CO2泡沫压裂中井筒的压力分布研究

正确选择泵压关系到压裂的成败,而井筒的压力分布直接影响泵压的大小。本文在现有方法存在问题的基础上,考虑了压裂过程中泡沫压裂液的泡沫质量、密度、流变参数等变化,总结出二氧化碳泡沫压裂液在注入过程中压力分布的基本理论模型。运用以上方法对某井进行了预测,计算简单,精度较高,具有一定的实用性。     

氮气泡沫欠平衡钻井数学模型研究

文章首先指出氮气泡沫具有低失水、低伤害,在井下和地层产出天然气混合后不易发生爆炸的特点,因此氮气欠平衡钻井技术安全可靠、保护储层效果好,其具有广泛的应用前景。然后,利用质量守恒与动量守恒方程以及流变方程建立了氮气泡沫流经钻柱内、钻头、环空不同位置的数学模型,采用数值迭代方法对数学模型进行了求解。最后给出了计算实例,并在实例的计算结果中讨论了地层产出气体、注入气量、回压等对井内流动参数与地面施工参数的影响规律。得到了回压的增加,井底压力不总是升高,而回压的降低,地层产出气速度也不总增加等结论。本文建立的模型可以用于氮气泡沫欠平衡钻井修井理论设计、施工参数优化。     

施工条件下CO2泡沫压裂液的对流换热特性

引　言水力压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术 ,在开发低渗透率油气田中压裂起到了关键性的作用 ,本来没有工业价值的油气田经压裂后可变为有相当储量及相当开发规模的大油气田 .在影响压裂成败的诸因素中重要的是压裂液及其性能 ,对于大型压裂 ,这个因素就更为突出 .压裂液的类型及其性能对能否造出一条足够尺寸的、有足够导流能力的裂缝有着重要的影响泡沫作为压裂液在 2 0世纪 70年代初获得广泛应用 ,通常为气体 (CO2 或N2 )与压裂液 (如水基聚合物羟丙基胍胶等 )的两相混合物 .由于它具有油层伤害低、返排能力强、滤失量小、用液效率高、黏度适当、携砂能力强等特点 ,在压裂液体系中占据了相当重要的地位 .目前在国外 ,泡沫压裂液占整个压裂液体系的 30 %～ 5 0 %压裂液的流变特性如表观黏度、流变参数、热稳定性、剪切稳定性等对于携砂能力、造缝能力以及管流压降的预测具有决定性的作用 ,将直接影响到压裂参数的选择、压裂效果的评估 .对CO2 泡沫压裂液流变特性的研究参见作者的另一文献[1] ,在此不作说明 .在影响压裂液流变特性的诸多因素中温度的影响巨大 ,而在泵注过程或裂缝中泡沫流体不断和地层岩石间进行...     

气液逆流洗涤器内两相流场的实验研究与数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型和欧拉双流体多相流模型模拟了气液逆流接触洗涤器内的两相流场,将计算结果用实验验证.通过考察两相流速、湍流强度、压降、气含率等参数验证了模型的可靠性,对不同喷嘴结构和操作条件下的泡沫区流场特性进行了模拟分析.结果表明,气液撞击形成的泡沫区湍流强度高,气液两相径向与切向速度较大,轴向速度较小,可用湍流强度大小表征泡沫区的大小.泡沫区占整个洗涤器的体积分数β随气液质量流量比增大先增大后减小,气液质量流量比为0.0096时达峰值;随进液轴/切流量比增大β先增大后减小,流量比为0.66时达峰值.喷口直径为8 mm、切向进液倾斜角为60°时气液传质效果最好.     

冷等离子体活化煤层甲烷的实验研究

为了探究冷等离子体促进煤层甲烷活化转化效果,以自制的实验系统对甲烷、氧气和氮气的混合气体进行了介质阻挡放电。结果表明,随着输入电压的增大,甲烷转化率增加,甲醇选择性减小,一氧化碳和二氧化碳选择性先增加后减小;随着放电频率的增大,甲烷转化率减小,甲醇、一氧化碳和二氧化碳的选择性先增加后减小;随着气体流量的增加,甲烷转化率降低,而甲醇、一氧化碳和二氧化碳选择性增大;随着反应气甲烷体积分数的升高,甲烷转化率和二氧化碳选择性降低,一氧化碳和甲醇的选择性先升高后降低;当反应气中氧气与氮气摩尔比升高时,甲烷转化率增大,而一氧化碳、二氧化碳和甲醇的选择性变化不大,但在氧气与氮气摩尔比为0.25时甲醇的选择性最大;较小的放电间隙利于甲醇选择性的提高,较大的放电间隙利于一氧化碳选择性的提高,而过小或过大的放电间隙都不利于甲烷转化率及二氧化碳选择性的提高。     

冷等离子体活化煤层甲烷的实验研究

为了探究冷等离子体促进煤层甲烷活化转化效果,以自制的实验系统对甲烷、氧气和氮气的混合气体进行了介质阻挡放电。结果表明,随着输入电压的增大,甲烷转化率增加,甲醇选择性减小,一氧化碳和二氧化碳选择性先增加后减小;随着放电频率的增大,甲烷转化率减小,甲醇、一氧化碳和二氧化碳的选择性先增加后减小;随着气体流量的增加,甲烷转化率降低,而甲醇、一氧化碳和二氧化碳选择性增大;随着反应气甲烷体积分数的升高,甲烷转化率和二氧化碳选择性降低,一氧化碳和甲醇的选择性先升高后降低;当反应气中氧气与氮气摩尔比升高时,甲烷转化率增大,而一氧化碳、二氧化碳和甲醇的选择性变化不大,但在氧气与氮气摩尔比为0.25时甲醇的选择性最大;较小的放电间隙利于甲醇选择性的提高,较大的放电间隙利于一氧化碳选择性的提高,而过小或过大的放电间隙都不利于甲烷转化率及二氧化碳选择性的提高。     

新型填料喷雾塔强化吸收甲醇废气的应用

甲醇作为化学工业基础原料和清洁液体燃料,长期接触会引起中毒。为了进一步的工业要求提供参考依据,文中采用了新型填料喷雾塔对含甲醇废气进行强化吸收的实验研究。通过改变液体流量、气体流量、甲醇进口质量浓度和温度单因子参数的方法观察甲醇的去除率和总吸收率,根据分析实验数据可知,当液气比与温度一定时,甲醇去除率和总吸收率随甲醇质量浓度增加而降低;当液气比与甲醇进口质量浓度一定时,两者随温度的升高呈缓慢上升趋势;当温度与液体流量一定时,甲醇去除率随着气体流量的增加而降低,而总吸收率随气体流量增加呈上升趋势;在气体流量一定时,两者都随液体流量的增加而增加。最后通过激光粒度分析仪测试该塔中4种不同高度喷雾液滴粒径分布。     

板上充气状态下立体传质塔板液体提升量研究

以空气-水为实验物系,在直径为600 mm的实验塔内,通过向板上液层中充气来模拟板上的泡沫状态,测定了立体传质塔板CTST液体提升量的变化情况。考察了不同操作条件下板上气体体积分数对液体提升量的影响,并由实验数据拟合出板孔动能因子、板上液层气体体积分数、板上清液层高度对相对液体提升量影响的关联式。结果表明:相对液体提升量随着板上液层中气体体积分数的增加而降低;气体体积分数相同时,相对液体提升量随着板上清液层高度的增大而增加、随板孔动能因子的增大而减少。     

水煤浆的流变参数及水力坡度研究

以月桂醇聚氧乙烯醚为分散剂,海泡石为稳定剂,进行了水煤浆流变参数和管道输送实验研究。分析了分散剂质量分数、水煤浆质量分数及稳定剂质量分数变化对极限沉降浓度等的影响,并从理论上给出了假塑性及胀塑性流体水力坡度计算方法。颗粒级配实验和流变参数数据分析结果表明:分散剂质量分数为1.000%时,最高制浆质量分数达到72%,小于极限沉降浓度;质量分数66%的水煤浆中,分散剂质量分数为1.000%时,极限沉降浓度和表观黏度分别取得最大值(78.03%)和最小值(442.31×10~(-3) Pa·s);表观黏度随水煤浆质量分数的增加而增加;随着稳定剂质量分数由0%增加到0.7%,质量分数66%浆体的析水率先降低,后维持0.2%不变;稳定剂的加入在很大程度上可增加水煤浆的表观黏度;煤浆管道输送数据的分析及理论计算结果表明,分散剂质量分数越大,则质量分数66%水煤浆的水力坡度值越小;水煤浆质量分数越大,水力坡度值就越大;质量分数66%水煤浆的水力坡度值随稳定剂质量分数的增大而增加,且增量有降低趋势。水煤浆输送水力坡度可用基于流变参数的均质浆体水力坡度公式计算,计算值与实测值偏差不大于18%。     

鼓泡反应器中幂律型流体流动与传质特性

很多废水处理装置涉及非牛顿型流体中的多相流动和传质问题,研究其中的气液传质过程有助于实现装置的优化设计和高效节能运行。以鼓泡反应器内清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠（CMC）水溶液为实验对象,分别研究气相表观气速和液相流变特性对气泡尺寸分布、全局气含率和体积氧传质系数的影响。实验结果表明,液相的流变特性对其传质特性参数均有较大影响。与清水相比,CMC水溶液中气泡平均直径和分布范围更大;清水和CMC水溶液的全局气含率均随表观气速的增加而增大;CMC水溶液的体积氧传质系数随CMC水溶液质量分数的增加而减小。基于实验研究,得出修正的体积氧传质系数公式和适用于幂律型非牛顿流体流动体系氧传递过程的无量纲关联式,可很好地实现非牛顿流体流动的废水处理装置中气液传质参数的计算。     

鼓泡反应器中幂律型流体流动与传质特性

很多废水处理装置涉及非牛顿型流体中的多相流动和传质问题,研究其中的气液传质过程有助于实现装置的优化设计和高效节能运行。以鼓泡反应器内清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液为实验对象,分别研究气相表观气速和液相流变特性对气泡尺寸分布、全局气含率和体积氧传质系数的影响。实验结果表明,液相的流变特性对其传质特性参数均有较大影响。与清水相比,CMC水溶液中气泡平均直径和分布范围更大;清水和CMC水溶液的全局气含率均随表观气速的增加而增大;CMC水溶液的体积氧传质系数随CMC水溶液质量分数的增加而减小。基于实验研究,得出修正的体积氧传质系数公式和适用于幂律型非牛顿流体流动体系氧传递过程的无量纲关联式,可很好地实现非牛顿流体流动的废水处理装置中气液传质参数的计算。     

动力波洗涤器中碱液吸收低浓CO_2的传质特性

为研究动力波洗涤器内的气液传质特性,在动力波洗涤器中,进行NaOH溶液吸收混合气体中微量CO2气体的吸收实验。参考填料塔中钠碱溶液吸收低浓气体的传质模型,测定了动力波洗涤器中NaOH溶液吸收低浓CO2的气相体积总传质系数KGa及吸收效率η。研究了气相速度、NaOH溶液质量分数及液气比对KGa的影响,结果表明:KGa随着气相速度及NaOH溶液质量分数的增加而增大,但NaOH溶液质量分数小于气相速度对KGa的影响;随着液气比的提高,KGa逐渐减小,η开始随着液气比的提高而增加,但到一定数值后,效果不明显;回归了KGa的准数关联式,并依据液气比对KGa及η的综合评价,提出洗涤管直径为100 mm,NaOH溶液质量分数为10%,液气比操作范围在0.005—0.025时,动力波洗涤器具有较高的综合传质性能,为工业应用提供参考。     

糠醛-环己醇-莰烯三元气液平衡数据的测定北大核心

利用自制气液平衡装置测定糠醛-环己醇、糠醛-莰烯和糠醛-环己醇-莰烯在101.3 k Pa下的气液平衡数据。对所测得的数据进行关联与计算,得到Wilson方程参数。代入Wilson模型,计算出101.3 KPa条件下糠醛-环己醇、糠醛-莰烯2组二元体系的温度与气相组分的质量分数,与实验值比偏差不大,说明实验可行。用面积积分法验证两组二元气液平衡数据的热力学一致性,结果符合要求。通过测定糠醛-环己醇-莰烯三元气液平衡数据,并进行拟合,得到421.5K时糠醛的气相物质的量分数相对最高,环己醇的气相物质的量分数又相对最低,即在该温度下分离糖醛分环己醇较好,可为工程上分离糠醛和环己醇提供理论依据。     

糠醛-环己醇-莰烯三元气液平衡数据的测定

利用自制气液平衡装置测定糠醛-环己醇、糠醛-莰烯和糠醛-环己醇-莰烯在101.3kPa下的气液平衡数据。对所测得的数据进行关联与计算,得到Wilson方程参数。代入Wilson模型,计算出101.3KPa条件下糠醛-环己醇、糠醛-莰烯2组二元体系的温度与气相组分的质量分数,与实验值比偏差不大,说明实验可行。用面积积分法验证两组二元气液平衡数据的热力学一致性,结果符合要求。通过测定糠醛-环己醇-莰烯三元气液平衡数据,并进行拟合,得到421.5K时糠醛的气相物质的量分数相对最高,环己醇的气相物质的量分数又相对最低,即在该温度下分离糖醛分环己醇较好,可为工程上分离糠醛和环己醇提供理论依据。     

接触式蒸发处理垃圾渗滤液膜浓缩液试验研究

采用接触式蒸发处理垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液,考察了气体温度、气体流量、初始pH和蒸发率对冷凝液水质的影响。结果表明:随着气体温度的增加,稳定蒸发温度不断提高,冷凝液COD先降低后升高,而NH_3-N先升高后降低;随着气体流量的增加,冷凝液COD先降低后升高,而NH_3-N不断增加;随着初始pH的升高,冷凝液COD降低,而NH_3-N则相反。蒸发初期,冷凝液COD及NH_3-N较高,随蒸发率的提高,其含量不断降低,并在末期有所提高;蒸发初期和末期气体夹带较为显著。     

粘弹塑性流体田菁凝胶本构方程的研究

以石油开采过程中常用的田菁凝胶压裂液为体系,导出了一个描述粘弹塑性流体流变性质的积分型本构方程.通过稳态测粘流实验得到了方程的参数,并利用本构方程分析了小振幅振荡流和挤出胀大流.实验表明,方程计算值能够较好地与实验结果相吻合.同时,利用此本构方程对黄原胶、瓜胶的流变性质进行的分析表明,该方程也适用于这两种凝胶,具有一定的通用性.     

氮气泡沫驱替实验研究

为提高高温高矿化度中渗油藏注水开发后期的油藏原油采收率,研究了发泡剂浓度、气液比、注入量和注入方式等工艺参数对氮气泡沫封堵性能和驱油效率的影响.实验结果表明:气液比介于1∶1～2∶1之间时泡沫的封堵性能较好;最佳泡沫剂质量分数为0.5％;在气液比为2∶1和泡沫浓度0.5％的条件下,泡沫液注入量0.11PV增加到0.54PV,泡沫驱结束时采收率由20.6％增大到68.6％;水段塞与泡沫段塞体积比为1∶2～1∶3时,最终采收率较高;在2.0 mL/min范围内,注入速度的变化对提高原油采收率的影响不明显.     

生物质超临界气化制氢产物高压吸收法分离的气液相平衡分析

通过高压吸收法可以将生物质超临界水气化制氢的气体产物中的CO₂与H₂分离.基于修正的UNIFAC模型、SRK状态方程以及MHV2混合规则，建立了生物质超临界气化制氢产物高压吸收法分离的气液相平衡的计算模型，讨论了CO₂与H₂分离过程中压力和温度等参数对分离效果的影响.计算结果表明：随着分离器中压力的升高，气相产物中H2的摩尔分数增加，CO₂摩尔分数迅速下降，气相中H₂的收率不断降低；随着温度升高，气相产物中H₂的摩尔分数减小，CO₂摩尔分数上升，气相中H₂的收率增加；然而，高压吸收的方法不能将气体产物中的CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆与H₂分离.     

组合桨搅拌槽内非牛顿流体的气液分散特性

采用Brookfield黏度仪测量了质量分数为0.5%,1.0%,1.5%的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液在298.15 K的流变特性。在直径为0.48 m的平底搅拌槽中,对搅拌槽内不同的3层组合桨的气液二相的分散特性进行了实验研究,考察了非牛顿流体浓度、桨型组合、通气量和搅拌转速对通气功率、相对功率和气含率的影响规律。结果表明:CMC水溶液为假塑性流体,幂律方程能很好地关联其流变特性。在相同操作条件下,随着浓度的增加气含率减小,功率消耗增加;在相同的功率输入时,下压桨型组合的气含率更高。相对功率(PG/P)、气含率关联式等研究结果对非牛顿流体的气液搅拌器设计和操作具有一定参考价值。     

甘油水溶液中气液传质过程的研究

对二氧化碳气泡群在不同质量分数的甘油水溶液中的气液传质过程进行了研究。利用二氧化碳探针测定了不同操作条件下二氧化碳的体积传质系数,通过图像处理技术得到了气泡群的界面面积,考察了液相质量分数,气体流量对体积传质系数、界面面积和传质系数的影响。结果表明:体积传质系数均随气体流量的增大而增大,随溶液质量分数的增大而减小。气体流量通过影响界面面积对传质速率产生作用,而甘油水溶液的质量分数对传质速率的影响则归因于黏度对传质系数的影响。