磁处理过程的热力学相变分析

根据热力学相变分类，指出在处理过程中液态物质经磁场作用后，从无序转变为有序是一种相变现象，由此解释了磁场作用后原油失放潜热不同的现象。从热力学相变的角度对有关的试验现象进行分析，更深入地认识磁处理技术的作用机理。对磁处理后原油的冷却规律进行了解释，从更深的层次认识磁处理技术的微观机理，使磁技术在油田生产中发挥更大的作用。     

混相EOR工艺：在气驱模拟中存在椭圆形区域

EOR方法包括向油藏中注不同流体以便提高驱油效率。在过去15年期间，开发出了1-D气驱油解析模型。根据半解析和数值试验观测到，该工艺的几个热力学特性不依赖于迁移性质。在本文中分析了混相流体驱油一维模型。主要结果是在EOR数学模型中分成热力学和水动力学两部分。引入与守恒律之一及其作为独立变量使用有关的位势减少了方程数量。减小的辅助系统仅包含热力学（每个相的平衡分数、等温吸附线）变量，升腾方程（1ifting equation）仅含有水动力学（相相对渗透率和粘度）参数，而原始EOR模型含有热力学和水动力学函数。于是，把EOR驱替问题分了成两个独立问题：一个热力学问题和一个水动力学问题。因此，辅助系统决定了驱替过程中出现的相变，即相变不依赖于流体和岩石的水动力学性质。例如，最小混相压力（MMP）不依赖于相对渗透率和相粘度。新研究出的技术能够对自相似连续注入问题和非自相似段塞注入问题进行划分。相对于移性质，这一划分大幅度减少了敏感性研究的计算次数：对于给定油藏和注入组成来说，一旦在解一个迁移方程中仅改变相对渗透率和粘度，就可以解辅助热力学问题。本文分析了4组分注气问题的不同解析解。考虑把氮和烃气注入3组分液态油藏流体。该系统的本征值与介质中每个组分的传播速度有关。众所周知在3相流动中存在椭圆形区域（复杂本征值），但是本文首次说明在2相流动中也可以出现这一特性。能够用组分动力学对迁移性质的独立性检验组分数值模拟器。如果流度比接近于1，在流线模拟器的开发中可以应用这一模型。     

相变自生固相压裂液及施工工艺优化

常规水力压裂存在摩阻高、易砂堵、设备磨蚀、残渣伤害等难以避免的问题。针对上述问题,提出一种全新的相变自生固相压裂技术,即：向地层中注入由相变压裂液、非相变压裂液组成的自生固相压裂液体系。在地层温度条件下,相变压裂液通过相变由液态转变为固态,代替陶粒、石英砂等支撑剂,非相变压裂液占据的空间在其返排后形成具有高导流能力的流动通道。压裂液体系在水力裂缝内的流动形态、铺置长度、填充率受注入工艺影响较大,研究不同工艺下的自生固相压裂液体系流动形态、铺置长度、填充率,对提高该技术成功率具有重要意义。文章建立了一套自生固相压裂液体系流动分布数学模型,模拟不同工艺下的流动形态、铺置长度、填充率,模拟结果表明：相变压裂液形成的固体支撑剂能够有效支撑裂缝;随着注入液量的增加,相变压裂液前缘距离井眼越远;冻胶可以降低滤失量,形成更长的铺置长度和更高的填充率;顶替液不能过量,防止形成饺子状裂缝。     

含石蜡相变微胶囊的丁羟胶（HTPB）类聚氨酯弹性体的合成及其热学性能及力学性能的研究

以苯乙烯-二乙烯基苯共聚物为囊壁及以密胺树脂为囊壁、熔点50℃的石蜡为囊芯制备了两种石蜡相变材料微胶囊,将其不经任何处理直接添加到端羟基聚丁二烯（HTPB）型聚氨酯弹性体体系中,制备出聚氨酯弹性体复合材料,并对制备的含两种不同囊壁的石蜡相变微胶囊的聚氨酯弹性体的热力学稳定性和力学性能进行了测试和表征。其结果表明,加入石蜡相变微胶囊后聚氨酯弹性体本身很好的热力学稳定性并未降低,且含密胺树脂为囊壁的石蜡相变微胶囊的聚氨酯弹性体热力学稳定性增大了;加入微胶囊后其拉伸强度及压缩强度都得到的大幅度的提高;随着加入的石蜡相变微胶囊的囊壁/囊芯质量比的变大,压缩强度增大,拉伸强度减少;而含密胺树脂囊壁类的胶样增加拉伸强度的幅度比较大,而含聚苯乙烯囊壁类的胶样增加压缩强度的幅度较大。     

低沸物过热亚稳态与相变爆炸

利用热力学及动力学理论分析了相变爆炸产生的原因。介绍了计算过热极限温度的常用公式,并以低沸物贮存与运输过程中预防相变爆炸的发生提出了指导性的措施。     

水平圆管油水两相变质量分层流压降计算

以往对水平圆管中复杂流体介质的流动规律研究的对象均是对水平圆管单相和气液两相变质量流动,关于存在壁面入流条件的水平圆管油水两相变质量流动的研究较少。为此对水平圆管油水两相变质量分层流动进行了微元分析,考虑壁面入流对其中油水两相变质量分层流动压降的影响,分别对油水两相应用连续性方程和动量守恒方程,得出了水平圆管油水两相变质量分层流动的基本模型和压降计算模型。通过模型求解揭示了在壁面入流条件下沿水平圆管的压降规律,并分析了壁面入流、圆管直径、油相黏度和含水率等主要参数对其中压降规律的影响。计算结果表明,当油相黏度较大时,随含水率的增加,沿水平圆管压降降低;而油相黏度较小时,随含水率的增加,沿水平圆管压降升高。     

凝析气藏合理生产压差的确定

鉴于反凝析油在近井地带的聚集引起产能损失的问题,在制定凝析气井工作制度时,通常以控制生产压差为主,往往忽略高速流动下凝析气液相变的非平衡特征与毛管数效应.为此,分析了凝析气非平衡相变与向井流规律,评价了凝析气在流动过程中的非平衡相变特征和毛管数效应,阐述了凝析液聚集的变化规律.结果表明,流体在高速流动条件下,增强高速流动效应有利于提高凝析气井产能.在对产能预测结果对比的基础上,提出了以凝析液饱和度分布控制为主的凝析气藏合理生产压差确定方法.     

NH3-HCl-H2S环境下加氢空冷系统流动腐蚀演化机理及冲蚀特性预测

以某石化公司柴油加氢空冷器及其出口管道系统的流动腐蚀运行风险为研究对象,基于流动-传热-相变过程中的工艺关联分析,研究腐蚀性易结晶组分NH3、H2S、HCl在多元流体中的变化规律,揭示多元多相流体输运过程NH3-H2S-HCl环境下的流动腐蚀演化机理,建立了基于工艺分析的空冷器流动腐蚀分析方法。基于分析结果,采用Mixture模型与SST k-ω湍流模型对空冷器出口管道的冲蚀特性进行数值预测,定量分析剪切应力、传质系数及腐蚀速率等冲蚀表征参数的分布规律,进行冲蚀高风险区域的定量预测。研究结果表明：空冷器出口二级管道的三通3、三级管道的三通4的流动腐蚀各项表征参数均处于高值,其中最大腐蚀速率达到2.86×10-7kg/(m2•s),易发生冲蚀穿孔泄漏。超声波测厚仪测试获得的管道减薄趋势与数值预测的结果基本吻合,可为加氢空冷系统的抗流动腐蚀优化设计和在役风险检验提供理论支撑。     

国内外激光钻井破岩技术研究与发展

激光钻井破岩是钻探工程领域一项具有前瞻性的应用基础理论课题。它包括5大基础科学问题，即激光/岩石/流体相互作用原理、岩石快速相变的热力学与传热学、强激光的传输变换与微型化原理、激光破岩岩屑运移的多相流动理论、激光钻井的安全与环境保护科学等。详细评述了国内外激光钻井破岩技术的研究水平与进展，指出大功率激光器的小型化、井喷控制和井漏防治、井壁岩石釉化层强度与井眼防坍塌能力、油气藏的发现与储层保护、激光束在井下环境传输性能、每米钻井成本的经济性等问题将是未来的重要研究内容。     

硫及含硫化合物的热力学性质

从比热容的温度函数式（Ｃｐ＝α＋βＴ＋γＴ２）可导出化合物的标准生成熟（△Ｈｆ＾０）、标准生成自由焓（△Ｇｆ＾０）等热力学参数,以用于复杂的气相平衡计算。但,元素硫在硫回收过程中涉及的反应温度下有相变发生,故元素硫及含硫化合物的热力学参数温度关联式的求解,因涉及热力学上基准问题,而可有不同的表达方法,这对用最小自由能法或用平衡常数法求解克劳斯反应的平衡组成是很有意义的。     

CO2井筒相变流动温度压力计算模型研究

CO2在井筒流动过程中的气液相变对井筒温度、压力分布的计算有较大影响。CO2流体在气液相变段的流动属于两相流动,目前常用的计算方法均未考虑该气液混合段的两相流计算。文章从传热学及两相流理论出发,建立了井筒流体相变过程中温度、压力分布的耦合计算新模型;考虑沸腾传热和凝结传热的影响,对流体相变过程中井筒总传热系数进行了修正。该模型主要创新在于可以对CO2流体相变过程中气液混合段的温度、压力进行求解,并能对该混合段气液组分含量变化的动态过程进行计算。运用此模型对吉林油田H75-29-7井压力、温度、质量含气率进行了计算,计算结果与实测结果对比显示本模型计算精度较高。     

综合高速效应的凝析气藏流入动态

当井底压力低于露点压力时,凝析液在近井地带开始析出并不断聚集产生凝析油堵塞现象。因此,在制定凝析气井工作制度时,通常以控制生产压差为指导思想,往往忽略高速流动下凝析气液相变的非平衡特征。对于凝析气体系,当外界温压变化速度超过凝析气液的相平衡速度时,凝析气体系相变滞后,开始呈现非平衡特征,即凝析液的析出量随着压降速度的增加而减小。凝析气在向井筒流动的过程中,近井区高速流动使凝析气产生非平衡相变,凝析气在比较高的压降速度下流入井筒,使得凝析液来不及析出。在分析非平衡相变规律与近井地带凝析气渗流参数分布的基础上,评价凝析气液流动过程中的非平衡特征,给出了考虑非平衡相变的凝析液饱和度分布计算公式,并进行了产能预测结果对比。实例分析表明,可以通过适当放大生产压差,增加凝析气液相变非平衡特征,减小井筒附近的凝析液饱和度,提高气井产能与气藏开发效果。     

多孔介质内高含蜡凝析气-液-固相变热力学模型分析

高温高压且高含蜡的深层凝析气藏开发过程中,多孔介质的界面效应对凝析气体系的相态,尤其是对析蜡量具有重要影响.在基本的凝析气三相相变热力学模型基础上,考虑毛管力和吸附作用的影响,首次建立了包含毛管力和吸附的四相闪蒸热力学模型.使用此模型对某一凝析气体系进行了析蜡量计算,并用实验结果进行了对比.计算结果表明,该模型能够反映多孔介质内气-液-固相变的基本规律,多孔介质的界面效应不能忽略.     

油田开发中的非平衡态问题

本文提出基于非平衡态热力学研究油田开发过程的设想。熵定律、熵平衡方程、唯象方程、昂色格互易关系和最小熵增定理构成了非平衡态热力学的基本理论。由非平衡态热力学可导出通过多孔介质的粘性流动场方程、地层温度分布和扩散方程等。     

凝析气液复杂渗流数学模型

为真实反映凝析气藏相变过程中流体的流动情况，需要考虑气、液相变作用及流-固热耦合对凝析气藏渗流规律的影响。引入相变产生的毛管力、界面阻力及非达西因子，建立表征凝析气藏多相高速流动相变特征的渗流方程，同时考虑气化潜热及流-固热耦合，推导出流-固热耦合能量方程，结合凝析气藏相变特征的传输方程，对速度场、温度场进行量化计算，从而合理描述流体渗流的特性和过程。利用该模型进行凝析气井复杂渗流规律研究，结果认为：凝析气相变对凝析气渗流的影响显著；流体与岩石颗粒温度在相变区都是先升后降，最终低于气藏原始温度，但岩石颗粒温度变化有滞后趋势；模型考虑界面张力、毛管力时预测的凝析气产能低，凝析油产能高。     

水平井筒气液两相变质量流动流型转变实验研究

在对水平井筒气、液两相变质量流动的流型转变进行了理论研究,在此基础上,设计并建立了流型转变实验装置,对水平井筒气、液两相变质量流动的流型转变进行了模拟实验研究.在轴向为气、液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的流型转变实验研究,获得了大量的实验数据.根据实验数据修正了理论计算模型,修正后的理论模型计算结果和实验数据吻合很好.     

自支撑相变压裂技术室内研究与现场应用

为了解决常规水力压裂普遍存在的砂堵、残渣伤害、设备磨损、裂缝远端难以得到有效支撑等问题，提出了一种自支撑相变压裂技术，即：向储层注入由相变流体和非相变流体组成的相变压裂液体系，在地层温度的刺激下，相变流体发生相变，由液体变为固体的相变支撑剂颗粒从而支撑水力裂缝，而非相变流体占据的空间在其返排后则成为油气高速流动的通道；在此基础上，进行了材料性能评价、工艺参数优化和现场应用。研究结果表明：①在30 ℃下，相变压裂液体系是一种无固相的液体，流动性好，随着温度的升高，逐渐生成相变支撑剂颗粒；②相变流体相变时间可调，能够适合不同温度的储层；③在不同配方、不同剪切速度条件下，相变压裂液体系能够形成粒径介于0.1～5.0 mm的相变支撑剂；④裂缝导流能力与粒径大小呈正比，导流能力优于石英砂和陶粒。现场应用效果表明，缝长及导流能力优化、注液排量设计、温度场模拟计算等配套手段进一步完善了自支撑相变压裂技术体系，能够有效地指导自支撑相变压裂现场实施。结论认为，现场应用的成功，验证了该项技术的可行性，可以为储层改造提供一种新的压裂技术。     

水平井筒气液两相分散泡状流流动模型

通过对分散泡状流流型中的分散气泡进行受力分析,考虑了管壁入流或出流的影响,得到水平井筒气液两相变质量流动分散泡状流向间歇流流型转变的判别方法。并分别应用气、液两相质量守恒方程和动量守恒方程,考虑管壁存在入流或出流对于分散泡状流流型压降的影响,得到水平井筒气液两相变质量流动分散泡状流流型的压降计算方法。     

旋转涡轮分离器中气液两相喷嘴天然气脱水数值模拟研究

以甲烷/水蒸气混合物为介质,用Flunent6.3对旋转涡轮分离器中的两相喷嘴进行了水蒸气相变的数值模拟研究。研究表明,水蒸气的相变点出现在喷嘴喉部的下游,在相变点以后为气液两相双组份混合物的流动相似,该分离器可以对含湿天然气进行脱水处理。     

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高压、低温条件下，烃类气体与水形成水合物，堵塞天然气管道；为此，石油、天然气工业界需要研究抑制水合物的方法。另一方面由于许多水合物具有适宜的相变温度、压力、较大的相变潜热与冰蓄冷器相当的蓄冷密度，故可利用水合物进行蓄冷，以解决诸如城市空调冷负荷高峰与城市用电尖峰一致所造成的电网峰值不平衡等问题，从而产生巨大的经济效益。因此，水合物蓄冷技术的研究是极具发展前途和吸引力的。华南理工大学化工研究所通过对制冷剂Ｒ１４２Ｂ气体水合物分解放冷过程的研究，探讨了分解过程热传递机理，建立了热力学分解模型，并用实验数据加以验证。研究表明，分解速度与放冷过程温差、水合物晶体疏松度、水合物密度有关，放冷数学模型分析与实验结果相吻合，从而为水合物蓄冷技术进入实用化打下了良好的基础。