究。     

CO_2在原油与盐水中的溶解扩散规律研究

CO_2在溶液中的溶解扩散机理是CO_2作为驱油剂进行原油开采以及将CO_2安全有效地质埋存的先决条件。现有文献对CO_2溶解扩散规律的室内实验研究相对较少,主要集中于数值模拟研究。在室内实验研究的基础上,引入变扩散系数方程,结合理论计算分析,对CO_2在驱油和地质埋存过程中的溶解扩散机理进行了量化分析。结果表明:CO_2在原油中的扩散系数呈快速上升再快速下降到最后缓慢下降趋于平缓,其在原油中的平均扩散系数与原油黏度呈幂函数关系,原油临界黏度为30 m Pa·s;同一原油中,平均扩散系数与压力大小线性相关; CO_2在原油中的溶解比例越高,泡点压力越大,原油黏度越低,体积系数越高,原油物性得到改善,有利于提高驱油效率。在CO_2地质埋存过程中,储层压力越大,CO_2扩散越快,溶解量越大,但平衡时间更长;盐水层浓度越高,扩散速率越低,溶解量越少;盐水层浓度越低,CO_2溶解度受温度影响越大。对CO_2溶解扩散机理的量化研究对CO_2地质埋存、CO_2驱油以及优化CO_2吞吐过程中焖井时间具有指导意义。     

CO_2-EOR驱油技术实际应用浅析

CO_2-EOR(CO_2 enhanced oil recovery)是二氧化碳捕集、驱油与埋存的技术组合,在二氧化碳排放进大气前,将二氧化碳从工业或能源生产中分离出来实现捕集,通过适当方式运至封存地,并作为有效驱油物质注入地下储层。技术既能实现CO_2的地质封存,同时也能提高石油采收率。CO_2脱水除尘、CO_2注气压缩机选择、CO_2管道腐蚀控制是注采工艺的关键。     

气体杂质对管道输送CO_2相态的影响

CO_2的捕集、利用和封存(CCUS)是当前环保的热点话题,而管道输送是CCUS技术的关键环节。CO_2气源含有各种杂质,杂质对CO_2的相态有着很大影响,因此了解含杂质的CO_2的相态特征并了解其与纯CO_2性质的不同是开展CCUS技术研究的基础。通过对状态方程的对比研究,确定PR方程作为计算含杂质的CO_2相态的状态方程,并用HYSYS软件对含杂质的CO_2的基本相态特征及物化性质进行了研究。得到了延长油田含杂质的CO_2的临界温度Tc=30.36℃,临界压力Pc=7.55MPa,相比纯CO_2,含杂质的CO_2的临界温度降低,临界压力升高,且相态图中出现了两相区域,表明了杂质的存在增加了CO_2管道输送的难度;在临界点附近,压力和温度的微小变化将引起CO_2流体密度、粘度、导热系数和压缩系数较大幅度的改变。     

二氧化碳压裂供液系统设计

在CO_2压裂技术早期应用过程中,使用常规CO_2槽车和CO_2增压泵车作为压裂车的主要供液设备,施工过程中由于增压泵车的抽吸作用和地面管路的摩阻,使得CO_2槽车中处于临界状态的液态CO_2部分气化,导致施工排量难以提高且极不稳定,影响施工的正常进行。针对液态CO_2气化导致的压裂装备走空泵、排量波动、持续供液难等问题,主要从气体增压装置、控制系统、CO_2储罐及地面管汇四部分对供液系统进行设计,通过现场多井次的应用表明该供液系统可大幅提高施工排量,保持整个施工过程的排量平稳,为CO_2压裂技术的现场成功应用奠定了坚实的基础。文章主要从技术分析、系统功能、系统结构、现场应用四个方面介绍该供液系统。     

螺杆泵定子橡胶耐气侵及泄爆性能研究

螺杆泵定子橡胶会在CO_2气侵及快速降压(泄爆)的过程中产生破坏。为研究不同定子橡胶材料耐CO_2气侵及泄爆性能,利用Cortest高温高压反应釜模拟井下高温高压、高含CO_2条件,并采用自制试验检测装置对8种国内常用定子橡胶材料开展CO_2气侵及泄爆试验。试验结果表明:橡胶材料在含CO_2环境中会由于CO_2气侵而导致体积有所增加,当压力迅速降低时,橡胶样品体积会迅速变大后再减小,且这种变化随着CO_2体积分数的升高而加剧。所选8种定子橡胶材料中,2#、3#、8#试样耐CO_2气侵及泄爆性能较好,推荐在高含CO_2的井下条件下作为定子橡胶材料。所得结论可为含有CO_2的井下定子橡胶材料选择提供理论依据。     

利用CO_2非混相驱提高采收率的机理及应用现状

由于重油的相对分子量很高,CO_2与原油的混相压力比油藏压力高得多,因此通过注CO_2提高原油采收率必须依赖非混相驱。在非混相驱中,CO_2溶入原油后,使油膨胀,并降低油的粘度,从而达到驱油增产的目的。通过介绍非混相CO_2驱在油藏增产中的驱油机理,证明CO_2作为一种有效的驱油剂,可以提高油藏原油的采收率。     

高含CO_2天然气混合燃烧技术

海塔油田采油井采出的伴生天然气中CO_2含量较高并具有间歇性来气等特点,当试验区伴生气汇集到转油站,混合气中CO_2含量在30%~90%之间波动,作为燃料燃烧出现点火困难、燃烧易灭、热值降低等问题;若改用燃油等其他燃源,不仅增加成本还加大了环境污染的风险。为了解决上述问题,海塔油田开发了高含CO_2天然气混合燃烧技术,通过油气分离器的重力沉降、分离和稳压调节阀的相互作用,降低混合气中CO_2含量、稳定来气压力、调整燃气比。通过理论和实践证明,高含CO_2天然气混合燃烧技术实现了持续、稳定、经济、环保的燃烧,为高含CO_2伴生气的利用带来了可观的经济效益。     

适用于CO_2驱油井用的固体颗粒缓蚀剂制备

CO_2驱油已成为重要的三次采油技术,但油井产出CO_2对油套管腐蚀严重,制约了CO_2驱规模化应用。为解决碳钢井筒在CO_2驱过程中腐蚀严重的问题,针对高温高盐油藏的工况条件,文中研发制备了一种耐高温高盐抗CO_2油井用固体颗粒缓蚀剂,将多吸附点高效抗CO_2腐蚀油井用缓蚀剂作为主剂;优选了水溶性固体成型助剂,并确定了其配方和制备工艺;同时,优化了固体颗粒缓蚀剂的使用质量浓度与周期,建立了加注量计算公式。该技术在中原油田进行了工业化应用,油井因腐蚀而作业的周期延长了100%以上,腐蚀速率低于行业标准,有效减缓了油井腐蚀。     

天然气中CO_2氧同位素在线检测技术与应用

氧同位素作为有效的地球化学参数,在同位素地质年代学、环境科学研究等许多领域得到广泛应用,CO_2氧同位素也是一个非常有效的示踪剂,可用于判识气源,然而这一指标尚未应用于油气勘探领域。应用气相色谱-气体稳定同位素质谱联用技术,建立了天然气中CO_2的氧同位素在线检测方法。在对松辽盆地、四川盆地、塔里木盆地天然气组分、组分碳同位素、稀有气体组成与稀有气体同位素等地球化学资料研究的基础上,对盆地天然气中CO_2氧同位素进行分析,发现不同盆地、不同来源天然气中CO_2的碳、氧同位素分布特征存在明显差异,表明CO_2的氧同位素具有较好的成因指示意义。通过CO_2的碳-氧同位素分布,可将气藏中CO_2细分为上地幔来源、碳酸盐岩来源以及有机成因,为天然气成因及气源对比研究提供了新手段。     

高含水油藏CO_2驱油机理

CO_2驱油能够有效提高原油采收率,但在高含水油藏中,水能够溶解CO_2,并影响CO_2与原油接触,从而影响驱油效果。针对这一问题,开展了CO_2在油、水中的浓度分配实验,通过建立CO_2在油、水中扩散的数学模型,使用核磁共振研究CO_2驱替实验,探索了CO_2在高含水油藏中的溶解扩散机理以及对综合驱油效果的影响。结果表明,在高含水油藏中,CO_2在水中溶解损失的比例不高,同时CO_2能够快速渗透水膜,与被水屏蔽的剩余油接触,波及水驱未波及区域内的剩余油。由于水膜阻隔了原油与CO_2的直接接触,在CO_2驱替过程中会首先驱出水膜,使油、气直接接触,再驱出剩余油。其宏观表现为注气早期含水率较高、采油速度较低,当CO_2突破后,含水率急剧下降,采油速度升高。研究明确了高含水油藏CO_2驱油机理,解释了其见效特征,并为改善高含水油藏CO_2驱油效果提供了参考。     

5A分子筛中CO_2水合物生成实验

考察了小孔径5A分子筛中CO_2水合物的相平衡条件,研究了不同含水量的分子筛在不同压力下CO_2水合物形成的动力学规律,并采用XRD,Raman,Cryo-SEM等方法对CO_2水合物微观特征进行表征。实验结果表明,5A分子筛中CO_2水合物相平衡曲线与纯水中CO_2水合物相比明显左移,5A分子筛不利于CO_2水合物的形成;含水量42.11%(w)的5A分子筛中CO_2水合物气体总消耗量大于分子筛吸附CO_2气体消耗量,分子筛表面水呈多孔二维"网"结构,水分子与CO_2分子接触面积大,诱导时间短;5A分子筛中CO_2水合物均为Ⅰ型水合物,主要以黏固方式生长。     

二氧化碳加氢合成甲烷的进展

<正> CO_2作为有机合成的原料,其资源极其丰富。近年来,世界各国在解决能源紧张、资源短缺、公害严重等问题中,都十分关注 CO_2应     

用离子液净化天然气的新技术

<正>据美国《化学工程》2015年10月报道,离子液作为一种有实用价值的材料,用于天然气净化(包括脱CO_2和脱汞)具有光明的前景。在马来西亚国家石油公司(Petronas)提供资金的项目中,英国北爱尔兰女王大学离子液实验室对脱除天然气中CO_2的各种离子液进行了研究。通常脱CO_2都是用有腐蚀性和挥发     

氨法回收烟道气CO_2与尿素生产的联合

传统工艺中,采用MEA法回收烟道气CO_2,CO_2以气体形式作为尿素生产的原料。提出了氨法回收烟道气CO_2,以碳铵液返回尿素装置与尿素生产联合的新工艺,并探讨了其可行性。与传统的MEA法相比,氨法流程简化,免去了再生环节。CO_2回收工段蒸汽消耗降低明显,尿素工段蒸汽和电力消耗略有上升,总体能耗耗降低,总体成本下降明显,技术和经济都是可行的。     

超临界CO_2强化页岩气开采及地质封存一体化研究进展与展望

为了解决我国页岩气开发过程中使用水基压裂液造成的耗水量大和储层伤害等问题,提出了超临界CO_2强化页岩气高效开发及地质封存一体化(CO_2-ESGR)的技术思路;从超临界CO_2压裂、CO_2与CH_4竞争吸附及CO_2—水—页岩的相互作用着手,研究了超临界CO_2压裂裂缝扩展规律、CO_2驱替CH_4热力学与动力学原理,以及CO_2提高页岩气采收率和CO_2地质封存的机理;然后,对CO_2-ESGR技术全生命周期碳排放进行了分析,进而对CO_2-ESGR技术做出了展望。研究结果表明:(1)超临界CO_2压裂在页岩气储层中起裂压力更低,能够形成更复杂的裂缝网络;(2) CO_2在页岩中的吸附能力和吸附有序性远高于CH_4,可以有效置换出CH_4,进而提高页岩气的采收率;(3)页岩储层具备规模化封存CO_2的巨大潜力,封存机理主要包括吸附和矿化反应封存,选择合适的储层,CO_2封存量可以抵消页岩气开发与利用全生命周期的CO_2排放量,从而实现页岩气开发与利用全过程CO_2零排放甚至负排放;(4)今后,需研发绿色环保的CO_2增稠剂或者CO_2物理增黏技术,以提高CO_2携砂能力,进一步揭示CO_2在页岩储层中的物理、化学封存机制,同时推进CO_2-ESGR技术在煤层气、地热等其他非常规能源高效开发及CO_2封存领域的应用。结论认为,CO_2-ESGR技术为我国非常规油气、地热资源绿色高效开发开辟了一条新途径,该技术能够助力我国2030年碳达峰和2060年碳中和战略目标的实现。     

旋流反应脱除天然气中CO_2研究

以离心强化传质机理为基础,将天然气脱碳吸收反应引入旋流场内进行;采用实验和CFD (Computational Fluid Dynamics)两种方法研究了不同条件下旋流反应器内各组分的浓度分布,考察了胺液(MEDA)作为吸收剂对CO_2脱除率的关键影响因素。研究结果表明:操作气速有一个最佳范围,在这一气速范围内,CO_2脱除率保持在一个较高水平;胺液吸收CO_2反应非常迅速,在进入旋流反应器后反应物浓度快速降低,变化趋势呈现旋转涡流的形态;随着进口CO_2浓度的增大,CO_2浓度衰减的趋势有所减弱。20℃时,D75mm旋流器在进口流量36m~3/h工况下,n(CO_2)/n(MDEA)在0.25～1.0范围内,其比值越大,CO_2脱除率越低;当n(CO_2)/n(MDEA)=0.25时,CO_2脱除率最高可达99.5%以上,可满足天然气脱除CO_2的需要。     

CO2和N2对页岩气开采效果的影响

面对全球能源短缺问题,页岩气作为一种新兴的非常规资源成为研究热点。以鄂尔多斯盆地延长组页岩为例,采用数值模拟手段建立三维地质模型,研究不同CO_2或CO_2/N_2混合气体注入速率及混合气体中N_2占比对页岩气产量的影响。研究结果表明,以0.05,0.5和1 kg/s的速率注入CO_2或CO_2/N_2混合气体均能提高页岩气产量,注入混合气体效果优于单纯的CO_2。仅以0.05 kg/s的速率注入CO_2,30 a后甲烷生产井中不会出现气体突破现象,页岩气产量可提高13.21%。以0.05 kg/s的速率注入CO_2/N_2混合气体,甲烷生产井中会出现N_2突破现象,N_2质量分数越大,突破时N_2含量越多。实际工程中为了防止甲烷生产井中气体突破含量超过10%的限制值,需要严格控制CO_2或CO_2/N_2混合气体的注入速率以及混合气体中N_2的质量分数。     

水气交替注入过程纳米颗粒对CO_2运移特征的影响

为了有效控制CO_2提高采收率和CO_2埋存过程中CO_2流体的流动性,在储层或砂岩含水层中注入纳米颗粒。室内实验采用CT扫描仪观察和测量CO_2驱替盐水/纳米颗粒溶液以及盐水/纳米颗粒溶液驱替CO_2的流动形态和流体饱和度。研究结果表明,纳米颗粒溶液实验中CO_2驱替前缘比较一致并且流体流动较慢,其初始CO_2饱和度和剩余CO_2饱和度要大于盐水实验中的初始CO_2饱和度和剩余CO_2饱和度。纳米颗粒使得CO_2与盐水产生稳定的乳状液,减小流体流动性,增加流体有效黏度。根据Land方程,盐水实验中C常量为2.45,纳米颗粒实验中C为2.25,因此CO_2注入方案的制定应尽量选取小的C常量,以减缓气水交替注入过程中CO_2的黏性指进,将更多的CO_2滞留或保存在地层中。