酸岩反应动力学关键问题及其进展

酸岩反应动力学研究是酸化酸压设计的基础,目前多以旋转岩盘动态模拟方法为主。现有旋转岩盘装置酸岩反应的溶蚀形态是面溶蚀,而实际酸化过程中常产生蚓孔溶蚀,采用面溶蚀下测得的酸岩反应动力学参数用于蚓孔溶蚀下的酸化工艺设计,这是导致酸化设计不合理的重要原因之一,也是酸岩反应动力学研究中亟待解决的关键问题。通过对国内外酸岩反应动力学研究进展进行了系统的总结,分析了酸岩反应动力学研究中存在的问题,例如CO2等反应产物、面容比、氢离子浓度分布等因素对酸岩反应动力学参数的准确测定带来的影响,并针对关键问题指出了酸岩反应动力学研究的发展趋势。     

深部缓速酸完井液技术

为解除钻完井过程中引起的地层深部伤害,将缓速酸RE-Acid引入完井液体系中。缓速酸RE-Acid能够在低温下使得生成盐酸速率缓慢,在高温下使得溶液pH值迅速降低并可到达1以下,具有较强的溶蚀性,22%的缓速酸最终溶蚀率可达10%以上。在加重盐水完井液中,由于甲酸盐容易与Ca2+结合,甲酸钾延缓了缓速酸RE-Acid生成盐酸的速度,对CaCO3的溶蚀性能比其他盐溶液高,密度为1.3 g/cm3甲酸盐溶液中12%的缓速酸RE-Acid最终溶蚀率可接近20%。对低密度泡沫完井液,缓速酸RE-Acid对泡沫处理剂AFM-1的泡沫性能影响较小,且在该体系中仍然保持较好的溶蚀性能(可达到16%)。采用驱替实验表明,盐酸主要改造第一段岩心,第二段和第三段岩心渗透率增加幅度较小甚至有所降低;而缓速酸主要改造第二段和第三段岩心,使渗透率分别增加2.5倍和1.7倍,具有很好的深部改造作用。     

中东孔隙型低渗灰岩储层酸液体系缓速性

酸液的缓速性是影响酸液有效作用距离的关键因素,是优选酸压工作液的重要依据。采用旋转岩盘进行了普通盐酸、胶凝酸和乳化酸与伊朗雅达油田Sarvak储层灰岩岩心的酸岩反应实验,构建了反应动力学方程和变温动力学方程。结果表明,普通盐酸的反应速率明显快于胶凝酸和乳化酸,温度对反应速率影响显著,温度越高,反应速率越快。而相同反应温度下,乳化酸的反应速率常数分别比胶凝酸与普通盐酸小1和2个数量级,同时乳化酸的反应级数最大,现场配液时需要考虑酸液浓度对其反应速率的影响;酸液浓度相同时,乳化酸的反应活化能最大,其次为胶凝酸,普通盐酸的最小。乳化酸与胶凝酸的缓速性相对较好,预测其有效作用距离更大。     

低渗透砂岩储层低伤害缓速酸研究与应用

由于煤层发育、软地层等原因使压裂技术尚未突破。针对宝浪油田低孔、低渗—特低渗储层岩屑含量高、孔隙中充填物含量多、孔喉半径小、通道中杂质含量高的地质特点和对酸化技术要求,研究出了一种新型低伤害缓速酸实现深部酸化。该酸液具有对岩石溶蚀能力强、缓速性能好、表面张力低、防乳破乳率高、易返排的特点。在宝浪油田应用中取得好的增产效果,为低渗透砂岩油气藏开发提供了技术支撑。     

碳酸盐岩气藏不同酸液体系酸岩反应动力学实验研究

酸岩反应动力学实验是研究酸岩反应机理和进行酸化设计的必要手段,酸岩反应动力学参数其值的准确程度,直接影响着酸压施工设计计算和酸压效果分析的精度。针对靖边南碳酸盐岩储层,选用的酸液配方不同,则酸岩反应规律及动力学参数也不尽相同,需用室内实验方法确定。利用旋转岩盘试验仪,在100℃、120℃、140℃,7 MPa,不同转速条件下,时间限定5 min,分别对稠化酸、交联酸及转向酸三种酸液体系酸岩反应动力学参数进行测定,实验研究表明:转向酸浓度的变化对反应速度的影响更明显;三种酸液体系活化能高低顺序为:转向酸稠化酸交联酸,与此同时还考虑了氢离子传质对酸岩反应速率的影响,为更加准确的设计施工参数提供了依据。     

对苯二甲酸二甲酯与丙二醇的酯交换反应动力学模型研究

针对对苯二甲酸二甲酯（DMT）与1,3-丙二醇（PDO）的酯交换反应,指出了反应的动力学模型。并加以检验,数据表明,在相当宽的转化率范围内,所提出的动力学模型与实验数据是相吻合的。     

碳酸盐岩储层不同酸液体系酸岩反应动力学实验研究

酸岩反应动力学实验研究是酸压技术的重要组成部分,其实验结果为酸压设计的优化和酸液体系的优选提供准确参数和依据。利用旋转圆盘试验仪测试了碳酸盐岩储层与普通酸、稠化酸、交联酸的酸岩反应动力学方程,以及普通酸、稠化酸的反应活化能和H+有效传质系数,并且总结了面容比对反应速率的影响,为后期酸压施工设计提供了基础数据。     

乳化酸在低渗油层中选择性酸化的实验研究

为了解决低渗透非均质油层中常规酸化常常使含水孔道增大，而含油孔道却没有得到改善的问题，研制了一种既能解除近井带堵塞又能有效地增大含油层位孔道的选择性缓速酸化液。通过实验研制出了一种可优先选择含油孔道且深部解堵的选择性酸化乳化酸配方，提出了该配方体系的选择基准，并对该体系的黏度特性和酸化效果进行了综合研究。大量的研究结果表明：该乳化酸配方体系与水相遇时黏度增大，而与原油相遇时黏度变小，且该乳化酸与原油之间的界面张力小于与水之间的界面张力。该乳化酸体系与常规土酸比较，在静态条件下，酸溶蚀速度较慢，可以起到缓速酸化的目的；室内酸化效果良好，含油孔道的酸化改善程度均在60％以上，而含水孔道的溶蚀程度均在15％以下。因此，可以 肯定该方法对低渗透油层的选择性酸化解堵是有效的。     

磷基马来酸-丙烯酸共聚缓蚀剂DZ-1的合成与应用

用马来酸酐、丙烯酸及次亚磷酸钠合成了一种磷基马来酸-丙烯酸共聚物缓蚀剂DZ-1,并采用正交试验方法研究了合成该缓蚀剂的最佳条件。红外光谱分析表明合成产物与实验设计的相符。合成缓蚀剂在缓速酸中有较好的缓蚀效果,添加0.5% KI及0.2%非离子表面活性剂的DZ-1在90℃下对缓速酸的缓蚀率可达到99.95%。     

砂岩基质酸化中HF与石英的反应动力学

将岩心酸化流动模拟试验与ＩＣＰ残酸离子分析测试技术结合起来,通过拟合残酸中的Ｓｉ离子浓度来研究ＨＦ与石英的反应动力学。实验结果表明,ＨＦ在石英上的反应速率与ＨＣｌ的浓度无关,与ＨＦ浓度成二次方关系;酸化流动模拟试验中流速对酸化效果是有影响的,高流速下的酸化可解除储层深部的伤害,在砂岩基质酸化的施工工艺上建议采用“最大排量压差法”,为优化ＨＦ的酸化施工,深入认识储层矿物学和ＨＦ与铝硅酸盐的反应动力学     

玉米粉炭基固体酸催化合成生物柴油动力学研究

以玉米粉炭基固体酸作为催化剂,催化油酸与甲醇进行酯化反应制备生物柴油,在催化剂和甲醇用量一定的条件下,考察了不同反应温度下不同反应时间对油酸转化率的影响;并根据油酸浓度与时间的关系曲线,用微分法建立油酸酯化反应动力学的数学模型,计算相关的动力学参数。实验结果表明：在剂油比9%（催化剂质量占油酸质量的分数）、醇酸物质的量比8∶1、反应温度68 ℃、反应时间10 h时,油酸转化率最高可达到90.09%。该反应的反应级数为1.683,活化能为6.23×10⁴ J/mol,频率因子为2.17×10¹³ mol^-0.683·L^0.683·h^-1。     

Hydration kinetics of cementitious materials composed of red mud and coal gangue

To elucidate the intrinsic reaction mechanism of cementitious materials composed of red mud and coal gangue (RGC), the hydration kinetics of these cementitious materials at 20°C was investigated on the basis of the Krstulovi?–Dabi? model. An isothermal calorimeter was used to characterize the hydration heat evolution. The results show that the hydration of RGC is controlled by the processes of nucleation and crystal growth (NG), interaction at phase boundaries (I), and diffusion (D) in order, and the pozzolanic reactions of slag and compound-activated red mud–coal gangue are mainly controlled by the I process. Slag accelerates the clinker hydration during NG process, whereas the compound-activated red mud–coal gangue retards the hydration of RGC and the time required for I process increases with increasing dosage of red mud–coal gangue in RGC.     

生物质锅炉中CaO和HCl反应动力学

生物质直燃发电是生物质能利用的重要途径,但燃烧释放的较高浓度的HCl会对锅炉系统产生多方面的危害。该文使用热重分析方法,研究生物质燃烧中CaO和HCl反应动力学。实验结果表明:在600～800℃内,随着温度的升高,反应速率不断加快,本征反应为Arrhenius型,实验测得活化能为35.90kJ.mol-1,指前因子为5.246×10-3 m.s-1。温度超过850℃以后,随着温度升高反应速率常数反而降低,活化能和指前因子是温度的函数,反应有负活化能。在该文的实验条件下,CaO固氯本征化学反应对HCl为一级反应。     

HZSM-5分子筛上间二甲苯异构化反应动力学研究

为了加深对二甲苯异构化过程的理解,获得优化的操作参数,在固定床反应器中考察改性HZSM-5催化剂上间二甲苯(MX)异构化反应过程。同时,选用Powell法与四阶龙格库塔法相结合的数学方法,对实验数据进行拟合,回归出各反应温度下的反应速率常数,采用线性拟合获得300～390℃时的反应动力学参数,并模拟计算了反应温度和进料空速对反应结果的影响。研究发现在300℃下、空速2.0×103h-1时对二甲苯(PX)产率可达20%。     

固载化AlCl 3催化合成二苯基甲烷反应动力学研究

以3种不同孔径γ-Al2O3为载体制备固载化AlCl3/γ-Al2O3催化剂,考察了各催化剂在苯与苄基氯烷基化合成二苯基甲烷反应中的催化活性及产物选择性,并同纯AlCl3催化剂进行了比较.采用气相色谱法分析反应产物组成,获得了不同催化剂在不同反应温度下的烷基化反应试验数据,在确定反应动力学方程及消除外扩散影响前提下,计算了反应速率常数、反应表观活化能和扩散系数.结果表明,同均相纯AlCl3催化剂相比,在固载化AlCl3催化剂上反应速率较低而且存在诱导期,且载体孔径越小,该现象越明显.动力学分析认为产生这一现象的主要原因是载体对反应内扩散的影响.     

二甘醇单丁醚硼酸酯合成动力学研究

对作为新型汽车制动液的主体组份硼酸酯的合成进行了动力学分析,结果表明,在固体硼酸溶解前后,反应的动力学规律有所不同,溶解前,反应为准一级;溶解后,反应为二级,且对两种反应物分别为一级,表观反应活化能为98.3±2.5kJ/mol,频率因子为1.04×10~7L·mol~(-1)·s~(-1)。在反应过程中,若硼酸不过量,则硼酸自身脱水及醇醚分子间脱水均可忽略。同时,文中结合所得动力学规律对硼酸酯的合成进行了讨论。     

KOH催化环氧树脂与丙烯酸反应的动力学研究

研究了以KOH为催化剂催化环氧树脂与丙烯酸反应的动力学行为，讨论了催化剂浓度以及温度对该反应的影响。结果表示：KOH是有效的催化剂，当其用量为环氧树脂与丙烯酸质量和0.5%-0.7%jf ,在90-110℃反应，在较短时间内可达到较高的转化率；该反应为一级反应，表观活化能为61.5kJ/mol。     

阳离子交换树脂催化古龙酸甲酯的非均相动力学

以阳离子交换树脂H11为催化剂催化合成2-酮基-L-古龙酸甲酯。考察了催化剂的内外扩散、反应温度、反应物浓度配比、催化剂浓度对反应的影响,得到了最佳反应条件,反应最高产率可达到97％。还考察了催化剂的失活性,发现H11是一种理想的催化剂,连续反应4次都不影响催化效果。反应数据用Langmuir-Hinshel-wood模型拟合,通过验证反应模型符合反应原理,表面反应是关键的控速步骤,反应活化能为32kJ／mol。     

废催化剂焙烧水浸渣中硫酸浸取钴的动力学研究

以废催化剂处理过程中得到的镍钴渣为研究对象,采用硫酸浸出镍钴渣,使钴和镍得到有效回收,并对硫酸浸出钴的动力学进行探讨。研究结果表明:搅拌速度为400～1200r/min时对钴浸出率的影响非常小,物料粒度、硫酸浓度和反应温度等因素对钴浸出率则有较大影响;当反应温度为80℃,反应时间为180min,原料粒度为(0.074～0.100)mm,H2SO4浓度为6mol/L,搅拌速度为800r/min,固液比为1:10时,钴的浸出率为94.2%,镍的浸出率则为93.5%;硫酸浸出镍钴渣的反应受产物层内扩散控制,表观活化能为16.34kJ/mol。     

固体酸性能评价及与碳酸盐岩反应特性的研究

高温深井储层酸压改造如何造成足够长的动态裂缝,如何有效延缓高温条件下酸岩反应速度,使得活性酸尽可能深入地层深部,实现深度酸压是碳酸盐岩储层的难点之一。固体酸是一种新型酸化材料,正常状态下呈非活性,激活后可分解出具有强氧化性的HNO3。针对目前国内外对固体酸在碳酸盐岩储层酸化尚存在的问题,对固体酸性能、影响因素进行了试验分析,并对固体酸与碳酸盐岩的反应特性进行了试验研究。结果表明：采用一定的置放技术,固体酸可有效延缓与碳酸盐岩的反应,具有与盐酸相同的溶解能力。