海洋CO_(2)地质封存研究进展与发展趋势

CO_(2)捕集、利用和封存是中国实现“双碳”目标的核心技术,也是全球研究的热点。CO_(2)地质封存是其中的关键环节,特别是海洋CO_(2)地质封存是今后的重点发展方向。以国内外海洋CO_(2)地质封存的发展历程为基础,结合典型CO_(2)海洋封存示范项目案例,系统梳理了国内外海洋CO_(2)地质封存理论研究进展,分析了CO_(2)在井筒流动、相变与传热、CO_(2)流体运移与储层物性参数展布规律、海洋地质封存机制及封存潜力、地质封存盖层完整性及安全性评估等方面的研究现状。认识到中国目前对海底地质结构中CO_(2)注入过程的多相态转化、溶解、捕获传质特征及动力学特性认识尚浅,对海洋封存机制及不同封存机制之间的相互作用机理尚不明确,未来应开展海洋CO_(2)动态地质封存空间重构机制研究,解决地质封存相态转化及流体动态迁移机理等关键科学问题,揭示海洋CO_(2)地质封存机制的相互作用机理,形成适用于中国海洋地质封存CO_(2)高效注入和增效封存方法。

不同储层渗透率下稠油油藏火驱开发特征

储层渗透率直接影响火驱过程中的驱替压差、油墙的形成与聚集速度,明确渗透率对稠油火驱开发的影响规律十分必要。采用自主开发的燃烧管装置和多孔介质热效应监测装置,开展了火驱实验,分析不同渗透率下辽河稠油油藏火驱特征。结果表明:储层渗透率为650×10^(-3)μm^(2)时,火驱过程中各热电偶峰值温度达到550℃,燃烧前缘推进中温度没有下降,说明该渗透率下燃烧过程放热效率高,能够解除燃烧初期的油墙封堵;热效应监测装置能够高效快速地监测由于原油氧化燃烧反应所导致的温度变化,储层渗透率为480×10^(-3)μm^(2)时庙5区稠油燃烧峰值温度比储层渗透率为300×10^(-3)μm^(2)时高107℃,说明渗透率的提高增强了燃烧初期的放热,从而缓解了油墙的封堵效应。研究结果对不同渗透率稠油油藏火驱开发具有理论指导意义。

高含水致密凝析气藏稳产技术应用——以四川盆地安岳气田须家河组气藏为例

四川盆地安岳气田上三叠统须家河组二段气藏为低孔、低渗、有水、中含凝析油、弹性气驱、高压岩性圈闭的砂岩气藏,气藏底水能量充足。针对气井生产过程中受地层水水侵和反凝析污染影响造成稳产难度较大的情况,结合储层及气井产液特征,开展有水凝析气井稳产技术应用实践,分析并总结应用实践经验和成果,选取了应用效果较好的注气吞吐、电潜泵排水、车载压缩机气举、柱塞气举排液和自动化开关井5种稳产技术。结果表明:①针对储层反凝析液伤害,形成单井注气吞吐技术应用选井原则;②针对气藏水体赋存特征和水侵模式特征,调整气藏排水采气对策思路,采用电潜泵排水技术和车载压缩机气举技术;③针对地层压力低、举升能量不足,优化油、气、水三相流动条件下的柱塞气举排液技术;④针对低压间歇生产井采用自动化开关井技术,增加生产效率,降低人工成本。对5种主要稳产技术的应用情况进行了分析评价,认为一系列稳产技术的应用有助于安岳气田须二段气藏稳定生产,为类似高含水致密凝析气藏的稳产提供了借鉴和参考。

基于BP神经网络的低渗透底水油藏油井见水模式预测模型

注水开发使得低渗透底水油藏油井见水模式更加复杂,需要进一步明确及预测油井见水模式来针对性地指导水淹治理措施。神经网络模型具备处理多元回归问题和计算速度快等优势,可被用于分析地质工程多因素参数与油井见水模式的内在关系,构建见水模式预测模型。在油井见水模式划分的基础上,通过灰色关联理论和神经网络算法对BCL低渗透底水油藏油井见水模式的主控因素和预测模型进行了研究。发现水层厚度、隔夹层数、隔夹层长度和避水高度是该类油藏注水开发下影响油井见水模式的主控因素。基于主控因素结合神经网络算法建立了油井见水模式预测模型。通过对18组测试数据进行验证,平均预测误差1.4%,获得了较好的预测精度。通过易于获取的主控因素快速预测注水开发低渗透底水油藏油井的见水模式,为该类油藏的高含水针对性治理提供基础依据。

青藏高原重大工程地质环境扰损机制及生态修复技术体系

青藏高原是我国重要生态屏障区及战略资源基地。近年来,国家在建和拟建的一大批重大工程乃至世纪超级工程都集中分布在青藏高原,在迎来巨大发展机遇的同时,因其地质环境复杂性和生态环境敏感脆弱性,也带来了系列生态地质环境问题,需迫切解决扰损问题识别与影响机制、生态韧性技术、工艺及装备系列“卡脖子”难题。本研究在厘清青藏高原重大工程建设对生态地质环境的主要影响与作用方式基础上,初步构建了青藏高原重大工程建设生态地质环境问题识别与修复技术体系:(1)开展脆弱生态地质环境多尺度全要素系统调查,建立重大工程生态地质环境问题识别与诊断技术;(2)通过“地质-材料-生态-工程”多学科交叉研究突破,解决地质体-工程结构-生物体互馈机理,探明韧性生物技术-工程强度有机适配动态再平衡过程机制与地质灾害防治生态耐久提升与自维护机制;(3)构建碎裂地质体疏排止水、陡立坡面抗冻融、大型松散堆积体渣土熟化-大气集水补灌等多类型复杂场景生态修复模式,研发低碳注浆、矿物-微生物渣土熟化成壤、高分子聚合物冻融促强、干旱区大气集水等高原寒旱山区生态修复新材料,构建近自然植生层重构生态修复技术,研制配套智能化、一体化装备;(4)建立“方案组合-设计优化-生物适配-耐久提升”有机配置技术,提升生态修复自适应维护能力。研究以期为青藏高原重大工程建设生态地质环境影响的总体认识,以及未来生态修复工程方案制定、技术配置、建设工程布局和生态修复耐久性评估、长期监测相关研究提供科学参考和技术支撑。

微量掺杂Mn改性Ni/ZSM-5用于等离子催化甲烷部分重整制氢

使用微量的Mn元素对浸渍法制备的Ni/ZSM-5催化剂进行了掺杂改性,并将其应用于低温等离子体催化甲烷重整制氢的反应中。研究结果表明,掺杂后的双金属催化剂可以有效提升甲烷转化率。同时利用XRD、EDS和H_(2)-TPR等技术手段对催化剂进行了表征,表征结果表明,催化剂改性后金属分散度得到改善、氧化还原能力提升。活性评价证实了改性催化剂在介质阻挡放电等离子中的制氢活性得到增强。

基于权参数优化的并行深度学习光伏功率预测

针对不同应用场景下光伏数据波动模式差异较大时,现有的光伏发电功率预测模型存在精度及适应性不足的问题,提出了一种具有权参数自适应性的并行深度学习光伏发电功率预测框架。该框架包含2种可以并行预测的深度学习算法单元(Attention-Seq2Seq单元、Transformer单元)以及一个权参数自适应优化单元。基于所提出的并行深度学习框架,对光伏发电功率进行预测,并分别与Attention-Seq2Seq、Transformer模型的预测结果进行了对比验证。结果表明:基于权参数优化的并行深度学习光伏功率预测框架弥补了不同数据波动模式下单一算法预测精度和适应性不足的问题,也可以有效解决时间序列预测中的长距离依赖问题,较单一算法预测精度更高,其平均绝对误差和均方根误差在夏季典型日最大降幅分别是41.18%和45.59%,在冬季典型日最大降幅分别是81.13%和82.86%。

基于人工神经网络模型的碳排放预测研究进展

碳排放是一个受多因素交互作用的动态过程,准确预测碳排放量有利于碳减排措施的制定。由于碳排放本身模型具有动态变化性、非线性、社会性等特点,传统预测方法不能满足实际情况的需要。人工神经网络模型能够较好地描述碳排放时间系列数据的非线性特性,被广泛应用于预测国家、区域、行业等层面的碳排放量变化。其中,误差反向传播(Back Propagation,BP)神经网络模型和长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络模型备受关注。在模型预测过程中,通过识别目标模型的碳排放影响因素类型、提高输入层数据的准确性、构建适宜的线性—非线性耦合的组合模型等途径,进一步提高模型预测的准确性。研究结果对人工神经网络模型在碳排放预测中的应用情况进行梳理,为碳排放预测技术的进一步发展提供参考。

CO_(2)捕集过程中气液传质强化研究进展

CO_(2)捕集是实现碳中和的托底性技术。化学吸收法是最具商业化潜力的技术之一,而吸收过程中气液传质强化是影响CO_(2)捕集效率、能耗和成本的重要因素。针对新的气液传质强化模式,从微流体强化、引入额外能量场、引入第二相介质和微界面振荡技术全面总结和回顾了近年来的强化CO_(2)吸收手段和研究现状,重点关注微界面振荡技术的原理和研究方法,考察了不同强化手段的优劣势,为推动碳捕集过程中气液传质强化发展提供参考。

玉米秸秆浓硫酸糖化工艺优化及酸糖分离树脂评价

可发酵糖生产是制约从木质纤维素生物质经济性生产燃料乙醇的瓶颈环节.基于浓硫酸糖化生产可发酵糖具有高糖回收率和无需纤维素酶投入的优点,本研究探究了玉米秸秆浓酸糖化工艺的优化条件并评价市售树脂分离酸糖的潜力.本文采用浓硫酸溶化-水解两步工艺,考察了关键操作参数酸料比(A/F)、水解温度以及秸秆含水率对糖化效率的影响,获得优化条件(A/F比1.25、水解温度80℃、含水率5%~10%),总糖浓度达到180.4~183.16 g/L,总糖回收率达到79.06%~81.83%;乙酸和色度物质是糖化过程中形成的主要副产物,常见发酵抑制物糠醛和羟甲基糠醛低于抑制发酵临界浓度.糖化液中色度物质可被活性炭吸附有效脱除,脱色糖化液利用筛选的国产市售强基阴离子交换树脂Monojet S4850进行酸糖分离,糖和硫酸之间的分离度约0.59,显示其较好地分离糖化液中的硫酸和糖的潜力.研究结果将为开发面向工业应用的浓硫酸糖化工艺生产可发酵糖提供数据和技术支撑.

轻质多孔结构制备及响应面优化

多孔结构作为新型建筑材料结构,目前依然存在制备材料最佳配比不准确、结构材料与植物相容性差等问题影响其应用。为确定制备多孔结构最佳材料配比,提高其力学强度的同时具有良好植生空间,文章采用轻质多孔火山石作为粗骨料,水泥、粉煤灰、拌合水搅拌而成的胶凝浆体作为胶结剂,制作轻质多孔材料,开展相关的多孔结构制备试验并探究其不同单因素水平下的物理力学性能,得到合理的配合比范围,并采用响应面进行优化,得到满足一定抗压强度、具有良好植生空间及透水性能的最佳材料配合比。结果如下:(1)抗压强度随着水灰比增大呈现先增大后减小的变化趋势,最佳水灰比约0.35,骨料粒径越小,多孔结构抗压强度越高,但为了满足多孔性和透水性,选取2 cm左右的骨料较为适宜;(2)胶凝浆体中胶凝材料由质量占比75%的水泥与25%的粉煤灰组成,并含有0.1%的减水剂,应控制浆体含量为15%~25%,且不应超过30%;(3)根据响应面优化分析,制备多孔结构最优化配合比为:骨料粒径约2 cm,水灰比0.377,胶凝材料体积含量20.7%,在该配比下孔隙率、有效孔隙率和透水系数分别为:38.3%、33.5%、2.98 cm/s。最佳配比下的多孔结构既满足其力学要求,同时具有良好的植物相容性,研究成果可为多孔结构的制备与应用提供科学依据。

致密油藏注CO_(2)防窜体系研究进展

致密油藏注CO_(2)不仅可以实现增压、混溶、降黏等目的,也是CO_(2)就地埋存和高效利用的重要途径。受CO_(2)与原油流度差异,特别是储层非均质性的影响,致密油藏注CO_(2)极易沿优势通道(裂缝)窜逸,因此,CO_(2)防窜是实现CO_(2)埋存和高效排驱的关键。通过对致密油注CO_(2)防窜体系的国内外研究动态进行综述,对比评述了凝胶、聚合物、泡沫、表面活性剂的防窜机理,重点概述了CO_(2)响应性表面活性剂的类型、CO_(2)响应特征及智能暂堵机制,在此基础上对致密油注CO_(2)防窜体系的应用前景进行了展望。依据现阶段CO_(2)响应性表面活性剂在CO_(2)防窜体系的应用,提出了CO_(2)响应性表面活性剂在CO_(2)防窜体系的重点研究方向:①设计和研发具备超临界CO_(2)可溶性,开关乳液、囊泡、凝胶、“蠕虫状”胶束自组装及原油触发解组装3方面特点的CO_(2)响应性表面活性剂;②CO_(2)响应性表面活性剂在致密储层的渗流规律、对裂缝的封堵机制、原油触发的解堵机理等系列科学问题亟需系统性探讨和深入研究。

火电机组碳排放量及碳敏感性通用矩阵模型

为实现火电机组碳排放量的简便准确计量及掌握运行因素对机组碳排放强度的影响,在排放因子法技术上,参考传统q-γ-τ矩阵结构形式,根据求解火电机组碳排放量的需要,并掌握运行参数对发电碳排放强度的影响,建立了火电机组碳排放量及碳敏感性通用矩阵模型,确定了矩阵填写规则。采用热平衡法结合物料衡算法验证了模型的准确性,并与排放因子法核算结果对比;核算了某火电机组24 h的碳排放量,分析了排烟氧量、主蒸汽温度和压力波动时的发电碳排放强度的扰动量ΔM CO_(2)。结果表明:相较于排放因子法,本文所提模型缩短了碳排放量核算的时间跨度,且能提高碳排放量核算的精度;该机组24 h的碳排放量为5780.644 t;当排烟氧量降低0.1%时,ΔM CO_(2)为1.7726 g/(kW·h);当主蒸汽温度升高0.5 K时,ΔM CO_(2)为3.0206 g/(kW·h);当主蒸汽压力增加0.2 MPa时,ΔM CO_(2)为0.3788 g/(kW·h)。

稠油油藏SAGD开发后腔体储氢潜力数值模拟

氢气作为一种清洁能源有望替代化石燃料成为主要能源载体,地下储氢是实现氢气大容量长期存储的有效途径,是近年来新兴研究领域。为此,在目前盐穴、枯竭油气藏及含水层3种传统地下储氢地质体外,探索了一种新的储氢方法,即利用稠油油藏蒸汽辅助重力泄油(SAGD)后形成的腔体进行储氢。首先对比了稠油油藏SAGD开发后储层储氢与常规地层储氢的优缺点,进而采用数值模拟方法对其建立地下储氢库的可能性进行论证,最后明确了不同注采方案的氢气储量及回收率,揭示了储层注采氢气阶段氢气与地层原有气体的流动特征。研究结果表明:①相较于常规枯竭油气藏储氢库,利用稠油油藏SAGD开发后的枯竭腔储氢具有储气量大、氢—油过渡带导致的氢损更低、无需注入或仅需注入少量的垫气、可降低氢脆风险、可提前监测闭圈盖层稳定性及气体密封性等优点;②典型单井组SAGD开发后的枯竭腔可储存约490 t氢气,回收率约为90%,且随着注采周期增多,采出的氢气纯度越高,第4个采氢周期后氢气采出纯度高达99%;③氢气存储方式的差异会导致甲烷在枯竭腔中的聚集位置发生变化,长期存储方式在氢气注入结束后,甲烷主要聚集在枯竭腔的底部,而短期存储方式下甲烷只会被氢气挤压到枯竭腔顶部的左右两侧,导致产氢过程中甲烷的产出规律不同。结论认为,利用稠油油藏SAGD开发后的储层进行高纯氢气的储存在储氢量、氢气回采纯度和建库成本方面都具有显著优势,是一种解决大规模储氢的高经济效益储氢技术,该研究成果能够为中国地下储氢技术的选址和建设运行提供指导和参考。

金属氧化物电催化硝酸盐还原合成氨研究进展

氨不仅是合成化肥的主要原料之一,而且是一种高能量密度的新型燃料。近年来,电催化硝酸盐还原合成氨作为一种绿色可持续的合成途径,具有能源利用率高、碳排放量低等特点,因此受到了广泛关注,有望替代高能耗和高碳排放的Haber-Bosch法来高效合成氨。然而,目前该技术的反应效率、产物选择性以及催化材料稳定性都难以满足应用需求,迫切需要寻找高效的催化材料,从而促进电催化硝酸盐还原合成氨技术的进一步发展。近年来,金属氧化物催化材料在电催化硝酸盐还原合成氨领域展现出良好的催化性能。基于此,本文综述了金属氧化物电催化硝酸盐还原合成氨的研究进展,重点概述了电催化硝酸盐还原合成氨的反应机理,系统介绍了用于电催化硝酸盐还原合成氨的Cu基、Fe基和Ti基等典型催化材料,以及通过形貌调控、表面重构、氧空位构造、元素掺杂和金属助催化材料负载等策略提高催化反应效率、产物选择性及催化材料稳定性的最新研究进展。最后,展望了电催化硝酸盐还原合成氨领域面临的挑战及未来的研究方向。

高级氧化-PRB修复填埋场复合污染地下水的可行性

以杭州市某生活垃圾填埋场一期地下水中复合污染的COD,NH_(4)^(+),Mn^(2+)为对象,联用了非均相Fenton氧化和渗透性反应墙(PRB),设计了活性炭(AC),生物炭(BC),BC+Fe_(3)O_(4)3种不同的氧化反应催化剂组合并将其兼做PRB氧化层活性填料,下游串联沸石吸附层.批试验和柱试验结果显示,H_(2)O_(2)可直接预氧化47%的COD.氧化层中COD在催化氧化和吸附共同作用下被削减;Mn^(2+)受多孔碳材料灰分释放影响先沉淀后溶解,然后被吸附;AC和BC表面的官能团-OH和-COOH参与了反应.吸附层中NH_(4)^(+)和Mn^(2+)与沸石离子交换引起了沸石骨架结构变化,且沸石表面的官能团-NH和-OH也参与了兜底吸附.BC+Fe_(3)O_(4)氧化层与沸石吸附层长度比为1:3的串联组合对三种污染物的去除率均较高,且PRB失效时间(即污染物出流浓度达到入流的10%且超过限值的时间)最迟,填料失效时的有效利用率最高,是最优工艺.

高水头大流量拱坝水垫塘水动力特性数值模拟

高拱坝泄洪过程具有高水头、大流量以及高流速等特点,对水垫塘结构安全提出了更高要求。为分析高拱坝泄洪对水垫塘地板的影响,采用标准k-ε紊流模型并借助几何重构格式的VOF法追踪水垫塘内自由水面,模拟结果与实测结果相吻合。结合水垫塘底板压力分布与湍流粘度模拟结果,分析了高拱坝泄洪消能过程中水垫塘底板的水力特性以及其对磨蚀损伤的潜在影响。

基于水体重力影响的底水气藏见水时间预测

底水气藏产水情况复杂,气井见水时间对底水气藏开发具有重大意义,以往对底水气藏见水时间的预测均未考虑水体重力的影响,导致对见水时间的预测不够准确。为进一步提高底水气藏见水时间预测的精度,基于渗流力学理论及流体在多孔介质中的流动规律,建立了考虑水体重力影响的底水气藏见水时间预测公式,运用单因素分析法研究了水体流度、水体密度、储层孔隙度、井底距底水距离及生产压差对见水时间的影响。研究表明:底水气藏见水时间与储层孔隙度、井底距底水距离呈正相关关系,与水体流度、水体密度及生产压差呈负相关关系。由于该方法引入水体密度来分析水体重力对气藏见水时间的影响,与忽略了水体重力影响的气藏见水时间预测方法相比,预测时间更符合气藏实际情况,对现场生产管理具有重要的指导意义。

气体扩散电极电合成过氧化氢技术研究进展

过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种高效的氧化剂,被广泛应用于化学合成、消毒杀菌和废水处理.通过二电子氧还原反应(2e^(-)ORR)原位电合成H_(2)O_(2)的方法具有高性能和环保性,可作为传统蒽醌工艺的替代策略.气体扩散电极(GDEs)可作为阴极,通过电催化生产H_(2)O_(2),具有更低的成本、更低的能耗和更高的氧气利用效率等优点.探讨GDEs作为阴极时通过2e^(-)ORR产H_(2)O_(2)的机制;讨论GDEs的基本构型、原理及优化方法;分析GDEs催化剂的种类及优势;展望了GDEs作为阴极原位制备H_(2)O_(2)时存在的挑战,为推动2e^(-)ORR原位电合成H_(2)O_(2)迈向市场化提供借鉴.

矿物溶解作用下颗粒粗糙度对多孔岩石渗透率和电导率的影响

矿物溶解过程广泛地存在于地下储层中.溶解作用的发生会在岩石内部产生新的流动通道,使地下储层的孔隙度发生变化,从而影响多孔岩石的物性参数,例如渗透率和电导率.为了定量研究多孔介质的颗粒粗糙度、渗透率和电导率在溶解作用下的关系,本研究采用线性布尔模型和四参数随机生成法(QSGS)对不同颗粒粗糙度的多孔介质进行建模.之后,采用双分布格子Boltzmann方法模拟岩石孔隙的溶解和渗透率演化过程.常见的溶解模式有均匀溶解、面溶解和虫洞溶解,主要受Péclet数(Pe)和Damkohler数(Da)这两个无量纲数控制.通过改变Pe数和Da数,我们相应地重现了不同的溶解模式.为了对岩石电导率进行数值计算,我们采用基于最小自由能的有限元法获得多孔介质的电场,然后根据欧姆定律计算岩石的有效电导率.研究结果表明,对于具有相同晶粒粗糙度的多孔介质,在不同溶解模式下,渗透率和电导率产生不同的变化规律.虫洞溶解模式下,渗透率和电导率变化最大;而面溶解模式下,变化最小.在相同的Pe和Da下,粗糙颗粒模型的渗透率和电导率变化显著高于光滑颗粒模型.