水平井段超临界CO_2携岩数值模拟

超临界CO2是一种极具潜力的钻完井介质,研究其携岩机制是超临界CO2钻井技术的重要发展方向。以实测数据设置环空入口岩屑粒径分布,考虑流场中CO2密度和黏度与温度、压力条件的耦合关系及钻杆转动的影响,对温度、压力、排量、转速、岩屑直径、岩屑体积分数及偏心度对携岩效率的影响进行数值模拟分析。结果表明:岩屑床中小颗粒的体积分数下降,大颗粒体积分数的增幅随直径增大而减小;CO2携岩能力随温度的降低和压力的升高而增强,影响规律与室内试验结果相符;增大排量、降低机械钻速可提高CO2携岩效率,而钻杆转速对携岩效率影响甚微;偏心度为0.8时携岩最为困难;水平井钻进时应添加增黏剂以改善CO2携岩效果。     

超临界CO_2钻井井筒流动规律

考虑井筒轴向传热以及井壁围岩的温度变化对流场的影响,建立CO_2井筒循环流动模型,实现对流场压力参数、温度参数与CO_2物性参数的耦合计算与分析。结果表明:实验条件下连续管内CO_2由液态转变为超临界态的临界井深为780 m,环空中CO_2可始终处于超临界态;环空中压力剖面与井深近似呈线性相关,CO_2的压降比水的小36.7%;连续管内物性参数的变化主要由温度的变化决定,环空中则取决于压力的变化;环空中雷诺数高达106,处于较强的紊流状态;超临界CO_2钻井在窄密度窗口储层应用中具有优势。     

井筒内超临界多元热流体注入过程的数值模拟

在稠油热采过程中,提高注入工质的流动参数可显著增加采收率。为评价超临界多元热流体注入井筒后的流动传热特性,建立了相应的计算模型,得到了井底温度、压力与沿程热损失随注入流量、井口温度及井口压力的变化规律,并与注入超临界蒸汽情况下的流动传热规律进行了比较。结果表明,井底参数与注入流量呈单调关系;井底压力与井口温度、压力亦呈单调关系;而其他井口、井底参数的组合呈现出复杂关系。相同井口压力条件下,为使井底参数达到超临界状态,超临界多元热流体的井口温度和注入量高于注入超临界蒸汽的情况。适当选取较低的井口压力,可以减少热损失,提高经济性。所得结果可为注入工质参数的选取提供参考,进而为海洋稠油开发中的能源与动力保障的研究及设计明确需求。     

超临界二氧化碳压裂井筒温压及相态控制研究

超临界二氧化碳压裂液对温度、压力较为敏感,准确地预测注入过程中的井筒温压及相态直接影响着最终的压裂效果。因此,建立了考虑轴向导热、焦汤效应、膨胀(压缩)做功、摩擦生热热量分配的超临界二氧化碳压裂井筒瞬态温压模型,模拟分析了注入温度、施工排量、降阻效果、油管尺寸对井筒温压及相态的影响。研究结果表明,井筒温度降低导致的二氧化碳密度增加、流速降低,使得井口压力随井底温度同步降低。注入温度越高、施工排量越小、降阻率越高、油管尺寸越大,井底温度越高、井口压力越低。其中,井口温度增加10℃,井底温度增加约为7℃;降阻率提高20%,井口压力降低约7MPa。提高注入温度及流动通道的横截面积、降排量的同时使用稠化剂(降阻剂)可促使二氧化碳在井底达到超临界态。研究成果对超临界二氧化碳压裂的优化设计及现场应用具有较强的指导意义。     

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CO2的PR状态方程参数α——固体在超临界CO2中溶解度计算

由超临界区CO2的PVT实验数据，确定了超临界CO2的PR状态方程参数α的关联式，计算了若干固体组份在超临界CO2中的溶解度，其总平均相对偏差小于由原PR方程计算的总平均相对偏差。     

直井段超临界二氧化碳携岩数值模拟分析

二氧化碳携岩问题是超临界二氧化碳钻井技术应用于油气藏钻探开发的基础问题。依据井下工况,考虑岩屑粒径分布规律的影响及二氧化碳密度和黏度等物性参数与流场温压条件的耦合关系,数值模拟分析了粒径分布变化规律及各工况参数对携岩效率的影响规律。结果发现:粒径分布变化规律不与颗粒直径呈正相关,证实了选用欧拉模型以考虑颗粒间干扰来模拟携岩问题的合理性;温压条件影响粒径分布变化规律,携岩返速对粒径分布规律影响甚微。携岩效率随压力升高、温度降低而提高,规律与室内实验结果相符。提高排量、降低机速有利于改善携岩效果,实测临界携岩返速高于依据最小动能原理的计算值。随偏心度增大,携岩效率先降低后提高,临界偏心度为0.8。所得结论为发展实际技术提供支撑。     

超临界CO_2抗溶剂方法修饰碳纳米管

为增加碳纳米管与高分子材料的相容性,增强其在树脂共混体系中的稳定性,用超临界CO2抗溶剂沉积方法将PCL包覆到碳纳米管的表面,以阻止其分散后再次团聚,该方法对多壁碳纳米管和单壁碳纳米管均适用.探讨了CO2压力和PCL浓度与碳纳米管修饰效果之间的关系,为碳纳米管修饰提供了有效方法.     

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.     

空气雾化钻井环空携岩流动试验研究

在空气雾化钻井中,井眼环空携岩流动是一种典型的气、液、固多相流动,其机理和规律十分复杂。在空气雾化钻井实践中,经常出现钻井生产无法顺利进行的情况,轻则带屑不好,钻井效率低;重则井眼段塞、井壁垮塌、引发卡钻、井下爆炸等事故。显然,井眼环空携岩问题是空气雾化钻井必须解决的基础理论问题。根据满足工程精度的原则,利用空气雾化钻井环空流动试验研究对一维高载荷流动模型进行了验证,研究结果对空气雾化钻井生产实践有重要的指导作用。     

海洋软管铠装层用管线钢在超临界CO_2环境下腐蚀行为

利用浸泡实验研究实验钢在超临界CO2环境下的腐蚀行为,讨论实验钢的腐蚀过程及机制。结果表明:实验钢微观组织由铁素体及铬的碳化物构成;腐蚀产物主要为Fe CO3晶体,试样表面腐蚀产物随腐蚀时间的延长逐渐累积,锈层结构趋于密实,该结构可有效阻止溶液中离子与基体反应,增加腐蚀抵抗性;腐蚀早期阶段,实验钢腐蚀减重量较小,随后迅速增加并出现平台,最终减重量缓慢增加;短时间浸泡后腐蚀速率较大,之后迅速下降,实验测定最终腐蚀速率为1.56 mm/a,真实腐蚀速率为0.078 mm/a。     

超临界CO_2增黏机制研究进展及展望

研制临界CO2增黏剂,突破超临界CO2压裂技术,是实现页岩气高效开发的一条有效途径。通过文献调研,对超临界CO2增黏剂研制现状、增黏剂在超临界CO2中的溶解机制、增黏剂-CO2相互作用机制、增黏剂的作用机制及其分子设计方法、超临界CO2增黏面临的问题等方面进行分析,总结超临界CO2增黏机制的研究动向。研究认为:具备两亲特性的新型低聚表面活性剂或酯类化合物是值得研究的备选增黏剂;应开发新型低密度支撑剂,与增黏剂共同用于超临界CO2压裂;研究含氟化合物在超临界CO2中的溶解机制及其分子间相互作用规律,有助于开发不含氟超临界CO2增黏剂;选择合适的分子模拟计算方法可以从微观上为超临界CO2增黏剂的分子设计提供理论指导。     

超临界CO2萃取裂殖壶藻粗脂工艺研究

研究超临界CO_2萃取裂殖壶藻粗脂的最佳条件,利于后续制备生物柴油.通过单因素试验考察超声波预处理、原料湿度以及不同携带剂对裂殖壶藻粗脂萃取率的影响,并通过正交试验优化设计试验条件.研究结果表明:超声强化虽然对产油量影响不大,但是通过预处理缩短了反应时间;试验前最好对微藻藻粉进行干燥处理.经对比甲醇、乙醇和乙酸乙酯,发现萃取率由大到小依次为:甲醇,乙醇,乙酸乙酯,考虑到甲醇的毒性和安全问题,可使用乙醇做携带剂.超临界CO_2萃取裂殖壶藻粗脂试验最佳工艺条件为:压力40MPa,温度65℃,时间1h,液固比1∶1.在最佳工艺条件下萃取率可达18.7%.     

注超临界CO_2开采高温废弃气藏地热机制与采热能力分析

高温废弃气藏具有巨大的地热开采潜力。在对比分析超临界CO2和常规携热介质水的热物性基础上,提出注超临界CO2开采高温废弃气藏地热的方法。利用数值模拟方法对CO2在高温废弃气藏中的采热能力及影响因素进行评估。结果表明,由于CO2具有很高的可注性和流动性,超临界CO2的采热速率可达到水的1.5倍;利用CO2循环开采高温气藏地热,不仅可以实现高效地热开发,还可以实现CO2地质埋存;对废弃气藏而言,可以充分利用现有井网和地面设施,减少初期资本投入,实现高温废弃气藏地热的有效和经济开发,进一步提高气藏的利用价值,延长其经济寿命。     

石灰石闪速加热高温煅烧过程中的CO_2逸出行为

在大功率碳管炉内模拟利用转炉余热闪速加热高温煅烧石灰石的工艺过程,研究煅烧温度(1200~1500℃)和石灰石粒径(4~27.5mm)对石灰石颗粒在高温热分解过程中CO_2逸出行为的影响。结果表明,石灰石粒径一定时,煅烧温度越高,CaCO_3分解初期逸出CO_2的速率越大,达到CO_2逸出速率最大值的时间也越短;煅烧温度一定时,石灰石粒径越小,CO_2逸出速率曲线峰值越高,到达曲线峰值的时间也越短。煅烧温度不超过1300℃时,随着石灰石粒径的增大,试样转化率和CO_2逸出速率的变化明显放缓;而煅烧温度达到1350℃后,粒径对CO_2逸出速率的影响较小。在1500℃煅烧温度下,经过400~445s,不同粒径石灰石颗粒的分解转化率均已接近100%。     

超临界二氧化碳环境下PET聚酯的物理性能分析

 以PET(对苯二甲酸乙二醇酯)为对象,研究了超临界二氧化碳状态下体系温度和压力对原料物理性能的影响.通过TA Universal Analysal 2000热分析仪(DSC)表征样品的玻璃化转变温度(t_g),熔点(t_m)和结晶度;通过自动黏度测定仪表征样品的特征黏度();通过红外光谱仪(FT-IR)分析样品结构变化情况.结果表明,在超临界温度为130 ℃、超临界压力为20 MPa时,样品的t_g、t_m、最低,结晶度从原料的28%降到了23%,能使CO₂最大量地分析扩散进入材料中,最适宜溶胀发泡.红外表征结果表明样品分子结构没有变化,说明超临界CO₂没有与PET发生化学反应,物理参数变化由CO₂扩散进入材料分子链中引起的结晶度的变化而产生.     

油藏埋存CO_2泄漏机制及故障树分析

利用故障树分析法,结合油田CO_2驱和埋存示范区泄漏及环境监测结果,对油藏埋存CO_2发生泄漏的途径和泄漏机制进行分析,并对CO_2驱和埋存示范区进行环境监测。结果表明:对圈闭性很好的油藏,井的密封性失效(包括套管和井口设施损坏)、固井不完善及水泥环腐蚀是造成CO_2泄漏的主要原因;整体上,埋存于地下的CO_2没有发生大规模的泄漏,但在近井土壤中CO_2含量有增加的趋势,越靠近井口土壤中CO_2含量越大,表明CO_2通过井内套管柱或不完整水泥环发生了微量泄漏。故障树分析结果对CO_2埋存区的泄漏监测和预防具有指导意义。     

超临界CO2对无烟煤孔隙结构影响的实验研究

通过实验室自主研发的超临界CO_2高压加压装置,对临涣矿区的无烟煤进行处理,获得对比煤样。采用压汞法测试了超临界CO_2处理前后煤孔隙的变化情况,获得了处理前后无烟煤孔隙结构的关键参数;同时对进退汞曲线进行分析,进而研究了孔径分布的变化规律。研究结果表明:超临界CO_2处理后的无烟煤在微孔阶段(3~10 nm)多峰现象明显减少,孔隙分布更加连续,大孔阶段(≥1 000 nm)的进汞量明显高于处理前的曲线,大孔和可见孔数量增多。无烟煤的孔隙度和总孔容在处理后增幅达到0.2336%和6.4%;超临界CO_2在一定程度上促进了无烟煤的渗流孔的发育,抑制了吸附孔的发育。     

联吡啶衍生物在超临界CO2中的溶解度和偏摩尔体积研究

在313K、323K、333K和10.4～18.8MPa下,通过静态观察法系统测定了2,2’-联吡啶-4,4’-二甲酸二(2-丁氧基)乙酯,2,2’-联吡啶-4,4’-二甲酸二[2-(2-丁氧基乙氧基)]乙酯和2,2’-联吡啶-4,4’-二甲酸二[2-(2-乙氧基乙氧基)]乙酯在超临界CO2中的溶解度,并采用Bartle和Chrastil半经验模型对3种联吡啶衍生物在超临界CO2中溶解度实验数据进行了关联和计算.结果表明:由Bartle和Chrastil模型关联计算的平均相对偏差分别为10.71%、16.20%、4.96%和8.31%、11.36%、5.36%,关联度均很高.运用Kumar-Johnston理论算得3种联吡啶衍生物在313K、323K、333 K下的偏摩尔体积范围在-14711.5～-1629.9 cm3/mol内.