CH4和CO2在临氧条件下多相催化合成乙酸

在总结国内外CH₄-CO₂直接合成乙酸和CH₄、CO₂在临氧条件下活化转化的研究进展基础上，论证了在CH₄-CO₂体系引入氧改善热力学和在多相催化作用下直接合成乙酸的可行性。     

不同矿化度水对煤储层吸附性能的影响

为了探究水分及其矿化度对煤样吸附甲烷能力的影响,以准噶尔盆地南缘玛纳斯矿区侏罗系西山窑组块状煤样为例,采用矿化度水配制—样品制备—样品大气压下水浸—高压下注水—等温吸附实验的实验步骤,开展煤样干燥、饱水及含不同矿化度水条件下煤的等温吸附实验,探讨不同矿化度水对煤储层吸附性能的影响。研究结果表明:干燥煤样的兰氏体积显著大于注蒸馏水煤样的兰氏体积,注蒸馏水煤样的兰氏体积大于注10 000 mg/L矿化度水煤样的兰氏体积,但后者与注20 000 mg/L矿化度水煤样的兰氏体积相差不大。其主要原因为注蒸馏水煤样中水分子比甲烷分子更容易占据煤基质内表面或微孔内表面的吸附位,从而使得兰氏体积降低,而含矿化度水使得煤基质表面的吸附位进一步减少,从而造成了煤样对甲烷的吸附能力降低,但这也存在着一个极限值,大于20 000 mg/L矿化度水已不能明显降低煤样的兰氏体积。因此可推断,在地下水径流区或弱径流区,煤层水的矿化度不断增大至10 000 mg/L时,煤层中处于动态平衡的游离气含量会增加,而吸附气含量会减少,当煤层水矿化度超过10 000 mg/L,煤层中吸附气与游离气的含量比例趋于稳定。实验从研究创新的角度出发,以低煤阶煤样为例,对比分析了含不同矿化度水条件下煤样对甲烷的吸附能力的差异,并且进行了相关的理论分析和机制解释,认为地下水矿化度影响煤储层对甲烷的吸附能力。     

郑庄区块高阶煤层气低效产能区耦合盘活技术

高阶煤层气井低产低效区的普遍存在,已成为制约我国煤层气产业发展的主要瓶颈之一。沁水盆地郑庄区块有2/3的矿井属于低效井,区块整体经济效益差,以郑庄区块为例,剖析造成高阶煤煤层气低效开发问题的影响因素,提出了低效区盘活技术策略和模型。建立了井网部署方式、储层改造适应性技术、高效排采管控方式3个方面的优化技术,形成了适用于高阶煤储层煤层气井增产的技术系列:一是基于开发动态分析和数值模拟的开发井型井网优化技术和水平井耦合降压盘活直井技术;二是基于煤储层特征及煤层气开发机理分析的高阶煤储层疏导式储层改造技术;三是基于煤储层气-水赋存机理和微裂隙气-水流动机理的高效排采管控技术。在此基础上,提出了郑庄区块低效产能带耦合盘活的工艺技术思路:以资源有效动用为核心,通过调整井网井型,采取疏导式储层改造技术和高效排采管控模式,实现低效区带整体协同降压,新井高效开发,老井稳定增产,达到区块整体盘活的效果。建立了低效区整体盘活工艺技术模型,并在郑庄区块进行了现场试验。为期3 a的现场试验取得了显著的开发效果:44口直井平均单井日产气量2 400 m~3,是周围老井峰值产气量的3.6倍;22口水平井盘活试验井产量是调整前水平井的4.2倍,耦合降压使得周围低产直井平均单井日产气量提高了435 m~3,试验区采气速度由调整前的1.8%提高为目前的7.6%,提高了区域煤层气储量动用程度和采气速度,使区块开发经济效益转亏为盈。该项技术的研发成功,为国内类似地质条件煤层气低效区盘活提供了示范和借鉴。     

寿阳和柿庄区块煤储层压裂效果及其影响机理分析

通过分析寿阳和柿庄区块携砂液阶段的压力曲线类型,对压裂效果进行了评价,创新性地对携砂液阶段的砂比曲线类型进行了划分,揭示出压力曲线类型与砂比曲线类型之间普遍存在的统计对应关系,以此为基础,考虑地应力类型、煤岩与围岩力学性质及应力差异多因素,分析了煤储层压裂效果影响机理。研究表明:①压力曲线可划分为下降、稳定、上升和波动4种类型,是评价压裂效果的直接依据;②砂比曲线可划分为连续和断续两种类型,发现压力曲线类型与砂比曲线类型之间存在普遍的统计对应关系,其成因机制为:在弱挤压应力井层(正常应力场),在携砂液阶段早期垂直压裂缝扩展路径选择过程中,易出现砂堵,多形成断续型砂比曲线,随后,若满足垂直压裂缝压开顶底板临界条件,则垂直压裂缝垂向扩展压开顶底板,即逐层压开顶底板不同岩性层,易出现波动型压力曲线。若不满足垂直压裂缝压开顶底板临界条件,则垂直压裂缝被限制在煤层内侧向扩展,易出现稳定型、下降型和上升型不同类型的压力曲线;③与柿庄区块相比,寿阳区块出现断续型砂比曲线和波动型压力曲线占比的双高现象,整体压裂效果较差,其根本的地质因素是该区块的应力状态决定多数井层发育压开顶底板的垂直压裂缝,为无效造缝,使得压裂效果不佳;④砂比曲线可作为预警曲线,若砂比曲线为断续型,且压力曲线开始出现上升或波动,预期压裂效果差,可考虑提前终止压裂。     

豫西煤层瓦斯解吸特征与时间关系的研究

为了进一步了解煤层瓦斯解吸过程,更好地掌握瓦斯解吸特征,利用现场不同的取样方法,并在不同的暴露时间情况下,对豫西煤层残余瓦斯含量和甲烷组分变化进行了系统研究。研究结果表明,煤层残余瓦斯含量在煤样罐密封效果好的情况下,煤样测试结果与暴露时间无直接关系;煤样罐插上穿刺针头导通大气的情况下,煤样分别存留1,2,3,4,5 d,瓦斯含量遗失分别为15.13%、30.73%、68.17%、73.63%、76.29%,甲烷组分遗失分别为33.23%、59.71%、86.19%、90.98%、93.09%;煤样在完全暴露2 h和4 h的情况下,瓦斯含量遗失分别为24.80%、68.33%,甲烷含量遗失分别为54.53%、83.12%,甲烷遗失速度较快。     

低浓度煤层气液化精馏塔运行工况分析

低浓度煤层气深冷液化装置的精馏塔的运行工况决定着装置的综合能耗和整体经济性.为了有效优化工艺,降低精馏塔操作负荷,结合实验数据及数值模拟方法,研究了原料气甲烷浓度和精馏塔的回流比对精馏塔设计参数和操作负荷的影响.研究结果表明:随着含氧煤层气气源浓度的增大,精馏塔塔顶冷凝器负荷减小,塔底再沸器负荷增大,为了提高甲烷的回收...     

障碍物阻塞率梯度对甲烷爆炸特性影响研究

通过自主设计并搭建小型实验平台,研究障碍物阻塞率梯度依次为0、0.05、0.1、0.15时,甲烷火焰传播过程的火焰结构变化、火焰前锋动力学以及压力演变。结果表明：阻塞率梯度为0和0.05的工况,经过障碍物后的火焰前锋会由模糊逐渐变得清晰,随后火焰前锋会向燃烧区凹陷;而阻塞率梯度为0.1和0.15工况的火焰在经过障碍物后,前端始终模糊,随后湍流燃烧加剧,迅速在整个管道爆燃,并无火焰前锋凹陷现象。阻塞率梯度对火焰瞬时速度影响较大,而对平均速度并无太大影响。随着阻塞率梯度从0增大到0.15,最大火焰速度会明显提升,而平均火焰速度却近似一致。此外,高阻塞率梯度的障碍物组有利于压力积聚,随着阻塞率梯度的增大,峰值超压也呈现规律性的增大,达到峰值超压所需的时间也相应延长。     

低压微波等离子体催化甲烷偶联生成C2烃的研究

研究了矩形波导微波化学反应器在纯甲烷、低气压47Pa～5000Pa条件下,生成微波等离子体。研究了甲烷转化率,C2烃收率积炭率与气体压强的关系,以及乙烯、乙炔的选择性与气体压强的关系。实验结果显示,在上述气压范围内,甲烷转化率高达（75％～94％）,当压强在800～5000Pa范围内,反应产物全部为乙炔。     

铟-锡复合氧化物粉末的制备及甲烷催化燃烧性能研究

采用共沉淀法制备In2O3-SnO2复合粉末,以TEM、XRD、BET等实验手段对催化剂粉体的形貌和结构进行了表征.结果表明制备的催化剂样品颗粒均匀,粒径范围在10～40nm.该复合氧化物对甲烷的催化燃烧表现出了良好的催化活性.最佳制备条件为铟离子摩尔分数为40%,焙烧温度为600℃.     

沁水盆地煤层气资源潜力及开发利用前景

尽管沁水盆地已进入煤层气规模开发利用阶段,成为我国两大煤层气产业化基地之一,但其储量产量增速放缓,距离规划目标仍有较大差距。本文梳理总结勘探进展,开展沁水盆地煤层气资源评价。评价结果表明:沁水盆地煤层气地质资源量4.00万亿m3,可采资源量1.53万亿m3,资源潜力巨大。盆地北部太原组15#煤层和南部山西组3#煤层是当前及今后勘探开发的重点,盆地南部夏店-沁南区块是未来储量增长的重要潜力区。面对地质、技术、效益、管理等多方面条件的制约和挑战,要坚定发展信心,抓住发展机遇,实现沁水盆地煤层气产业的进一步发展,为保障国家能源安全作出贡献。