页岩过剩吸附量与绝对吸附量的差异及页岩气储量计算新方法

页岩吸附气含量的准确测试对于储量评价及开发方案编制等具有重要的意义,但过去在计算地层压力条件下的吸附气含量时,未考虑过剩吸附量和绝对吸附量之间的差异。为此,基于重量法等温吸附实验,得出了以下认识:①当考虑吸附相体积的存在时,等温吸附实验并不能直接测得甲烷的实际吸附量(绝对吸附量),实验测得的应为过剩吸附量;②当压力在10 MPa左右时,过剩吸附量达到最大值,此后随着压力的增大而减小,这一现象是超临界甲烷过剩吸附量的本质特征。为了将过剩吸附量转换为绝对吸附量,提出了计算甲烷吸附相密度的改进方法。改进后的方法对吸附实验数据的拟合效果更好,吸附相密度的计算结果也更加合理。进而对绝对吸附量进行校正,发现绝对吸附量与过剩吸附量的差值随着压力的增大而增大,如果采用低压条件下的实验吸附曲线直接进行页岩吸附能力的评价,将严重低估页岩气储层的实际吸附能力,由此提出了应用过剩吸附量和游离气量计算页岩气地质储量的新方法。结论认为:过去用老方法计算得到的页岩含气量明显大于新方法,有可能高估了页岩气藏的地质储量。     

以煤层气为燃料的固体氧化物燃料电池发电系统的模拟与分析

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)发电具有效率高、噪声低、排放低的优点。为评估煤层气SOFC发电系统性能,并与现有燃气内燃机发电技术进行对比,在AspenPlus模拟环境中构建了SOFC发电系统流程,研究30%和91%煤层气浓度下水碳比、电流密度、空气预热温度等参数对系统性能的影响,并与燃气内燃机发电进行技术经济性比较。结果表明,使用30%浓度煤层气时,SOFC发电效率为38.7%,略低于燃气内燃机发电效率,年CO2排放量与燃气内燃机接近;使用91%浓度煤层气时,SOFC发电效率为53.2%,高出燃气内燃机13.4%,年燃料成本降低24%,年CO2排放量相比燃气内燃机降低23%;受大量冷却空气的影响,SOFC的NOx排放是燃气内燃机的2倍。由结果可知,当煤层气浓度在30%以上时,SOFC相比燃气内燃机才具有效率优势;煤层气浓度越高,SOFC的效率优势越明显;当煤层气浓度低于30%时,建议仍使用燃气内燃机进行发电。     

松辽盆地北部油页岩非等温热解动力学研究

通过岩石评价仪对松辽盆地北部油页岩进行5种非等温匀速升温热解实验,分别为10℃.min-1、15℃.min-1、20℃.min-1、25℃.min-1和30℃.min-1,得出转化率与温度的关系。利用积分法、微分法、Friedman法、最大反应速率法对实验数据进行数学处理,计算出油页岩热解动力学参数,并将结果进行对比。结果表明,当转化率为5%~95%时,Friedman法计算得到的活化能E为165kJ/mol~545kJ/mol;积分法与微分法计算得到的活化能与Friedman法转化率为5%时的结果接近;最大反应速率法计算得到的活化能,与Friedman法在转化率为50%时的结果基本一致。研究结果同时表明,开发小颗粒干馏工艺对油页岩工业化发展具有重大意义。     

油页岩原位开采技术发展方向及趋势

通过对国内油页岩开发利用技术现状的研究,分析了制约我国油页岩大规模开发利用的主要问题,并针对我国优质油页岩资源埋藏深的特点,考虑到环境保护和可持续发展等问题,提出油页岩原位开采技术是未来我国油页岩开发技术的必然趋势,并对目前国内外各种油页岩原位开采技术进行了分析和对比,提出了我国油页岩原位开采技术研究的思路.     

人工制氢及氢工业在我国“能源自主”中的战略地位

全球正经历从化石能源向氢能等非化石能源过渡的第三次能源体系重大转换期。为给我国实现能源体系转型和"能源自主"战略目标提供参考,综述了国内外氢工业的发展现状和发展趋势,探讨了人工制氢、储氢技术的发展途径,明确了氢工业的战略地位。研究结果表明:(1)发展氢工业,是优化能源结构、保障国家能源安全的战略选择,在实现我国"能源自主"的战略中占有重要地位;(2)全球氢工业发展初具规模,人工制氢仍主要依靠化石资源,煤炭地下气化制氢符合我国的国情,具有较大的发展潜力;(3)与氢工业相结合的新能源,将是未来能源消费的主体;(4)电解水制氢将贯穿于氢工业发展的全过程;(5)安全、高效储运氢技术是氢能实用化的关键,液态储氢将是未来主要的储氢方式。结论和建议:(1)氢工业基础设施建设处于起步阶段,但发展迅速;(2)我国发展氢工业,近期应在煤炭地下气化制氢方面取得突破,初步形成产业链;(3)中期促使氢工业成为新的经济增长点和新能源战略的重要组成部分;(4)远期力推氢能成为我国能源生产与消费结构的重要组成部分,力争实现"氢能中国",依靠新能源等实现国家"能源自主"。     

中国南方海相页岩储层可动流体及T2截止值核磁共振研究

为了分析中国南方海相页岩气储层的可动流体及T₂截止值特征,结合低场核磁共振和高速离心实验进行了页岩可动流体测试。实验结果表明：页岩饱和水状态和束缚水状态的建立至关重要,中国南方海相页岩建立饱和水状态的最佳压力为12MPa,建立束缚水状态的最佳离心力2.76MPa。其可动流体T₂截止值为1.07～3.22ms,平均值为1.8ms,明显小于致密砂岩的T₂截止值。使用经验值13ms来进行页岩可动流体的计算将会产生很大误差。结合饱和水状态和束缚水状态的核磁共振T₂谱,得到可动流体饱和度为23.19%～30.84%,平均值为27.28%,束缚水饱和度高,超低含水饱和度现象明显。将核磁共振T₂谱转换成孔径分布,得到页岩孔隙半径主要分布在20～200nm。     

基于重量法的页岩气超临界吸附特征实验研究

为了有效分析页岩气体的超临界吸附特征,利用重量法等温吸附仪,借助高精度的磁悬浮天平系统,直接测试了不同压力条件下甲烷气体密度及其过剩吸附量。实验测试结果表明,当压力较小时,过剩吸附量随着压力增大而增大;当压力大于8 MPa后,过剩吸附量会随着压力的增大而减小,这主要是由于甲烷吸附相密度与游离相密度差值随压力先增大后减小导致的。页岩中超临界甲烷的等温吸附曲线在压力较大时,必然存在下降的趋势,这并非异常现象,而是超临界甲烷过剩吸附量的本质特征。此外,利用高压段甲烷过剩吸附量随压力直线递减的规律,确定了甲烷吸附相体积的计算方法,并且采取定吸附相体积的方法对绝对吸附量进行了校正,校正结果表明,超临界甲烷在页岩中的绝对吸附量依旧能很好的利用Langmuir吸附模型进行拟合及分析,可以将该经典的吸附理论扩展到超临界温度领域。     

大庆油页岩及干馏产物的利用途径分析

大庆油页岩的舍油率大部分都在10%以上,具有很好的经济开发价值.对大庆油页岩及其干馏产物性质的实验研究表明,油页岩的机械强度较低,应选择粉末、颗粒干馏炉进行加工处理;页岩油主要由柴油馏分和重油馏分组成,分别可加工成成品油和直接用作燃料油;热解干馏气热值约为17MJ/m3,可以在除作自身干馏所需的热量燃料外,用作城市煤气或工业锅炉的燃料;半焦着火点低,热值约为23 MJ/kg,可作为清洁燃料用于发电或民用;页岩灰的主要组分是氧化钙争氧化硅,可用于生产建筑材料.     

内蒙古油砂抽提沥青的实验研究

进行了热碱水抽提内蒙古油砂中沥青的实验研究。结果表明,最佳抽提条件为：碱液浓度0．3％,抽提温度90℃,碱液／油砂质量比1．5～2．0,搅拌速度75～100r／min,抽提时间20min。在抽提得到的粗沥青中加入质量分数为20％的石油醚（馏程60—90℃）,于45℃下进行了进一步的脱砂处理。结果表明,砂粒与沥青基本分离,所得沥青中沥青质的质量分数达43．40％。     

页岩吸附性能及孔隙结构特征——以四川盆地龙马溪组页岩为例

四川盆地昭通区块龙马溪组页岩的TOC含量和现场含气量测试显示,下段页岩含气性好,储层也具有可改造性。利用全岩及黏土矿物分析、等温吸附实验、比表面及孔径分布等实验研究,发现页岩中干酪根纳米级孔隙发育,孔径主要分布在2~60 nm,是页岩比表面的主要贡献者。页岩与干酪根的吸附-脱附曲线形态也说明了这一现象,两者基本相似,都具有明显的滞后环。而页岩中黏土也具有一定比表面积,其含量与页岩的比表面不存在相关性。因此,TOC含量增加,页岩的比表面积增大,吸附能力增强,饱和吸附量变大,使得含气量增加。