低温等离子体抑制蒸发污垢的实验研究

研究低温等离子体在稠油废水蒸发浓缩过程中的阻垢效果,主要分析低温等离子体放电频率和蒸发负荷的变化对污垢热阻的影响,并对污垢进行SEM和XRD分析。研究结果表明:稠油废水蒸发浓缩前用低温等离子体预处理,可以有效降低在加热过程中的污垢热阻,其最大降幅达到了35.4%。经过低温等离子体预处理的稠油废水,其蒸发污垢的组成成分与未处理的没有多大差别,但是它们的污垢晶型有显著的不同,进一步证实低温等离子体满足物理法阻垢的一般原理。     

内置转子圆管内CaCO3污垢形成过程的数值模拟

从传热传质的角度建立了内置转子圆管内CaCO3污垢形成过程的数学模型,并进行了相应的数值模拟。计算结果表明,内置转子圆管内的温度场及浓度场都比光管均匀;同一截面处,内置转子后圆管的污垢沉积率和剥蚀率有所降低,光管热阻为内置转子圆管热阻的3～4倍;圆管的污垢沉积率、剥蚀率及热阻随入口浓度的增加而变大。     

两种斜翅管表面碳酸钙垢初始阶段结垢特性

进行了3种强化管在不同碳酸钙溶液浓度和流速下的动态结垢实验,得到碳酸钙浓度、流速和不同管型对碳酸钙析晶垢结垢过程的影响.结果表明,碳酸钙浓度增大,使溶液中均相成核速率和所形成晶核的生长速率增大,使溶液换热表面界面的污垢晶粒浓度和成垢离子浓度均增大,前者使更多的污垢附着换热面,而后者使表面异相成核速率和生长速率增大.流速增大,使光管表面形成的晶核、污垢晶体和污垢热阻均减少,而诱导期延长;使平直和锯齿斜翅管初始成核增多,但诱导期延长,而结垢量和污垢热阻减小.平直和锯齿斜翅管在清洁状态和结垢状态下均具有比光管更大的总换热系数、更小的污垢热阻,尽管结垢量略多.在相同结垢状态下,锯齿斜翅管的结垢量和污垢热阻大于平直斜翅管的,但是,其总换热系数仍大于平直斜翅管.     

基于场协同原理的横纹管抗垢性能数值研究

基于传热传质学控制方程和Kern-Seaton污垢形成理论,构建了横纹管内基于表面化学反应理论的CaCO_3污垢热阻模型,然后根据场协同原理,运用Fluent软件对横纹管内以一定浓度的CaCO_3溶液为工质的污垢生成过程进行了数值模拟。通过改变壁温、入口流速和CaCO_3溶液浓度,模拟了不同种状态下污垢生成过程。在此过程中实时计算平均协同角和平均场协同数并对比分析污垢沉积率、剥蚀率和污垢净存速率来评价不同管型横纹管的抗垢性能。最后将模拟结果与实验数据进行了验证,验证了模拟的正确性。结果表明:较其它两管型,10-8-1型横纹管的抗垢性能较好且其更适于管内流速跨度较大的工况,达动态平衡状态时的污垢各参数值基本上不受工质中Ca~(2+)浓度的影响。     

PAH模板调控六棱片状碳酸铈形成机理的研究

以聚烯丙基氯化铵(PAH)为模板剂,(NH_4)_2CO_3为沉淀剂,采用液相法合成了特殊形貌的碳酸铈晶体.利用激光共聚焦显微镜、扫描电镜、红外光谱(FT-IR)及X射线衍射(XRD)等技术研究了不同反应时间碳酸铈形貌的变化,并对碳酸铈晶体的形貌和结构进行了表征.结果表明:在模板剂PAH的作用下,碳酸铈的形貌由最初的棒状逐渐向六棱片状转化,这一过程与PAH对碳酸铈晶体不同晶面的取向吸附有关.采用材料模拟软件Material Studio对PAH与碳酸铈晶面的静电吸附过程进行了模拟,从而揭示了PAH模板调控碳酸铈形貌的机理.     

沉积相带控制下的白云岩成因模式及判别特征

为探讨白云岩成因模式与沉积相之间关系,对蒸发泵模式、渗透回流模式、埋藏模式和微生物模式在不同沉积相中形成的白云岩岩石学和沉积地球化学特征综合分析。结果表明:蒸发泵模式白云岩形成于潮坪、泻湖,白云石以泥-微晶为主并与膏岩共生,潮坪环境具有鸟眼、泥裂等蒸发暴露特征,泻湖则不具有,该模式整体有序度和Mg/Ca值与渗透回流模式和埋藏模式相比最低,MgO-CaO呈线性正相关,富含Na、Sr元素,而缺乏Fe、Mn元素,阴极射线下不发光或发弱光,δ~(18)O、δ~(13)C值均向正方向偏移;渗透回流模式是蒸发泵模式的延伸和演变,白云岩可形成于潮坪、泻湖和开阔台地浅滩,潮坪环境白云石以粉晶为主,泻湖环境白云石以粉-细晶为主,开阔台地浅滩白云石以粉-细晶为主,可见中晶,该模式整体有序度和Mg/Ca比蒸发泵模式略高,MgO-CaO呈线性负相关,Na、Sr、Fe、Mn元素含量与蒸发泵模式相近,阴极射线下少数不发光,多数发暗褐色光,δ~(18)O和δ~(13)C均向正方向偏移,但δ~(18)O偏移程度不大;埋藏模式白云岩可形成于台地边缘和台内滩,白云石以粉-中晶为主,最粗可达粗晶,该模式整体有序度和Mg/Ca比蒸发泵模式和渗透回流模式高,MgO-CaO线性负相关,缺乏含Na、Sr元素,而富含Fe、Mn元素,阴极射线下发光最亮,还可见发光较强的环边,δ~(18)O、δ~(13)C均向负方向偏移;微生物模式与蒸发泵模式、渗透回流模式常常相伴生,白云岩可发育于潮坪、泻湖环境,可形成叠层石白云岩、凝块石白云岩、枝状石白云岩、核形石白云岩、球粒白云岩和泡沫绵层白云岩等。这4类白云岩成因模式各自形成的沉积相带具有相似之处,但是均可利用岩石学特征和沉积地球化学特征加以区别。     

Ca/P比对合成骨灰瓷原料的晶相和显微结构的影响

以氧化钙和磷酸为起始原料合成骨灰瓷原料.采用XRD和SEM方法表征了合成料的晶相与显微结构,探讨了不同Ca/P的比值对结构的影响.结果表明:合成料存在α-Ca3(PO4)2、β-Ca3(PO4)2、Ca10(PO4)6(OH)2和CaO四个晶相.Ca/P比值从1.0→1.6,β-Ca3(PO4)2含量增加,α-Ca3(PO4)2含量降低;Ca/P比值从1.6→2.0,β-Ca3(PO4)2含量降低,而α-Ca3(PO4)2含量增加;Ca/P=1.6时,β-Ca3(P4)2含量最高,因此选择其为最佳的配方.对应的晶相含量(质量分数)分别为:β-Ca3(PO4)2为76.0%,α-Ca3(PO4)2为6.6%,Ca10(PO4)6(OH)2为9.2%,CaO为7.7%.     

微生物沉积碳酸钙研究

利用菌株A生长繁殖过程中产生的酶化作用,适时引入Ca2 ,24 h内顺利沉积出直径小于10μm的球形CaCO3,经XRD分析证实为方解石晶型.改变若干环境反应条件,如pH、温度、Ca2 浓度、Ca2 源等,CaCO3结晶形态和颗粒形貌均发生不同程度的改变.此外,还利用人工提取的类似植物酶开展了对比实验,也顺利沉积出结晶较好的菱面体形态方解石,验证了碳酸盐矿化菌所具有的酶化特征乃是沉积矿化出CaCO3的关键.     

基于冯·卡门类比的强化管污垢模型及抗垢机理

对比实验研究4种强化管(波纹管、缩放管Ⅰ、缩放管Ⅱ和弧线管)和光管在相同工况(人工硬水入口温度、流速、硬度及水浴温度)下的CaCO3污垢特性。通过分析强化管污垢热阻Rf与几何参数等,基于冯.卡门类比法,以φ和ψ为强化管传热性能评价因子,ηφ和ηψ为其综合性能评价指标,构建强化管污垢数据分析模型,并逐一分析各强化管的抗垢机理。研究结果表明:波纹管因管内的二次扰流及沿轴线方向的流速周期性脉动冲刷近壁面流体,显著增强污垢剥蚀率,且不易结垢甚至实现自清洗;由于管内流体的周期性扰动削弱污垢沉积,喉部剧增的壁面剪切应力可显著增强污垢剥蚀并实现弧线管抗垢;缩放管因轴向压力梯度交替切换引发流体剧烈周期性扰动以及喉部回旋涡流双重增大污垢剥蚀率而实现抗垢。     

热泵蒸发浓缩油田废水的模型分析

研究了油田废水的来源和水质特征,提出1种热法处理油田废水,即热泵蒸发浓缩法.构建热泵蒸发浓缩系统的物理模型,根据物理模型,依据质量和能量守恒原理进行恒算,分析油田废水浓缩倍数、油田废水入口温度和油田废水中油类质量含量的因素对热泵系统总耗电能的影响,为节能减排提供了依据.     

油气地面管线内结垢固体颗粒沉积影响因素的实验研究

油田地面管线结垢机理的研究大多集中于结晶动力学。由于管道流动的复杂性,流体流动过程中的结垢机理尚不明确。研发了结垢动态分析仪,探讨了流体流动过程中的结垢过程,主要研究了结垢流体管道内速度分布、颗粒悬浮特征及位置、平均停留时间分布等关键参数。研究表明:相同的流量下,管径越大,流体中碳酸钙颗粒越均匀地分散在流体中。相同管径下,流量较小时流体在管道截面上流速分布不均匀。流量较大时在管道有限的长度内颗粒能够均匀分散在流体中。90°弯曲管中流体出现了涡旋区,增加了流动阻力,结垢量增加。管壁相对粗糙度愈小,结垢量与雷诺数相关性愈小;管壁相对粗糙度愈大,结垢量与雷诺数相关性愈大。流体流动具有温度效应,随着温度升高,管道内流体流动趋于稳定。研究为油田集输管线的清垢、阻垢工艺等方面提供理论依据。     

鳜鱼耳石中物相组成的研究

生物成因的碳酸钙在自然界普遍存在。已有研究表明,鳜鱼耳石的主要无机矿物组成是碳酸钙,研究鳜鱼耳石中的碳酸钙物相组成有助于推理这些生物成因碳酸钙的矿化过程,为合成具有特定结构和功能的钙盐类材料提供有益的思考和实践途径。本文从鳜鱼中提取微耳石进行红外光谱和 XRD 分析,结果表明鳜鱼的微耳石为文石矿物相,扫描电镜观察发现其有着片层状的纤维结构。     

复配阻垢剂对碳酸钙阻垢效果及垢晶微观形貌影响

针对石南1631注水井结垢问题,以该注水井水样分析数据为基础,应用Scale-Chem结垢预测软件对该注水井的结垢类型进行了预测,得到该注水井的主要结垢类型为碳酸钙垢,并与现场垢样分析结果进行了对比。为了减缓结垢对注水的影响,选用五种阻垢剂对该注水井水样开展了阻垢效果研究。在阻垢剂单剂对注入水水样阻垢效果实验研究的基础上,将优选出的阻垢剂PESA与DTPMPA以2:1 复配,当阻垢剂浓度为80mg/L时,阻垢率达到90.26%。为明确复配阻垢剂的阻垢机理,对加入不同复配阻垢剂浓度前后形成的垢晶进行了扫描电镜分析与X-射线衍射分析,分析结果表明,复配阻垢剂对碳酸钙晶体的形貌与晶体粒径均有一定程度的影响,在实验所用复配阻垢剂浓度范围内,阻垢剂浓度越高,碳酸钙晶体的平均粒径越小;复配阻垢剂主要通过螯合增溶与晶格畸变,在碳酸钙垢的形成过程起到了抑制作用。     

Formation and thermodynamics of CaS-bearing inclusions during Ca treatment in oil casting steels

Industrial experiments were carried out to investigate the formation of CaS-bearing inclusion during Ca double modification in oil casting steels using polished cross sections and electrolytic extraction. Immediately after Ca addition, the role of newly generated CaS as an intermediate reaction product, which modified the Al_2O_3 inclusion into a liquid calcium aluminate, was confirmed. The formation of transient CaS was attributed to the high surface segregation of S at the liquid steel-calcium vapor interface, where a simple site coverage model based upon the Langmuir adsorption equation was established. Moreover, a CaS outer layer surrounding the liquid calcium aluminate was attained mainly in the tundish, which was distributed unevenly on the surface of liquid particles according to the three-dimensional mapping results. The surface of a well-modified calcium aluminate with higher CaO activity and Al_2O_3 activity under bulk composition conditions in the tundish acted as a favorable site for the generation of CaS. Additionally, CaS could be precipitated directly onto existing inclusions during solidification of the steel, which led to various morphologies of CaS-bearing inclusions in slabs. Furthermore, the phase transformation of inclusions during solidification was strongly influenced both by the S content and the Ca/S ratio in the tundish via thermodynamics.     

碳酸盐岩Zeta电位影响因素研究

储层岩石界面电性对原油采收率具有重要的影响,考察了矿物组成、无机盐、pH值、极性物质以及表面活性剂对碳酸盐岩Zeta电位的影响。结果表明,天然碳酸盐岩中方解石含量越大,其相应的Zeta电位就越趋向于正值;Ca~(2+)比Na~+对碳酸盐岩Zeta电位影响大,可使Zeta电位由负值转变为正值;溶液p H增大使得碳酸盐岩Zeta电位减小,但在Ca~(2+)的影响下,碳酸盐岩Zeta电位降低幅度较小;碳酸盐岩吸附极性物质后Zeta电位变大,这与极性物质改变碳酸盐岩表面润湿性相关;在表面活性剂溶液中的碳酸盐岩Zeta电位的正负由表面活性剂的电性所决定,表面活性剂对碳酸盐岩Zeta电位的调控能力与表面活性剂在岩石表面的吸附能力有关。这些研究结果不仅阐明了碳酸盐岩与不同流体之间的界面电性,而且也有助于理解碳酸盐岩油藏提高采收率的机理。     

钙硅摩尔比对硅钙石及磷结晶产品的影响

以电石渣和白炭黑为原料合成硅钙石,并以硅钙石为晶种结晶,考察了不同钙硅摩尔比对硅钙石及磷结晶产品结构的影响;研究发现钙硅比的差异对硅钙石及磷结晶产品的影响较大,钙硅比为1.75∶1时合成羟基硅钙石与磷酸盐反应后的磷结晶产品主要为晶型异常的羟基磷灰石晶体,而其他几种钙硅比下的磷结晶产品主要为不同形式的磷酸钙,不同的钙硅比导致了硅钙石结晶程度的差异,影响了其反应活性,进而影响硅钙石释放Ca2+和OH-的能力,因此得到不同结构的磷酸钙及羟基磷灰石;钙硅比为1.75∶1的条件下合成的羟基硅钙石最有利于以结晶为羟基磷灰石的形式从废水中回收磷。     

盐间页岩油储层基质孔隙内盐赋存状态

潜江凹陷盐间页岩地层是中国潜力巨大的高效烃源岩,在高封闭性、强蒸发、干湿气候交替环境下形成的。页岩油以吸附态在页岩地层中储存,潜江凹陷页岩油储量丰富,广泛发育的盐韵律层系为页岩油的开采造成较大困难,盐间页岩储层含盐量高,盐间页岩中的盐遇水后会发生溶解等强相互作用,导致孔隙结构发生剧烈变化,然而目前对于盐间页岩中盐的赋存状态及含量尚不清楚。深入研究潜江凹陷盐间页岩盐赋存状态,对实现页岩油有效开发具有重要意义。针对白云质页岩、钙芒硝质页岩和泥页岩3种盐间页岩油储层样品,通过肉眼、显微镜和扫描电镜观测盐晶体的形态及分布特征,建立起一种定量评价页岩储层盐离子扩散能力的方法。结果显示,盐间页岩油储层中盐离子主要以晶体的形式分散于岩石内部,是岩石骨架结构的一部分。白云质页岩中盐晶体主要以团状聚集的形式存在,钙芒硝质页岩中盐晶体颗粒分布较为均匀,泥质页岩盐晶体主要充填于层理弱面中。浸没在水中的盐间页岩中的盐离子迅速溶解并扩散进入水中,溶液电导率从初始电导率G_0开始缓慢增加,初期增加较快,后期曲线逐渐趋于平缓。然而,溶液电导率与时间t的平方根的线性关系较差,这与盐间页岩盐晶体溶解影响了孔隙结构,进而影响到了盐离子的扩散速率有关。钙芒硝页岩盐离子扩散速率最大,约为白云质页岩的1.5倍,约为泥质页岩的3倍。此外,盐间页岩油储层的离子扩散速率大大高于海相、陆相页岩气储层,为15～45倍。理解盐间页岩的盐赋存特征对认识页岩油储层与水的相互作用和提高页岩油的产出具有重要意义。     

Influence of PPCA inhibitor on CaCO3 scale surface deposition and bulk precipitation at elevated temperature

Scale formation is a serious and costly problem encountered in the oil and gas industry. Polyphosphinocarboxylic acid (PPCA) is a common commercial organic scale inhibitor used in the oil and gas industry which is normally referred to a nucleation inhibitor. In this paper, the effect of PPCA on calcium carbonate scale is studied systematically and some new insights into the mechanisms of PPCA inhibition are given. Traditionally, the studies of scale formation and inhibition have focused on bulk precipitation or surface deposition. Few studies have focused on the difference between surface deposition and bulk precipitation processes. In this paper, the effect of PPCA inhibitor on calcium carbonate scale formation is studied both in the bulk solution and on the metal surface in supersaturated scale formation solutions which represent typical waters encountered in oil and gas production. It is clear that PPCA inhibits both bulk precipitation and surface deposition but to a different degree. At 4 ppm PPCA, the inhibition efficiency of surface deposition is greater than the inhibition efficiency of bulk precipitation. It is assumed that the inhibitor film formed on the metal surface at the highest concentration of PPCA (4 ppm) prevent the adsorption of scale crystals on the metal surface. In addition, PPCA suppresses aragonite and calcite crystal formation and results in the least stable vaterite crystal dominating the scale.     

伦坡拉盆地牛堡组砂砾岩致密化与孔隙成因

依据岩芯、薄片、物性和扫描电镜等资料,开展伦坡拉盆地牛堡组砂砾岩储层岩石学及储集特征研究,着重从成岩角度分析了储层致密化因素,结合孔隙形成的有利因素,开展成岩作用和石油充注的关系及顺序研究,首次探索了储层孔隙的发育过程。结果表明,砂砾岩储集空间以残余孔隙为主,混积的沉积环境、较弱的抗机械压实能力和中晚成岩期碳酸盐的强烈胶结是导致储层致密的3大因素,酸性流体对易溶颗粒的溶蚀是次生孔隙形成的主要因素,石油充注是孔隙保存的有利因素,主要表现在石油充注使部分孔隙溶蚀扩大,并在孔隙周缘形成油膜抑制碳酸盐胶结;压实作用在浅埋藏阶段对储层的破坏较大,随埋深增大,酸性溶蚀、石英次生加大及石油充注发生,之后,早期碳酸盐胶结物形成,成岩中晚期含铁碳酸盐胶结物交代早期碳酸盐矿物,堵塞了大部分孔隙,晚期的构造挤压使储层形成裂缝。孔隙的形成经历了原生粒间孔隙形成,压实作用减孔,酸性溶蚀扩大孔隙,石油充注保护孔隙,碳酸盐胶结破坏孔隙等过程,石油充注较充分与碳酸盐胶结较弱的叠合区是孔隙保存的有利区。     

粉末活性炭吸附对超滤膜处理再生水膜污染状况的影响

利用粉末活性炭-超滤(PAC-UF)组合工艺处理污水厂二级出水中腐殖酸(humic acid,HA)溶液,主要考察在不同的PAC投加量工况下对膜通量的影响、膜污染阻力变化、Hermia经典过滤堵塞模型拟合和膜污染趋势分析情况。结果表明,PAC颗粒本身几乎不会影响膜通量的下降,处理腐殖酸类有机溶液的PAC最佳投加量为20 mg/L;腐殖酸导致的膜污染以不可逆膜污染为主,其与滤饼层污染模型的拟合度最好;将超滤阶段分为初期黏附阶段与后期黏聚阶段,初期阶段导致的膜通量下降更加剧烈,后期阶段形成的滤饼层有效的拦截有机物避免直接接触超滤膜。