页岩气开发机理和关键问题

页岩气是重要的非常规天然气资源,从长远的能源发展角度来看,开发页岩气是保障我国天然气供给、优化能源结构、促进能源清洁发展的重要战略.虽然美国页岩气开发已有20余年的历史,超低渗页岩储层的开发机理仍有诸多不清楚之处,问题的核心是发展更完善页岩储层流动模型.受机理研究制约,目前页岩储层的实验测试、油藏模拟等技术仍需要进一步研究和突破.中国处于页岩气开发的起步阶段,开发机理研究对页岩气开发关键技术有重要指导意义,是发展这些技术的理论基础和科学依据;同时,页岩气开发的环境影响也不容忽视,是贯穿开发过程始终的关键问题.本文重点分析页岩气开采中纳米孔隙微观流动、流固耦合、裂缝描述等机理问题及其研究进展,介绍页岩储层实验测试、油藏模拟和开发环境风险等关键问题,讨论未来的研究方向和热点.     

石墨烯/离子液体体系静电吸附机理及非平衡热力学模型

超级电容是基于固液界面静电吸附原理的先进储能技术.石墨烯和高浓度离子液体被认为是超级电容储能的理想材料和电解液工质,但是其静电吸附过程中能量载子间具有复杂交互作用、纳米尺度效应和非平衡热力学特征,显著区别于常规低浓度、低黏度和非受限体系,无法通过经典理论和模型进行解释.本文通过分子动力学模拟,结合恒定电势和热力学方法,...     

超临界流体密度波动机理的分子动力学模拟

超临界流体在工业技术领域得到越来越广泛的应用,从本质上研究超临界流体的结构特性具有重要意义.本文采用分子动力学方法模拟得到不同温度和压力下超临界流体局部密度波动的时序曲线变化规律,并进行非线性特性分析.结果表明,在近临界温度时,密度波动幅度在拟临界点处达到最大值,随着温度升高和偏离拟临界点程度的增大,波动幅度逐渐减小.超临界流体是具有显著密度波动的非均匀介质,可以看作是高密度(类液区)和低密度(类气区)流体的混合物,非均匀性随偏离拟临界点程度的增加而逐渐减弱.采用自相关函数法得到各工况延迟时间,结合时序曲线的吸引子相图和递归图定性分析发现,不同系统温度下,时序曲线的波动规律主要满足混沌和类随机两种特性.在近临界等温线上,较大密度范围内具有混沌特征;随着系统温度的升高,范围逐渐缩小,当T=1.075T_c时,混沌特征消失,各工况均符合类随机规律.混沌系统表现为较类随机系统更小的样本熵,在不同系统温度下,均在偏离拟临界点较远处得到较大值,并在一个小区域内收敛,此时样本熵的变化受系统温度的影响逐渐减小,密度起主导作用.     

单分子层吸附机理对储氢材料研究的冲击

由于氢对可再生能源与解决温室效应问题的重要性, 储氢研究备受关注. 吸附是压缩气体的有效途径, 因此被用于开发储氢技术. 但在有工程意义的温度下氢是超临界温度气体, 其吸附机理与临界温度以下气体不同. 本文阐释了为什么在临界温度以上的吸附是单分子层的及其对储氢研究的影响. 尽管有赞成和反对的不同意见, 理解超临界温度吸附机理对于储氢材料研究是至关重要的, 因为该机理表明, 无论是何种新奇材料, 只要其储氢原理基于吸附, 一定不能满足车载储氢的实际需求.     

页岩气组分模型产能预测及压裂优化

我国页岩、致密油气等非常规油气的储量极大,非常规油气的开发对保障国家能源安全有重要的意义.准确模拟预测非常规油气的流动行为是经济高效开采的关键.不同于常规油气,页岩气在地层中存在滑脱效应以及吸附现象,为准确描述此类机理和现象,本文在以非结构PEBI网格为主的混合网格的基础上建立了组分数值模型,并对气体组分比例、吸附作用以及滑脱效应对产能的影响进行了分析.同时,对国内某页岩气藏水平井的压裂进行了优化.结果表明,页岩气产量随裂缝数量的增多以及裂缝半长的增长而增加,但当裂缝数量达到一定数量,裂缝半长达到一定长度时,产量的增加不再明显.因此,为使页岩气的经济效益达到最大化,应合理布置裂缝数量及裂缝半长.     

页岩气渗流数学模型

针对页岩气藏流体运移机理复杂、传统模型难以准确描述的难题,本文综合考虑页岩气在孔隙中的黏性流动、Knudsen扩散以及吸附气的表面扩散和因岩石变形引起的滑移分别建立自由气和吸附气扩散方程,建立页岩气在基质与裂缝中的渗流数学模型,并采用非线性非平衡Langmuir吸附理论分析页岩气渗流过程中的解吸附机理.通过数值模拟方法研究了不同流动机制对页岩气产量的影响,结果表明,吸附气的表面扩散与滑移对页岩气产量的影响均在0.1%以下,可以忽略;黏性流动与Knudsen扩散主导页岩气的渗流;非平衡吸附速率对页岩气产量影响较大,吸附速率越大,产量越大.本文建立的模型能较好地揭示页岩气的复杂渗流机理,并为页岩气藏的开发提供了科学基础.     

土壤和氧化物对稀土元素的专性吸附及其机理

土壤对重金属离子,如Cu、Zn、Co、Ni、Cd、Pb等的吸附和解吸行为,国内外研究较多,而且在吸附机理方面也做了许多探讨。研究表明,合成的或土壤中的铁、锰和铝等氧化物对这些元素有专性吸附现象,吸附过程强烈地依赖于体系的pH。对于这个现象,目前已提出     

电化学界面吸附的微观模型和量子化学处理

近年来,现场光谱电化学技术的发展使电化学界面吸附的研究突跃到分子水平,取得了大量第一性的实验数据。对这些数据的理论解释,需要应用量子化学理论方法。同时,这些光谱数据也为量子化学的理论研究提供了可靠的模型基础及理论结果的检验依据。     

艾滋病的发病机理及传播

艾滋病是慢病毒疾病,感染后静止潜伏多年。这期间病毒携带者对其他人是潜在的传染源。艾滋病病毒最初在非洲、北美和欧洲流行传播,感染后七年内有     

聚合物驱数学模型、参数模型的建立与机理研究

聚合物驱是“八五”期间在我国大多数油田推广应用的一种提高原油采收率技术,数值模拟是聚合物驱油技术中重要的配套技术。目前模拟聚合物驱通常采用改进的黑油模型和各种化学驱组分模型,前者对许多重要的物化现象不能模拟;而后者主要是针对表面活性剂     

特高含水期剩余油分布及形成机理

目前我国东部老油区普遍进入特高含水阶段,水驱开发效果变差,采收率明显下降,有效挖掘剩余油潜力是当前开发的重点所在.特高含水期油相主要以非连续状态存在于孔隙空间内,基于宏观认识的达西定律很难准确描述地下剩余油的真实流动状态.为摸清特高含水期剩余油分布状况,研究剩余油形成机理并挖掘剩余油潜力,基于N-S方程模拟油水两相在微尺度多孔介质内流动,运用相场方法实时追踪驱替过程中的两相界面,建立微观流动模型.研究特高含水期剩余油分布,并从力学角度分析残余油形成机理.结果表明特高含水期多孔介质内剩余油主要可以分为5种类型:孤立油滴、孔喉残余油、簇状非均质残余油、油膜、盲端残余油.毛管力,孔隙结构以及壁面润湿性是影响特高含水期剩余油的分布与类型的主要因素.孔隙尺度流动模拟得到的水驱曲线与矿场规律基本一致.特高含水期增注与注入表面活性剂均是通过驱替出簇状非均质剩余油,孔喉残余油以及孤立油滴达到提高剩余油采收程度的目的.簇状非均质剩余油的减少是采收程度提高的主要原因.矿场增注时机对经济开发有重要影响.该研究初步揭示了特高含水期剩余油分布及形成机理,为水驱油藏的后期开发提供有效指导.     

非对称压路滚的机理及应用

近年来非对称截面压实装置的压路机已在国内外高等级公路压实工程中得到了广泛的应用.文章从该型压路机的结构组成及压实机理入手,分析了其基本原理及应用效果.     

多氯联苯内分泌干扰作用及机理研究进展

环境内分泌干扰物是近年认识到的一类严重危害人和动物的生殖和免疫功能的环境污染物, 多氯联苯(PCBs)既是持久性有机污染物, 又是典型的内分泌干扰物, 单个PCB同类物、PCB商品混合物以及PCB的代谢产物都具有内分泌干扰活性, 可从激素的合成、转运、结合、代谢和反馈调节等多层面干扰雌/雄激素系统、甲状腺激素系统等多个内分泌系统的功能. 本文详细评述了PCBs内分泌干扰活性及其机理研究的新进展, 并提出了今后应加强研究的几个主要方面.     

非对称压路滚的机理及应用

近年来非对称截面压实装置的压路机已在国内外高等级公路压实工程中得到了广泛的应用。文章从该型压路机的结构组成及压实机理入手，分析了其基本原理及应用效果。     

钢结构腐蚀机理及影响因素初探

20世纪以来,钢结构在全球得到很大发展,但是钢结构的腐蚀问题也越来越明显地凸显出来.文章通过钢结构的腐蚀类型、腐蚀机理和影响钢结构腐蚀的因素的研究,提出钢结构的防腐措施.     

钢结构腐蚀机理及影响因素初探

20世纪以来,钢结构在全球得到很大发展,但是钢结构的腐蚀问题也越来越明显地凸显出来。文章通过钢结构的腐蚀类型、腐蚀机理和影响钢结构腐蚀的因素的研究,提出钢结构的防腐措施。     

光合放氧中心结构和放氧机理的新模型

目前在放氧中心的结构和放氧机理方面均存在许多重要问题待解决。结合最新研究成果,提出了放氧中心结构和放氧机理新模型,在新结构模型中,２个Ｈ２Ｏ分子不对称地结合于“Ｃ”形结构开口端２个低价的Ｍｎ＾Ⅱ１和Ｍｎ＾Ⅲ４上,并保持较大距离;２个组氨酸的咪唑环通过Ｎ原子与２个高价的Ｍｎ＾Ⅳ２,Ｍｎ＾Ⅳ３结合;Ｃｌ结合于Ｍｎ＾Ⅲ４,并与Ｃａ相连;Ｃａ通过Ｏ桥和ＣＯＯ－相连使２个Ｍｎ２０２单元保持特定空间构型。整个     

建筑物非线性变形动态预测的数据机理:自记忆模型

综合考虑建筑物沉降变形时间序列的单调增长的特殊性和非线性特征,利用动态数据反演建模方法和自记忆性方程,提出了一种随机与动力相结合的建筑物非线性变形预测的数据机理:自记忆模型.该方法将观测到的建筑物沉降位移时序数据视为描写建筑物变形非线性动力系统的特解,运用反演动力模式方法导出系统的微分方程,通过引入记忆函数,将制约动力系统的微分方程推演成一个差分-积分方程,从而建立建筑物沉降非线性变形预测的动力系统自记忆模型.由于该模型用历史资料估计记忆系数,蕴含了历史资料中对预测有用的信息,所以能很好地预测出系统极值,克服了以统计为基础的预报模型在做多步预测时预测值偏向平均值的缺点,较以往单一的确定论或随机统计论预测方法具有更高的拟合精度和预测准确率.将该方法用于实际工程建筑物沉降变形预测,证明了该模型的有效性及可行性.