超临界二氧化碳压裂裂缝研究现状与展望

超临界二氧化碳压裂是一种新型无水压裂技术,即可封存二氧化碳又可节约水资源,具有易起裂、缝网复杂、返排快、保护地层等特点。在压裂研究中裂缝起裂与形态至关重要,因此对超临界二氧化碳压裂裂缝起裂与形态展开调研,发现:超临界二氧化碳压裂的起裂压力很低,仅约为水力压裂起裂压力的70%,优势十分明显,目前对起裂主导机理,外界影响因素以及起裂后压力快速下降过程的研究尚存不明之处,未来需重点研究;超临界二氧化碳压裂产生裂缝非常复杂,比水力压裂裂缝具有更好的沟通性,学者们从黏度、温度、水平应力差、层理等多个角度讨论裂缝形态影响因素,未来可从滤失性、时间效应以及返排速率等参数入手,继续完善超临界二氧化碳压裂裂缝形态研究;超临界二氧化碳压裂产生的裂缝非常小,有效性难以评定,在研究配套增黏剂和支撑剂的同时,也可利用裂缝面粗糙特性,形成裂缝自支撑以增强裂缝有效性。     

二氧化碳压裂物性参数计算及分析

温度、压力对二氧化碳物性参数影响较大,本文采用计算精度和使用范围较广的Span-Wagner模型和Vesovic模型对二氧化碳物性参数进行。结算结果表明:二氧化碳临界点附近各物性参数均表现出较明显的奇异性。从气态转变到液态(液态转变到其他),物性参数会出现突变;但从气态或液态转变到超临界态,物性参数呈连续变化。因此,在二氧化碳压裂相关模型中不能将物性参数视为定值进行计算。     

超临界二氧化碳喷射压裂孔内流场特性

为了证实利用超临界二氧化碳(CO2)流体进行喷射压裂的可行性,利用Span-Wagner气体状态方程建立超临界CO2流场的计算流体力学模型,模拟超临界CO2喷射压裂过程中的孔内流场。结果表明:在喷嘴压降相同的条件下,与水射流相比,超临界CO2射流的射流速度更高,射流核心区更长;超临界CO2喷射压裂具有比水力喷射压裂更强的射流增压效果,更容易压开地层;超临界CO2射流具有显著的焦耳-汤姆逊效应,会导致温度下降,在压裂施工中应合理控制喷嘴压降,以防发生冰堵事故;超临界CO2的密度主要受压力影响,通过调节压力就能有效控制,可适应不同的地层温度条件。     

注超临界气体井筒温度压力场计算方法

根据传热学、热力学和垂直管流理论 ,建立了注超临界气体井筒温度压力分布的数学模型 ,提出了节点解析法、数值差分法以及焓插值法 3种求解方法。对辽河油田静 35块高凝油注不同介质现场效果进行的对比计算结果表明 ,在 0～ 6 0 0m井深时 ,井筒温降很大 ,随井深的增加 ,温降逐渐变小 ,温度趋于稳定 ;压力随井深的增加逐渐变为线性增加。利用节点解析法和焓插值法计算均能得到满意结果 ,其中解析法结果最为准确 ,而用数值差分法求得的温度偏高、压力偏低     

二氧化碳连续管井筒流动传热规律研究

基于二氧化碳在井筒内流动时的传热过程,考察二氧化碳在井筒内的热量和压力传递方式及其对相态和物性变化的影响规律。建立二氧化碳井筒内热传递模型,采用交替方向推进法进行求解,分析二氧化碳在井筒内流动过程中温度、压力和相态的变化规律。结果表明:二氧化碳在连续管内热交换效率较高,温度上升幅度随着井深的增大逐渐减小;二氧化碳沿环空上返过程中,温度逐渐降低,在靠近井口处温度显著下降;随着井深的增大,连续管内的液态二氧化碳逐渐转变为超临界态,在沿环空上返的过程中再次转变为液态,继而变为气液两相至出口。     

地层H2S侵入时井筒压力变化规律及控制研究

随着我国酸性油气藏勘探开发的深入,处于对井控安全的考虑,需对酸性气体侵入后井筒多相流动及相态转变规律进行研究。针对H₂S特殊的物理性质,并考虑其在井筒内相态变化,建立了钻井过程中H₂S侵入时井筒流动与传热的数学模型。将井筒传热、压力与H₂S物性参数耦合迭代计算,给出了求解方法并编写程序进行数值计算。计算结果表明:井口回压较小时,H₂S在环空上升过程中由液态转化为气态,相态转变点上部为气液两相流,其压力梯度较小,下部为井筒单相流,其压力梯度较大。H₂S侵入速度对环空压力和相变井深均有影响。随着侵入量增大,井底压力先急剧减小,后基本保持不变,而相变井深先增大后减小。井口回压对井底压力影响较大。随着井口回压增大,井底压力增大,但影响程度逐渐减小。井口回压不仅可以控制井筒是否发生相变,而且对相变井深位置影响十分大。对是否考虑传热对相变井深和井底压力的影响进行了对比分析。研究对提高酸性油气藏开发勘探安全具有一定指导意义。     

济阳拗陷二氧化碳气藏地下相态特征研究

目的分析二氧化碳在地下的状态,为二氧化碳气藏的勘探、开发提供基础参数。方法以纯二氧化碳相图为基础,分析控制二氧化碳相态变化的主要地质因素,探究地下二氧化碳相态确定的方法。结果控制二氧化碳相态变化的主要因素是温度、压力以及其他气体含量,可以以纯二氧化碳的相图为基础,根据二氧化碳气藏地下的温度以及地层压力来确定气藏中二氧化碳的基本相态范围。然后,根据与二氧化碳共生的其他气体的含量,可以粗略判断其他气体对二氧化碳相态的影响;济阳拗陷平方王、平南、高青、八里泊、花17、商店阳25等6个二氧化碳气藏二氧化碳的地下相态应以超临界状态为主。结论济阳拗陷目前发现的二氧化碳气藏均以超临界状态为主,在以后的二氧化碳勘探开发过程中,应研究超临界相态二氧化碳对勘探开发工作的影响。     

CO2注入井井筒温度压力剖面计算及影响因素研究

CO2驱既可实现提高原油采收率又可实现CO2气体的埋存,是一项非常有前景的三次采油技术.对于CO2驱,一项重要工作就是对CO2注入井筒中的温度、压力剖面进行较准确的计算,从而为优化井口注入参数以及井口注入系统设计提供理论依据.目前针对CO2注入井筒温度、压力剖面计算的相关研究由于未考虑CO2在井筒中的相态变化,因而计算结果精度较差.现将井筒中CO2的相态变化加以考虑,建立了CO2注入井井筒温度、压力计算模型,并根据三种相态方程的计算结果,选取了Peng-Robinson方程作为CO2密度及相态的计算方程.在此基础上,对CO2井口注入温度、注入量进行了敏感性研究,结果表明,二者对CO2注入井井筒温度、压力剖面均有一定影响.     

注CO_2井井筒温度压力分布主控因素分析

通过对低温CO2与井筒、地层传热机理的研究,建立了注气开发中综合考虑井筒沿程流体相态以及热物理性质变化的井筒温度、压力场数学模型,利用四阶龙格库塔法求解,并开发了"注CO2井井筒温度、压力场数值模拟"软件,研究注气过程中井筒温度、压力受不同因素影响的变化规律.结果表明,注入速度、累注量、套管直径对井底温度影响较大,注入温度对井底压力影响较大.     

超临界CO_2钻井井筒内流动参数变化规律

优选适用于超临界CO_2钻井井筒温度和压力条件下的CO_2物性参数计算方法,基于井筒中CO_2的物性变化规律,以比焓为研究对象,建立超临界CO_2钻井井筒流体流动控制方程组,分析超临界CO_2流体物性参数变化对井筒内流动规律的影响。计算结果表明:在超临界CO_2钻井井筒温度和压力条件下,采用Span-Wagner方法和V-W方法计算CO_2的物性参数平均计算误差最小,分别在0.5%和1.5%以内,相对于其他方法计算精度更高;随井深的增加,钻杆内和环空中CO_2密度、黏度和导热系数逐渐减小,比热容先增大后减小;受物性参数变化的影响,环空流体流速和动能沿井深逐渐增大,携岩能力逐渐增强,流体压力沿井深的变化趋势呈非线性;忽略密度、黏度、比热容、导热系数等物性参数的变化会导致CO_2携岩能力、井底压力和井筒温度分布的计算误差,算例中各误差分别在10.7%、7.9%和1.1%以内。     

考虑相态变化的注CO2井井筒温度压力场耦合计算模型

通过对EXP-RK,SRK,PR,PT状态方程进行分析对比,给出了EXP-RK和PR状态方程相结合的PR-EXP方法,该方法的计算精度要优于单独使用PR或EXP-RK方程的.根据传热学及垂直管流理论,与PR-EXP方法相结合,建立考虑相态变化的CO2注入井井筒温度压力耦合计算模型,应用该模型对吉林油田H75-29-7井井筒温度、压力以及流体相态进行计算.计算结果与实测结果吻合较好,证明了所建模型的准确性.     

超临界CO2喷射压裂射流密封机理

超临界CO2(SC-CO2)喷射压裂技术有望成为非常规油气资源的高效开发手段。为了探明其射流密封机理,开展了SC-CO2喷射压裂作业时环空、孔眼及裂缝中的流场数值模拟研究。结果表明：SC-CO2喷射压裂作业时SC-CO2射流在环空附近形成低压区,促使环空流体进入地层孔眼而不进入已压开裂缝中,从而实现射流密封;SC-CO2喷射压裂的射流密封效果与喷嘴压降和喷嘴直径正相关,与套管孔径和环空压力反相关,而受到SC-CO2流体温度的影响极小;在相同的模拟条件下,SC-CO2喷射压裂的射流密封效果强于水力喷射压裂。     

超临界二氧化碳/聚苯乙烯挤出发泡的单相溶液

为得到微孔发泡塑料,对影响挤出发泡中超临界二氧化碳/聚苯乙烯(SCCO2/PS)单相溶液形成的因素进行了研究,分析了挤出机进气点位置、螺杆结构及系统温度和压力等因素对单相溶液的影响.实验表明:轴向进气点位置对进气的稳定性影响很大,径向圆周上的多点进气和较低的气体温度有利于优质单相溶液的形成;螺杆转速的增加将降低单相溶液的品质;输送过程中较高压力和较低温度有利于保证单相溶液品质.文中还给出了获得优质二氧化碳/聚苯乙烯连续挤出发泡单相溶液的理想条件.     

超临界二氧化碳在土体中脱水的效果研究

基于土体的固结排水和超临界二氧化碳脱水的性能,结合两者的特性,研究超临界二氧化碳在土体中脱水的规律。试验采用不同压力、温度条件下通过二氧化碳的处理,对比试验前后土体中自由水和结合水含量变化,研究超临界二氧化碳在土体中的脱水规律。试验结果显示:二氧化碳在超临界状态处理后的高岭土含水率由30.9%下降到14.17%,其中结合水由20.06%下降到8.46%。得出结论:二氧化碳在超临界状态下比非超临界下的脱水效果更好,特别是结合水的去除效果更好,也就是加速了土体的固结排水。由于超临界二氧化碳对于结合水的良好脱水效果,也可用于膨润土这样的高结合水含量的土体。     

超临界二氧化碳萃取益智中挥发油的研究

研究用超临界二氧化碳 (SCCO2 )从益智中萃取挥发油的影响因素 .结果表明 ,萃取压力 15MPa ,萃取温度 4 0～ 4 5℃ ,萃取时间为 2～ 2 .5h时萃取率可达 3.2 2 % .与水蒸汽蒸馏法相比 ,SCCO2 萃取速度快 ,得率高 .     

水平圆管超临界二氧化碳摩阻试验研究

结合超临界二氧化碳流体性质,研制了一套超临界二氧化碳在水平圆管摩阻测试装置;并进行了超临界二氧化碳摩阻变化规律实验。实验结果表明:随着剪切速率的增大,SC-CO_2的摩阻逐渐升高;随着温度的升高,同一剪切速率下,SC-CO_2的摩阻逐渐降低;SC-CO_2的管内摩阻明显低于清水;且温度越高、剪切速率越大,摩阻差值越大;在SC-CO_2中加入添加剂可提高SC-CO_2的黏度,其摩阻比纯SC-CO_2高。     

超临界二氧化碳萃取蛋黄油的工艺研究

用超临界二氧化碳萃取技术,在比较温和的实验条件下,从蛋黄粉中分离出蛋黄油。通过正交实验确定了较佳的工艺参数为：萃取压力24Mpa,萃取温度50℃,萃取时间5h,在此条件下,蛋黄油的萃取率可达80.1%。     

超临界机组主汽温偏差控制浅析

神华国华沧东发电有限责任公司二期工程2x660MW超临界机组锅炉为国产化660MW超临界直流锅炉．通过总结日常汽温调整经验,加强调整,消除汽温左右侧偏差。     

超临界二氧化碳离心压气机设计和气动性能研究

针对150 kW超临界二氧化碳(SCO₂)简单布雷顿循环,设计了转速为60 000 r/min的离心压气机。由于SCO₂在临界点附近物性的剧烈变化,物性表的精度直接影响SCO₂压气机气动性能数值预测的稳定性和准确性。验证了400×400精度的SCO₂物性表能够获得可靠的SCO₂离心压气机气动性能。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和k-ε湍流模型的方法,研究了所设计的SCO₂离心压气机设计工况和变工况气动性能,详细分析了离心叶轮间隙泄漏流动特性。结果表明:所设计的SCO₂离心压气机设计工况考虑间隙泄漏损失的气动效率是73.2%,压比是2.207。SCO₂离心压气机具有优良的变工况气动性能。与不考虑离心叶轮间隙泄漏损失相比,SCO₂离心压气机气动效率降低了14.0%。离心叶轮叶顶间隙泄漏流动主要分为3个区域,分别是顺流而下的分离涡区域、叶...     

超临界二氧化碳中预辐照聚丙烯枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的研究

甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)具有双基团,在基质表面聚合成链后仍存在环氧基,可作为合成各种功能材料的媒介.本文利用60Co γ射线对聚丙烯(PP)预辐照,在超临界二氧化碳(SC-CO2)中进行接枝聚合,制备了PP接枝GMA聚合物PP-g-GMA.采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、粒度分析、接触角测试等分析方法对接枝产物进行了表征,测定了接枝聚合物表面的环氧基含量,考察了辐照自由基存放时间对接枝的影响.FT-IR、DSC、SEM、AFM、粒度分析表明接枝物为PP-g-GMA共聚物,接枝链覆盖在PP表面,接枝后PP聚合物熔融焓明显减少;接触角测试分析表明接枝产物亲水性得到改善;接枝聚合物表面富含环氧基,为4.01 mmol/g;实验结果表明:随着存放时间的延长,辐照产生的陷落自由基向烷基过氧化氢及烷基过氧化物转化,可有效控制均聚物的生成.