利用激光测量气体微小扩散量的研究

在油压系统中,存在于工作液体中的气泡、压力的变化特别是突然的变化等有时会导致系统不能继续正常地运转,甚至产生破坏.气体与液体之间的扩散是使得液体中的气泡生长及压力变化的主要物理现象.因此有必要研究气体—液体之间的扩散特性.提出了一种使用激光干涉法和U型管相结合,对气体体积的非常微小的变化进行测量的方法.对于气体—液体,气体—液体—橡胶组成的体系的扩散量分别进行了测量.为了验证此种方法的精确程度,推导出了从理论上计算气体扩散的计算方法.测量结果与计算值都能很好地吻合.实验结果上验证了橡胶层的存在对气体的扩散量将会产生一定的影响.     

利用激光测量气体微小体积变化装置的开发

开发了一种利用激光精确测量橡胶体积变化的装置.将橡胶浸入到密闭容器内的介质油中,当激光束照射到油面时将被沿原路反射.容器内的气体压力增加而导致液面下降时,即引起光路长度的增加.因此通过测量光路长度的变化可以实现橡胶体积弹性系数的测量.结果表明,橡胶的体积弹性系数与压力无关,表明本次开发的试验装置具有相当良好的精确度,对于诸如气体的扩散量等的精密测量具有现实意义.     

水、油接触过程中原油粘度变化的试验研究

应用高温、高压液体粘度装置，模拟了水、油接触时地层原油的轻烃组分向地层水中扩散而引起地层原油枯度的变化过程。测定了原油与模拟地层水多次接触后原油粘度与模拟地层水体积数的关系。试验结果表明，随着油、水接触轮次的增加，甲烷的含量呈下降趋势，乙烷和C3以上组分呈上升趋势。原油粘度变化与油水接触时间有密切关系。随着油水接触时间的增加，油中的轻烃组分逐渐扩散到水中并达到平衡状态；随着浓度差的减小，扩散速度逐渐减慢。原油中轻烃组分湾于水并随地层水产出是导致原油粘度上升的主要原因。这一结果可为水驱油田开发中有效控制原油的粘度、增加水油流度比及提高水驱效率提供理论指导。     

滑移流条件下纳米粒子布朗运动的Stokes-Einstein扩散关系

采用低雷诺数流理论中的奇点叠加法对做平移和旋转的纳米粒子运动规律进行了研究,推导出了适用于滑移流区域的Stokes阻力和旋转阻力矩公式,并在此基础上建立了平移和旋转运动的Stokes-Einstein扩散关系式.理论分析表明,滑移流条件下粒子运动的阻力和阻力矩小于经典式无滑移理论解,相应的粒子扩散系数高于无滑移问题的解,说明在滑移流条件下粒子扩散能力有所增强,且增强程度与努森数Kn直接相关,其值越大增强效果越显著.推导的关系式适用于描述低浓度无界液体或气体中的粒子运动,可应用于化工、环境、选矿和生物力学等领域.     

水、油接触过程中原油粘度变化的试验研究

应用高温、高压液体粘度装置 ,模拟了水、油接触时地层原油的轻烃组分向地层水中扩散而引起地层原油粘度的变化过程。测定了原油与模拟地层水多次接触后原油粘度与模拟地层水体积数的关系。试验结果表明 ,随着油、水接触轮次的增加 ,甲烷的含量呈下降趋势 ,乙烷和C3 以上组分呈上升趋势。原油粘度变化与油水接触时间有密切关系。随着油水接触时间的增加 ,油中的轻烃组分逐渐扩散到水中并达到平衡状态 ;随着浓度差的减小 ,扩散速度逐渐减慢。原油中轻烃组分溶于水并随地层水产出是导致原油粘度上升的主要原因。这一结果可为水驱油田开发中有效控制原油的粘度、增加水油流度比及提高水驱效率提供理论指导。     

水泥-水玻璃浆液在圆砾层的扩散规律

基于浆液在孔隙介质中的渗流方程,推导出了圆砾层中浆液流动时间、注浆量、扩散半径的计算式,并在一定的假设条件下,获得了水泥-水玻璃浆液粘度随时间变化的规律,探讨了不同注浆压力和浆液流动时间对浆液扩散半径的影响.浆液扩散半径随注浆压力的增大呈非线性增大,随浆液流动时间的增大呈非线性减小.圆砾层防渗注浆工程实例验证了圆砾层双液注浆计算式的正确性.     

扩散泵返油的Monte Carlo模拟

本文用气体动力学分析了油蒸汽的超音速流动,得到扩散泵喷嘴出口油蒸汽的流动规律。运用Monte Carlo方法对喷嘴出口区域的返油进行模拟,从而得出扩散泵返油主要是蒸汽流宏观喷射速度与热运动速度合成造成的,并给出了减少扩散泵运油的措施。理论分析与实验结果比较吻合。     

PEMFC中液态水沿程分布的机理研究

通过分析流道和扩散层中的压力损失,并根据理想气体状态方程,得出了沿流道方向气体总压力以及水蒸气分压力沿程分布的表达式.根据液滴生成的机理分析,得出了PEMFC阴、阳两极扩散层中液态水沿程分布的表达式.结果表明:阳极中一般很难有水生成;阴极中加湿度越大,进口压力越大,过量系数越小,液体出现的位置离进口越近,且同一位置液态水的生成速率越大,当阴极气体完全加湿时,液态水的生成速率仅与其到进口的距离、电流密度、膜中水传输系数以及流道的宽度有关,而受流道的高度、过量系数、进口压力以及温度等影响较小.     

页岩吸附气壁面扩散机理及现场应用

与常规天然气藏开发不同,页岩气藏无机质与有机质孔隙中的吸附气对开发的影响不可忽略.为准确表征混合气体吸附解析过程中的真实气体效应,建立了页岩气壁面扩散模型.将模型与现场数据结合,分析表明:吸附位点覆盖率与气藏压力呈正向关系,即随着压力升高,吸附厚度平均值增大.在现场实践中,应适当进行降压开发,维持壁面吸附气向游离气的转化;对于现场实践而言,注入二氧化碳等分子直径较小的工作气体可有效降低吸附层厚度,进而减小体相气体扩散过程中的堵塞系数,提高页岩气井产能;在矿场对气井产能的评价当中,不考虑实际气体在高压条件下的短程排斥力作用,将导致气井产能预测值偏低.     

高含硫天然气集输管道泄漏扩散数值模拟

利用CFD软件FLUENT对高含硫天然气集输管道破裂泄漏后的甲烷、硫化氢的扩散进行了数值模拟.结果表明,受重气扩散时沉积效应的影响,高含硫天然气泄漏扩散时近地面的横向污染范围比普通天然气更大,烟云高度明显降低.在自然风速影响下,随海拔高度的增加,危险气体向下风向偏移明显.压力为3.5 MPa、含硫化氢5%的高压天然气管道断裂泄漏2 min后,在环境风速影响下爆炸危险范围为下风向150～290 m,中毒范围为下风向0～270 m.山顶地形条件下的扩散规律与平地类似,山谷地形条件下硫化氢将发生沉积而不利于扩散.     

缝洞型油藏氮气扩散系数测定及影响因素

针对塔河缝洞型油藏注氮气提高采收率深层次机理认识有待提高的问题，开展了该类型油藏条件下注氮气扩散系数影响因素的研究，采用压力衰竭法测定了氮气在油相和填充介质中的扩散系数，分析了原油黏度、气体组成、填充类型及流体饱和度对氮气扩散系数的影响。结果表明，氮气在稠油中的溶解度、扩散系数均低于稀油，但压力敏感性高于稀油；氮气中混合二氧化碳促进注入气在原油中的扩散。氮气在垮塌、砂泥和致密等3种常规缝洞油藏填充介质的扩散结果显示，填充介质的致密程度增加，氮气向填充介质内部扩散越困难，且致密介质中氮气的扩散系数达到固体扩散系数的级别（×10^-11 m²/s）；含水饱和度的增加减缓了氮气在填充介质中的扩散。首次测量了氮气在缝洞型油藏高温高压条件（温度>100℃，压力>20 MPa）下原油及填充介质中的扩散系数，并分析了相关影响因素，深化了缝洞型油藏注气提高采收率机理认识，为现场注气应用提供相应的理论指导。     

注气混相及非混相驱替物质平衡方程式

常规物质平衡方程在油田已广泛应用,然而对油田注气物质平衡方程的研究较少。注入气与油藏油接触时,油气体系间会发生相传质和传热,由于气体溶解于油中引起油的体积膨胀,所以注气过程中物质平衡方程与以前传统的没有考虑相间传质作用的物质平衡方程不同。从物质平衡原理和膨胀理论出发,建立起了注气混相及非混相驱替和气水交替注入过程物质平衡方程式。该物质平衡方程考虑了油气体系相间传质作用和油中溶解气体后的体积膨胀,为注气开发油藏的开发动态分析及预测提供了一种有效的手段。     

分子扩散对枯竭油藏型地下储气库动态的影响

针对枯竭裂缝性油藏型储气库渗流特性非常复杂,许多矿场在应用和理论研究中往往忽略气体分子扩散对枯竭裂缝性油藏型地下储气库动态的影响。引入了Fick第一定律,对多孔介质中的扩散系数进行了修正,计算了气体扩散流量;并将气体分子扩散流量代到WarrenRoot双孔模型中,建立了考虑气体分子扩散的枯竭裂缝性油藏型地下储气库的数学模型,应用该模型进行了实例计算。算例分析表明：储气库运行18年后,考虑分子扩散比不考虑分子扩散自由气量多损失6％,累积产油量增加1.35倍;证明了气体分子扩散是储气库气体损失的一个重要原因,同时也是注气提高原油采收率的重要机理。     

矿井瓦斯气体的浮升与压强扩散

论述了存在于矿井空气中两种状态的瓦斯气体所具有的上升运动或趋势的作用因素。矿井空气中局部瓦斯或局部较高浓度瓦斯的气体对象，由于存在小于周围环境气体的密度差，会在浮力作用下浮升；矿井空气中的瓦斯气体分子在压强梯度的作用下产生压强扩散，通常由于空气重力产生方向向下的压强梯度，瓦斯气体分子具有上升的运动或趋势     

HEGF中CO气体生成及扩散模拟研究

针对低渗透油气田在高能气体压裂增产措施中CO气体中毒事件,对CO气体生成进行了深入的研究.研究表明HEGF配方本身是产生CO的直接因素.同时,运用物理模拟和数学模拟方法建立了CO大气扩散模型,并考察了井深、气油比、气体泄放速率、大气稳定度等主要因素对CO气体扩散的影响.该研究为建立监控系统提供了基础技术依据,同时对高能气体压裂安全生产具有重要的指导意义.     

吐哈盆地红南-连木沁油田溶解气扩散特征及其扩散量计算

通过对吐哈盆地台北凹陷红南-连木沁油田的中、上侏罗统和白垩系油藏溶解气组成在纵向上的分布特征分析,认为大约在埋深小于1 450 m的白垩系油藏溶解气扩散作用强烈,不仅使甲烷含量显著降低,乙烷、丙烷等组分含量相对升高,而且也降低了溶解气油比,扩大了油藏的地饱压差.根据Fick第二扩散定律,模拟计算白垩系油藏溶解气中甲烷从中新世后期到第四纪末期扩散作用的累计散失率为82%.     

高铁铝土矿还原过程中的碱耗机理

采用化学分析,XRD,SEM和EDS等方法研究Na2O在产物中的分布及赋存状态,分析影响碱耗的因素和机理,有助于制定合理的工艺条件,降低成本和保护环境。从Na2CO3晶体的结构和能量变化角度研究熔融促进Na2O扩散的机理。研究结果表明:扩散损失的Na2O占总损失的87.76%,其中,43.60%属于固相扩散,56.40%属气相扩散。固相扩散量随物料与容器间的Na2O质量分数差的增加而显著提高,而气相扩散则不受到影响。还原性气氛增强、还原时间延长、温度升高以及物料含Fe2O3和Al2O3会导致Na2O扩散量增加。     

抽油井真实液面测试技术研究及应用

当抽油井流压低于原油饱和压力时,环空中由于气体从油中分离出来而产生泡沫段,从而失去明显的油气界面,无法采用回声仪测试油井的真实液面,给流压计算带来了一定误差,造成了生产决策的失误。根据物质平衡方法设计的拟液面测试仪,通过测试油套环空排气和恢复时的压力梯度及排气量,并根据油井的油气比、含水率、气体比重进行修正,计算出环空拟气柱的高度,即油井真实液面。现场测试表明,该方法比回声仪测试法误差减少10%以上,能满足油井液面测试的需要。