气藏中CO2封存过程气水互溶特性实验研究

利用PVT装置开展了不同CO₂ 含量下CO₂ —烃—水体系在不同条件下气水互溶特性实验,研究气藏注CO₂ 封存过程中CO₂ —烃—水体系互溶规律。结果表明,相同温度压力下,随CO₂ 的不断注入,气相中CO₂ 含量和水蒸汽含量不断增加,液相中CO₂  在水中的溶解度越大,CH₄ 溶解度越小,地层条件下CO 含量为68％物质的量的气样比CO₂ 含量为23％物质的量的气样的CO₂ 溶解度增加1.116％物质的量,而CH₄ 的溶解度减小0.13％ 物质的量。CO₂ 和CH₄ 在水中的溶解度均随压力升高而增大,随温度升高而减小;在CO₂  临界点附近,CO₂ 在水中的溶解度变化显著,40℃下CO₂ 含量为23％物质的量的气样的CO₂ 溶解度6～9MPa增加了0．138％ 物质的量,而9—12 MPa仅增加0.092％ 物质的量,且压力越大增加量越小。高温低压时受水蒸发作用影响,气相中CO₂  及CH₄ 含量随温度升高急剧降低,随压力升高缓慢上升,当压力高18MPa后,气相中CO₂及CH₄ 含量基本保持不变。     

CO2-CH4气体节流及水合物生成特性

CO₂驱采油举升过程中,随着压力的降低,采出液会析出大量伴生气,伴生气中CO₂含量高达50%～90%,相比CH₄气体,气态CO₂节流致冷效应更强,引起的低温可能会生成水合物堵塞管道,威胁集输系统的运行安全。采用高压蓝宝石反应釜研究了CO₂含量对CO₂-CH₄气体节流及水合物生成特性的影响。结果表明：当初始压力为高压(16 MPa)时,相同CO₂占比的混合气体,节流效应系数Di约为1.3～5.4℃/MPa,CH₄的掺入将增强混合气体节流效应,说明高压段主要受CH₄节流效应的影响;当初始压力为低压(5 MPa、4 MPa)时,节流效应系数Di约为3.4～11.9℃/MPa,CH₄的掺入将减弱混合气体节流效应,说明低压段主要受气相CO₂节流效应的影响;相同CO₂含量的CO₂-CH_...     

CO2置换法开发不同体系CH4水合物的实验

CO₂置换法引起了许多研究者的注意，该方法能够使CH₄水合物开发和CO₂气体的长期储存同时进行，是一种开发CH₄水合物的新方法。在自行设计的反应装置中考察了3.25 MPa压力下，温度271.2 K、273.2 K和276.0 K时CO₂气体置换十二烷基硫酸钠（SDS）体系和纯水体系CH₄水合物中CH₄的置换过程。实验表明：提高温度有利于置换反应的进行；SDS体系的置换速率比纯水体系的置换速率高。276.0 K、3.25 MPa时，SDS体系和纯水体系100 h的置换效率分别达到6.93% 和14.50%。由于水合物相中静态水的存在，置换反应过程中，CO₂的消耗量与CH₄水合物的分解量并不是1∶1的关系。基于实验结果，简单地分析了CO₂置换CH₄水合物中CH₄的置换机理。     

煤基质收缩和膨胀对甲烷开采和二氧化碳存储的影响

应用耦合的煤层气数值模型,模拟和对比了3种不同的煤基质收缩和膨胀模型模拟的渗透率、CH₄产量、CH₄含量分布、CO₂注入量和CO₂存储量。在无CO₂注入情况下,考虑吸附/解吸附作用的煤基质收缩/膨胀模型最大的渗透率为初始渗透率的6倍,而只考虑压力作用的煤基质收缩/膨胀模型渗透率下降2%,CH₄累积产量前者是后者的1.3倍;在CO₂注入情况下,考虑吸附/解吸附作用的模型最大的渗透率为原来的1.25倍,最小为原来的0.17倍,而只考虑压力作用的煤基质收缩/膨胀模型渗透率下降1.6%,CH₄累积产量前者是后者的1.5倍,而CO₂的注入速度和存储量后者分别是前者的14倍和3.85倍。结果表明：煤基质收缩/膨胀对CH₄开采和CO₂都有影响,吸附/解吸附导致的基质收缩/膨胀起主要作用。     

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。     

人工裂缝参数对CO2-ESGR中CO2封存和CH4开采的影响

目的 页岩储层中的裂缝系统对CH₄产量和CO₂封存量有着重要的影响,不同的储层地质特征有其对应的最优压裂方案。对鄂尔多斯盆地延长组页岩储层人工裂缝参数对CO₂封存和CH₄开采的影响进行分析。方法 基于鄂尔多斯盆地延长组页岩储层地质条件建立了页岩基质-裂缝双孔双渗均质模型,分析CO₂增强页岩气开采技术(CO₂-ESGR)中人工裂缝半长、裂缝宽度、裂缝高度、裂缝间距和裂缝数量对CO₂封存量和CH₄产量的影响。结果 CO₂封存量和CH₄产量与裂缝半长、裂缝宽度和裂缝高度呈正相关,其中裂缝宽度的影响最大,从5 mm增加到25 mm时,最多可使CO₂封存量和CH₄产量分别增加112.69%和87.11%。裂缝间距和裂缝数量增加可提高CO₂封存量和CH₄产量,但水平井长度相同时裂缝数量增加对CO...     

CH4- CO2体系固体CO2形成条件的预测模型

采用膨胀机制冷工艺回收天然气中的乙烷时,膨胀机出口与脱甲烷塔顶部的温度较低,容易发生CO₂冻堵,影响装置的正常运行。准确预测固体CO₂的形成条件,有助于及时采取相应的措施调整凝液回收装置的操作工况,避免CO₂冻堵。为此,分析了CO₂固体的形成条件,根据相平衡原理,采用标准形式的Peng Robinson状态方程建立了液固平衡模型（LSE）和气固平衡模型（VSE）,据此分别对CH₄-CO₂2气相体系和CH₄-CO₂2液相体系中的固体CO₂形成温度进行了计算,并与用HYSYS软件预测的固体CO₂形成温度进行了比较。结果表明：该计算模型的准确度较高,与实验数据的误差在2 ℃以内;而HYSYS软件预测的CH₄-CO₂气相体系的固体CO₂形成温度较实验数据偏高1～5 ℃,预测的CH₄-CO₂液相体系的固体CO₂形成温度较实验数据偏低1～6 ℃。     

水合物法天然气脱酸的影响因素

为了促进水合物法分离CO₂在天然气脱酸工艺中的应用,以CH₄+CO₂混合气为例,采用CO₂分离率、CH₄损失率及分离因子作为水合物法脱酸的评价指标,利用自主设计的水合物法气体分离实验装置考察了初始压力、操作温度、四氢呋喃（THF）及实验用水量对水合物法分离CH₄+CO₂混合气的影响。结果表明,随初始压力增大和操作温度降低,平衡时气相CO₂浓度降低,CO₂分离率和CH₄损失率同时增大,分离因子小幅减小;随THF浓度增大,平衡时气相CO₂浓度增加,在THF摩尔分数为1.0%时,体系具有较大的CO₂分离率和分离因子,较低的CH₄损失率;随实验用水量增加,平衡时气相CO₂浓度降低,CO₂分离率增大,CH₄损失率减小,分离因子增大。综合分析,可通过提高初始压力、降低操作温度、增加实验用水量,并添加摩尔分数1.0%THF来促进水合物生成,提高分离效率。     

CO2乳状液置换天然气水合物中CH4的动力学研究

以CO₂置换天然气水合物中CH₄是一种集温室气体隔离和清洁能源开采于一体的方法,其关键是提高置换率和强化置换动力学。该研究以不同质量比的O/W型CO₂乳状液注入天然气水合物中,经过24~96h的置换,得出的置换结果表明,质量比为90∶10的CO₂乳状液在CO₂水合物能稳定存在、CH₄不能稳定存在且CO₂呈液态的温度压力条件下,置换反应效果最好,同等温度压力条件下置换效果比纯液态CO₂的置换效果好。     

天然气组分的水合常数、水合热及理论溶解度

天然气在水中的溶解度是天然气地球化学定量研究中的基础参数。欲应用理论公式计算天然气组分在水中的溶解度,关键在于建立天然气组分的水合平衡常数与温度的关系。本文利用天然气组分的溶解度数据,标定了甲烷、乙烷、丙烷、N₂、CO₂和H₂S的水合常数与温度的关系,从而建立了上述组分的理论溶解度公式。经验证,至少在下述分压范围内,上述气体的溶解度计算值与实测值基本吻合:甲烷≤60MPa;乙烷≤5MPa;丙烷≤3MPa;N₂≤50MPa;CO₂≤5MPa;H₂S≤5MPa.天然气的水合热是研究气水合物形成的重要参数。研究表明,天然气组分的水合反应符合一般的化学反应规律。根据计算,上述气体的水合热分别为:甲烷,-17.741;乙烷,-10.471;丙烷,-9.441;CO₂,-17.520;N₂,-15.418;H₂S,-11.845(负号表示水合反应为放热反应,水合热的单位:kJ/mol).从理论上证明了当压力趋向无穷大时,气体的溶解度趋向一极限值。     

CH4和CO2偶联直接合成乙酸的研究进展

CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸是典型的绿色化学反应之一，但是也是一个热力学不利的过程，实现该反应是化学工程与技术的巨大挑战。CH₄和CO₂作为性质稳定的化合物，在温和条件下的活化与转化是催化领域的难题。综述了近年来国内外CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的研究进展，重点介绍了克服热力学不利的方法、反应机理以及催化剂研发等方面的工作，分析了构建高性能催化剂可行的方向，展望了CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的未来发展方向，并提出了相关建议。     

基于Aspen Plus的生物质化学链气化耦合CO2裂解模拟研究

生物质化学链气化耦合CO₂裂解技术能够在产生高品质合成气的同时将CO₂转化为CO,是可以同步实现CO₂增量降低和存量减少的有效手段之一。使用Aspen Plus软件,建立了生物质化学链气化耦合CO₂裂解过程的模型,研究了温度、压力和生物质与氧载体质量比(m(Biomass)/m(Oxygen carrier),简称m_B/m_O)对反应产出合成气组分、气化特性参数和系统热负荷的影响。结果表明：随着温度的升高,反应产出的合成气中CO、H₂含量呈现上升趋势,CO₂、CH₄含量下降,产气热值增大,且在高于800 ℃时趋于稳定,反应温度在1000 ℃以下时,系统产热可以满足反应需要;当反应压力由0.1 MPa提高至0.5 MPa时,H₂、CO含量下降,CO₂含量提高,合成气热值下降,系统整体放热量增大;当m_B/m_O增大时,生物质进料量逐渐增多,氧载体还原产物中Fe含量增大,FeO含量降低,合成气热值上升;当m_B/m_O在0.3~1.3区间内时,系统产热可以满足系统反应所需。耦合CO₂裂解反应器后碳转化率有较大提升,并且在m_B/m_O为0.7时提升最为显著。     

南海北部大陆架Y盆地天然气中N2成因及气源剖析与探讨

Y盆地天然气中普遍含有非烃N₂和CO₂,且N₂含量与无机CO₂总体呈相互消长关系,而与CH₄为主的烃类气正相关。非烃N₂依据其含量可划分为低含N₂(N₂<10％)、含N₂(N₂=10％～15％)和富(高)N₂天然气(N₂>15％)等三类,而N₂成因则根据其地质地球化学特征及伴生稀有气体同位素特点,可将其综合判识为大气成因、壳源有机成因及壳源有机―无机混合成因等三种成因类型。N₂总体分布特征多具有平面上分区分块、剖面上集中富集于400～1600m的浅层或超浅层的特点。N₂与CO₂及烃类气的共生组合关系,常常具有有机成因的富N₂天然气与低含量有机CO₂及高含量CH₄为主的烃类气伴生,而有机―无机混合成因的低含N₂、含N₂天然气则多与高含量无机CO₂及部分CH₄为主烃类气并存的组合特征。很显然,这种共生组合关系决定了N₂的成因及气源构成特点。因此,基于N₂成因类型及与CO₂及烃类气的共生组合关系和分布特征,结合地质地球化学的综合分析研究,可以综合判识N₂气源。     

地下煤气化合成气的脱碳提氢耦合工艺探讨

针对煤炭地下气化(UCG)技术制备的合成气具有温度高(>200℃)、压力大(3.35 MPa)、饱和含水量大及组分复杂(含CH₄、H₂、CO₂和CO等)的特点,设计并采用膜分离+溶剂吸收耦合的处理方法以实现地下煤合成气中CO₂的脱除和H₂的提纯。地下煤合成气经过二级膜分离单元的处理,实现了CO₂/H₂与CH₄的分离并得到了脱碳净化气,其中CO₂含量(物质的量分数)≤3%,该膜分离工艺所需能耗为0.297 k W·h/m³。使用醇胺吸收法处理CO₂/H₂混合气,并通过配方溶液筛选、工艺流程优化和校验分析等方法开展了研究,最终得到了H₂纯度(物质的量分数)≥99%的产品,该醇胺吸收法的能耗为0.341 k W·h/m³。使用膜分离+溶剂吸收耦合处理复杂工况的地下煤合成气,可得到脱碳...     

混合醇胺溶液耦合电石炉净化灰吸收-矿化CO2性能

针对醇胺吸收法中富CO₂吸收液的解吸封存问题，详细探究了乙醇胺(MEA)与N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)混合溶液耦合电石炉净化灰吸收-矿化CO₂的潜力，并同等添加比例(n(CO₂):n(Ca)=1.0:1.0)下CaO、Ca(OH)₂的CO₂矿化性能进行了对比。实验结果表明，配比为1.5 mol/L MEA+1.5 mol/L DMEA的混合醇胺溶液的CO₂吸收负荷和解吸率最大，分别为1.807 mol/L和82.78%；经过4次吸收-解吸循环后其CO₂吸收性能有所下降，但4次循环后CO₂吸收负荷仍有0.950 mol/L，利用电石炉净化灰可有效解吸封存MEA/DMEA混合醇胺溶液吸收的CO₂。电石炉净化灰的解吸性能接近CaO但优于Ca(OH)₂，所得矿化产物包括文石、球霰石和方解石型碳酸钙。这主要由于活性含钙物质可以向富CO₂溶液中释放Ca     

CO2和CH4的转化与气田的关系之我见

长期以来，在石油地质研究领域对CO₂与CH₄的转化关系及其转化成因尚无统一的定论。一般只将CO₂作为生油还原环境的参数指标之一。因此在油气田勘探研究中，常将CO₂在储存空间的保存完好性作为判定生、储油气层保存完好性的指标，这样CO₂在油气田勘探阶段中仅作为寻找油气藏的一个线索。但在如下几种条件：①存在CO₂催化剂（触媒剂）；②存在H₂及H₂的化合物；③具备一定的温度和压力条件；④处于特定的保存条件下，则CO₂可以转化为CH₄及烃类，或者CH₄及烃类能够转化为CO₂。由此认为，CO₂可作为勘探开发大气田的指示气体，而且在发现有高含量和高产量的CO₂气井地区内，有可能勘探到丰富的天然气资源。     

等离子体作用下CH4-CO2重整制取合成气工艺过程数值模拟

随着温室气体CH₄与CO₂排放量的逐年增加，全球气温上升、全球变暖加剧。CH₄-CO₂重整(CRM)能够有效降低温室气体的排放量，且重整产物为合成气(CO和H₂)，能提高碳资源的利用率。通过CRM装置完成了反应过程及产物分析，结合流体仿真软件Fluent与化工模拟软件Chemkin模拟揭示了等离子体作用下CRM制合成气反应过程中进料速率、进料比(n(CO₂):n(CH₄))及等离子体功率对反应器内部温度场与浓度场分布的影响规律。结果表明，随着进料速率提高，物流在反应器内涡流作用加剧，导致反应器底部温度变高，CH₄所参与副反应的平衡向正方向移动，参与主反应的CH₄减少，对CO、H₂的选择性降低。相同进料速率下，进料比越大，目标产物产量越高，过量的CO₂发生副反应，导致CO的增量大于H₂的增量。大功率等离子体提供的高温环境会促进C...     

不同分解温度下记忆效应对CO2/CH4混合气体水合物合成的影响

在非常规天然气以及天然气水合物二氧化碳(CO₂)置换开采过程中，明确CO₂/CH₄混合气体水合物(以下简称“CO₂/CH₄水合物”)的合成和分解机理，对水合物法分离混合气体、CO₂封存与CH₄高效开采有重要意义。以多孔介质+去离子水体系中的CO₂/CH₄水合物为研究对象，进行了二次合成和分解实验，研究了分解时间为0.5 h、分解温度为5～25℃条件下的记忆效应对CH₄/CO₂水合物合成的影响，主要从二次合成诱导期、气体消耗量和消耗速率，以及各组分气体消耗情况3个方面进行了分析。结果表明，分解温度越低，二次合成诱导期越短；记忆效应降低了二次合成速率；当分解温度为10℃时二次合成速率最快，气体消耗速率峰值为8.10 mmol/min；在相同的合成温度和压力下，升温分解后的记忆效应使二次合成时CO₂水合物合成量提高至初次合成量的1....     

北部湾盆地福山凹陷CO2气成因探讨

北部湾盆地福山凹陷油气钻探中发现了高含CO₂气的天然气气藏。对CO₂气稳定碳同位素、伴生稀有气体氦和氩同位素进行了分析研究，结果显示，福山凹陷CO₂气稳定碳同位素偏重，(13C_CO2为-5.01～-10.08‰，绝大多数样品大于-7.0‰，为无机成因CO₂气特征；伴生稀有气体氦同位素³He/⁴He值为(4.74~5.03)×10^-6，R/Ra值为3.38～3.59；伴生稀有气体氩同位素⁴⁰Ar/³⁶Ar值为1881～2190，也显示出幔源或壳幔混合CO₂气的特征。综合判定认为，福山凹陷CO₂为壳幔混合成因。始新统流沙港组岩浆岩体分布特征与CO₂气藏分布范围基本一致，也表明幔源-岩浆可能是福山凹陷CO₂气的主要来源。与南海北部边缘盆地其它地区如珠江口盆地西部、琼东南盆地东部CO₂气成因一致，都为幔源-岩浆来源，或壳幔混合来源。     

南海西部盆地高温超压储层CO2气层测井评价技术

论述了在南海西部盆地高温超压储层中利用测井资料定性识别及定量评价气体类型时遇到的问题。储层中同时含有CH₄、CO₂以及地层水时,导致该类储层测井响应特征变化复杂,尤其是CO₂溶于水后形成的附加导电性变化规律不清晰,导致基于电阻率测井响应的评价方法对CO₂的定性识别和定量计算变得异常困难。为此,利用CH₄与CO₂在中子、密度测井响应存在的差异特征,构建一个经孔隙度、含气饱和度校正的识别参数(NDS-S_g),利用该参数可以对气体类型进行有效的定性识别;基于CH₄和CO₂在热中子扩散及减速方面的差异特征,首次采用中子测井长短源距计数率建立了气体组分定量计算模型。定性识别及定量计算结果与测试结果吻合良好,证实了方法的可靠性。