典型阴离子对纳米二氧化钛在载铁石英砂 多孔介质中迁移行为的影响

以纳米二氧化钛为研究对象,考察系列环境相关条件下(不同pH、离子类型与离子强度)纳米二氧化钛在载铁石英砂多孔介质中的迁移规律。结果表明,纳米二氧化钛在NaCl,NaNO_3和Na_2SO_4 3种溶液中的穿透曲线和滞留曲线没有显著差异,但与其他溶液相比,在NaH_2PO_4溶液中的穿透曲线和滞留曲线分别有明显的升高和降低;磷酸根离子会促进纳米二氧化钛在载铁石英砂多孔介质中的迁移行为。机理探究发现,由于PO_4~(3-)会被吸附至纳米二氧化钛和载铁石英砂多孔介质的表面上,增大纳米二氧化钛和多孔介质的表面Zeta电位,导致纳米二氧化钛与介质表面之间静电斥力的增加,从而加大纳米二氧化钛被吸附于多孔介质表面位点的难度,减少沉积;同时,纳米二氧化钛Zeta电位的增加会减少纳米二氧化钛颗粒间的碰撞团聚,导致其水力学粒径变小,从而促进其迁移行为。此外,PO_4~(3-)会与纳米二氧化钛竞争多孔介质表面的吸附位点,导致纳米二氧化钛可沉积位点的减少,增加迁移能力。     

细菌对铅和铬在多孔介质中迁移行为的影响

选用石英砂和载铁石英砂两种介质模拟环境介质, 以大肠杆菌C3000 为代表细菌, 考察细菌对Pb(Ⅱ) 和Cr(Ⅵ)迁移行为的影响。研究发现, Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)在载铁石英砂中迁移的阻滞系数(分别为4.793 和 1.212)分别大于在石英砂中的阻滞系数(1.145 和0.427), 表明Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)在载铁石英砂中的迁移能力低于其在石英砂中的迁移。在石英砂中, Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)在无细菌时迁移的阻滞系数(分别为1.145 和0.427)与有细菌时迁移的阻滞系数(1.230 和0.369)相近, 表明Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的迁移不受共存细菌的影响。在载铁石英砂中, Pb(Ⅱ)在有细菌时迁移的阻滞系数(6.360)明显大于其在无细菌时的阻滞系数(4.793), 而Cr(Ⅵ)在有细菌时迁移的阻滞系数(1.212)与其在无细菌时的阻滞系数(1.037)相近, 表明细菌的存在会抑制Pb(Ⅱ)的迁移, 而对Cr(Ⅵ)的迁移不产生影响。研究结果可为预测重金属在土壤地下水中的迁移行为提供理论依据。     

羧甲基纤维素钠对纳米Fe_3O_4在石英砂中迁移的影响

为提高纳米四氧化三铁(MNPs)在悬浊液中的稳定性,强化其在多孔介质中的迁移能力,实验选用羧甲基纤维素钠(CMC)修饰MNPs,通过zeta电位、颗粒粒径和沉降曲线的变化考察了修饰前后的MNPs在模拟地下水溶液中的稳定性,并通过一维柱实验考察了修饰前后的MNPs在石英砂介质中的迁移性能.结果表明:由于CMC对MNPs的修饰增大了MNPs表面的负电荷电量,有效抑制了MNPs的团聚,从而使得MNPs在CMC溶液中的稳定性远高于其在背景模拟地下水溶液的稳定性,相应作用也使得CMC修饰下的MNPs在石英砂介质中的迁移性能大大增强.     

生物曝气技术修复地下水中的苯和二甲苯实验研究

 结合东北某石油污染场地的水文地质特征,通过影响因素试验探讨了不同环境因子对微生物生长及降解地下水中苯和二甲苯效果的影响作用。同时,通过土柱实验,分析了微生物在不同砂土介质中的迁移规律和降解地下水中苯和二甲苯的效果。结果表明,微生物降解苯和二甲苯的最佳条件为,培养基温度20℃、pH值7.0、添加氮磷和溶解氧(DO)5.21mg/L。微生物在砾砂、粗砂和中砂中的迁移速度随着介质平均粒径和孔隙度的增大而加快。在同一种介质中,微生物穿透前20cm所需时间大于穿透后20cm所需时间,在不同介质间,微生物穿透40cm所需时间均为:砾砂<粗砂<中砂。总的来说,随着介质平均粒径的变小,苯和二甲苯的去除率增加。在中砂介质中,苯和二甲苯的去除率达到40%以上。     

丁基黄药在金属负载石英砂中的迁移特性

针对有色金属采选场地存在重金属与残留选冶有机药剂复合污染问题，本文以丁基黄药(butyl xanthate, BX)为代表，基于饱和砂柱迁移实验和数学模型，分析了BX在石英砂、覆铁砂和覆铁铜砂中的迁移规律.结果表明，石英砂表面负载Fe量为0.07 mg/g时，BX迁移的回收率从89.8%下降至45.3%,并且负载Fe量每增加一倍，BX迁移回收率平均下降41.5%.在覆铁砂上继续负载氧化铜，BX与Cu²⁺之间反应生成CuBX,在负载Cu量0.010～0.055 mg/g时完全抑制了BX在介质中的迁移.     

钙质砂与石英砂渗透性差异对比试验

针对相同粒径和级配的钙质砂与石英砂,通过单粒径三轴渗透试验和混合粒径三轴剪切渗透试验,对比分析单粒径砂渗透性受围压的影响规律,以及三轴剪切过程中混合粒径砂渗透性演化行为的差异.三轴渗透试验结果表明:钙质砂渗透性随围压的升高而降低,随粒径的增加而增加,与石英砂规律相似,钙质砂渗透系数与围压表现出较好的指数关系;在同级配条件下,钙质砂的渗透性小于普通石英砂;在给定围压和渗透压的条件下,钙质砂渗流量和时间呈现线性关系,依然服从达西定律.三轴剪切渗透试验结果表明:在较低围压下,钙质砂变形由剪缩到剪胀,渗透系数随应变的增加先下降,后升高,石英砂变形规律及渗透规律与钙质砂相似;在较高围压下,二者差异明显,钙质砂变形表现为剪缩特性,且伴有一定量的颗粒破碎,渗透系数降幅由快变慢直至稳定,而石英砂无论是变形规律还是渗透规律,均与较低围压下一致.     

饱和多孔介质中Fe3O4纳米颗粒与铜离子的共迁移

采用饱和柱渗流实验,探究了四氧化三铁纳米颗粒(Fe_3O_4 nanoparticles,MNPs对铜离子(Cu~(2+))在饱和多孔介质中迁移持留的影响.结果表明:MNPs对Cu~(2+)的迁移并无太大影响.具体表现为:低浓度的MNPs微弱地促进Cu~(2+)迁移,其质量浓度为50 mg/L和180mg/L时,Cu~(2+)的最大出流率从0.78分别增长到0.82和0.83,这是由于低浓度的MNPs在静电斥力的作用下分散性较好、聚合率较低,聚合后团聚体粒径较小,可以穿过多孔介质而不被拦截沉积,部分Cu~(2+)被吸附在MNPs表面随其一起出流;而高浓度的MNPs一定程度上抑制了Cu~(2+)的迁移,当MNPs的质量浓度增长到500mg/L时,Cu~(2+)的最大出流率则降至0.73,这与其高浓度的高聚合率和聚合后团聚体的大粒径有关.此外,MNPs的存在一定程度上也影响了Cu~(2+)在介质中的空间分布,使得Cu~(2+)的空间垂向分布更为均匀,这与MNPs的失稳集聚性有关.     

腐殖酸、高岭土和铜在含水层介质中的协同迁移

通过室内模拟柱实验,设计不同污染次序实验,开展高岭土、腐殖酸和Cu在含水层介质的协同迁移研究。研究结果表明:在预先吸附了Cu的砂柱中,高岭土对Cu解吸作用微弱,腐殖酸显著促进了Cu在石英砂柱的解吸;而混合注入腐殖酸和高岭土溶液Cu的解吸程度要低于单独注入腐殖酸,说明在混合溶液中,高岭土占据了腐殖酸的吸附点位;腐殖酸对高岭土的迁移有显著促进作用。     

三元复合驱中聚丙烯酰胺在土壤中的迁移研究

通过室内土柱试验,研究了不同数量单元的聚丙烯酰胺(PAM)及三元复合驱中聚丙烯酰胺在不同土壤(黑土、黄土、盐碱土)中的垂向迁移行为(自然迁移、模拟降雨),初步探讨了PAM在土壤中的垂向迁移特性。实验结果表明:土壤对聚丙烯酰胺有很强的截留能力,绝大部分PAM被截留在土壤表层,大于87%的PAM分布于5 cm以上的土壤中。一定时间内聚丙烯酰胺在土壤中的影响深度不会超过15 cm,在相同条件下不同土壤中的迁移深度顺序为:黄土黑土盐碱土;表层土壤中聚丙烯酰胺含量顺序为:黑土盐碱土黄土。为以后聚丙烯酰胺的扩大应用及其污染治理提供了充分的参考和依据。     

非饱和土壤中重金属污染物迁移机理分析

视土壤为非饱和多孔介质,将描述非饱和多孔介质中多种迁移场量耦合的热质传递模型,结合土壤中溶质迁移的对流-弥散规律,并考虑土壤固体骨架对重金属污染物的吸附特性,建立非饱和土壤中重金属污染物迁移的数学模型.数值分析了非饱和土壤不同深度处和土壤含湿量不同时,污染物在土壤中的迁移状况.随着土壤深度的增加,污染物在土壤中的迁移呈现滞后性;湿含量较高的土壤,在迁移状况趋于稳定时,污染物沿土壤深度的增加其浓度梯度相对较小,数值分析所得污染物在土壤中的迁移规律与文献已有试验结果相一致.因此,所建立的数学模型和数值分析结果,可为分析重金属污染物在土壤中的迁移状况和修复重金属污染的土壤提供一定的理论指导.     

室内实验规模的出砂数学模拟

为了研究疏松砂岩的出砂特征,根据连续性孔隙介质渗流、微粒释放和微粒运移理论,建立了室内实验规模的出砂数学模型,并采用有限差分法对该模型进行了求解。结果表明,实验条件下数学模拟与物理实验模拟的结果吻合较好。用理论出砂模型模拟了胶体力、水动力导致的出砂和砂粒运移过程中滞留引起的渗透率变化。模拟结果表明,渗流速度高于临界流速才引起冲刷出砂;胶体力和冲刷力是出砂的诱发因素,砂微粒在运移过程中在孔隙表面再沉积和孔喉处被捕集将降低出砂程度;渗透率比值与注水孔隙体积倍数或渗流速度的关系曲线均呈"S"形;在运移过程中,砂微粒滞留导致渗透率比值随岩心长度的变化呈线性降低趋势。     

锶在改性介质中迁移的柱实验研究

通过室内土柱实验研究了锶在不同润湿性介质中的迁移规律和特征,并采用CXTFIT 2.1软件对实验结果进行了拟合,通过实验数据计算了延迟因子。结果表明:在疏水介质中,锶的穿透速度较快,利用平衡CDE方程或两区模型来模拟锶在三种润湿性不同的石英砂柱中的迁移均是可行的,但两区模型的模拟效果更好。     

气田水平井防砂筛管类型优选与精度优化试验

机械防砂筛管是疏松砂岩气藏防砂完井管柱的关键组成部分,其总体结构和挡砂介质性能决定了挡砂效果和气井防砂后产能以及总体服务期限。南海X气田为疏松砂岩易出砂气藏,为选择合适的水平井二次防砂机械筛管类型并优化挡砂精度,使用自行研制开发的挡砂介质性能评价径向流驱替试验装置,模拟该气田地层砂和生产条件,对单层网布复合筛管、双层网布复合筛管、复合绕丝筛管、多层精密筛管、孔网复合筛管等5种类型的筛管样品进行了综合性能评价试验;根据动态试验数据,提出筛管的流通性能、挡砂性能及其评价指标的计算方法,系统地评价5种筛管的各单项性能和综合性能,并得到具体的量化评价指标。为优化挡砂精度,使用从0.08~0.18mm的5种不同精度的双层网布复合筛管分别阻挡粒度中值0.08mm的模拟地层,测试与评价各精度筛管的综合防砂性能。结果表明,对于南海X气田不产水粉细砂气藏水平井,双层网布绕丝筛管和精密筛管的流通性能、挡砂性能等综合指标较高,依次推荐为气田二次防砂最佳筛管类型;最终推荐该气田二次防砂挡砂精度为0.1~0.12mm。     

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析是对目前静态流体或稳态多相渗流中微粒运移/捕集的补充,通过分析弹性波对微粒剥离运移捕集过程的影响,建立弹性波作用下微粒运移模型,得到对微粒运移效果和储层物性变化的影响规律。由推导得到的弹性波作用下微粒剥离临界速度可知,当微粒与孔喉半径的比值越小时弹性波导致的振荡附加力影响越大,临界速度与流体粘度、微粒/孔喉半径比成负相关,与基质胶结程度、结构力、微粒半径、微粒密度成正相关。弹性波作用下微粒运移模型需同时考虑多孔介质渗流速度的变化,此时微粒剥离释放速率增加,但随着波衰减和时间延长而降低,微粒在孔隙表面沉积滞留速率先上升后下降,喉道堵塞的速率有所上升,说明弹性波作用下微粒的剥离和悬浮能力增加,但亦增加了微粒在微细孔喉"架桥"堵塞的可能性。研究结论对岩石物理学和工业化波动处理涉及的储层物性研究具有一定指导意义。     

白豹—南梁地区长4+51油藏主控因素及富集规律

鄂尔多斯盆地延长组油藏普遍高产水是油田精细勘探中面临的主要难题之一。以白豹—南梁地区长₄₊₅₁油藏为研究对象,通过对烃源岩条件、砂体类型、储层特征、裂缝特征及遮挡条件等成藏主控因素的对比分析,探讨了油藏差异富集的规律。研究认为,白豹地区分布于三角洲下平原和前缘主体带前部,砂体类型主要为水下分流河道,砂体厚度大、渗透率高、侧向延伸远。得益于物性较好的大规模连通性砂体,油水分异充分,原油在浮力作用下向构造高部位运移,导致砂体虽有油气显示,但普遍高含水的特征,低幅度构造是此区域有利的勘探目标。南梁地区分布于三角洲前缘末端,以断续河道和河口坝砂体为主,砂体相对孤立、物性较差、岩性变化频繁。孤立砂体的自生圈闭条件好,油气难以侧向运移,富集程度相对较高,垂向运移通道通畅和储层物性较好的砂体,是此区域的有利勘探目标。     

机械防砂筛管挡砂介质堵塞机制及堵塞规律试验

针对防砂井由于机械筛管及砾石层等挡砂介质被堵塞而造成低产或停产的情况,开展防砂井挡砂介质堵塞机制研究,提出非充填带的桥架充填堵塞机制和挡砂介质内部桥架堵塞机制。利用机械筛管微观驱替堵塞模拟试验装置对机械筛管多层滤网挡砂层的堵塞过程、堵塞机制及影响规律进行系统的试验模拟,研究影响挡砂筛网堵塞程度的主要因素及其影响规律。结果表明:生产时间、出砂速度、粉细砂含量、泥质含量、原油黏度等是影响挡砂介质堵塞过程及堵塞程度的主要因素;试验结果揭示了挡砂介质堵塞程度与影响因素之间的定性和定量规律;试验数据可以通过拟合用于建立挡砂介质堵塞渗透率比与上述参数之间的定量经验关系模型,进一步预测特定地质与生产条件下防砂井挡砂介质堵塞程度随生产时间的变化规律。     

含水层介质对石油类污染质的吸附特征研究

 东北某石油采区由于输油管道锈蚀而发生石油泄漏,对地下水造成了一定的污染,含水介质的吸附作用对石油类污染质的迁移转化具有重要影响.根据该地下水石油类污染场地水化学测试结果,结合其典型的地质及水文地质条件,通过吸附动力学和等温吸附实验,以最大吸附量、吸附速率、吸附动力学常数等为定量指标,分析该地区的含水层介质对石油类污染质的吸附特征.研究结果表明,含水层介质对石油类污染质的吸附动力学规律符合准二级动力学模型,吸附量与含水层介质的比表面积成正比,吸附作用主要为物理吸附作用;含水层介质对石油类污染质的等温吸附规律为非线性等温吸附;由Langmuir 模型结果可知,含水层介质对石油烃的吸附量及吸附速率由大到小顺序为粉土、粉砂、细砂.实验结果为研究石油类污染质在含水层的迁移转化规律及修复技术提供可靠的科学依据.     

改性河砂过滤处理高锰地下水

 以改性河砂为除锰滤料,对模拟地下水进行过滤处理,研究了水力停留时间、pH值、溶解氧含量、Mn²⁺质量浓度等对除锰效率的影响。结果表明,水力停留时间为24min、溶解氧为7mg／L、中性及弱碱性、原水Mn²⁺质量浓度不大于2mg／L等条件下,改性河砂过滤可使出水Mn²⁺质量浓度持续稳定在0.1mg／L以下,符合国家饮用水标准。通过对改性河砂表面滤膜的电镜扫描和X射线能谱分析,初步确定了改性河砂表面滤膜对除锰发挥了重要作用,主要机理为吸附和自催化作用。