注CO_(2)井管柱腐蚀速率预测

利用CO_(2)驱油提高低渗、高含水油田原油采收率已经发展成为双碳背景下应对气候变化的重要技术。但是注CO_(2)井管柱频繁发生腐蚀失效的问题,研究管柱在CO_(2)环境下的腐蚀机理,预测管柱腐蚀速率是腐蚀防护是保障安全生产的重要途经。为此本文开展了注CO_(2)井管柱腐蚀的电化学分析,考虑了压力、温度、pH值、含水率、离子浓度等因素在管柱腐蚀失效中关联关系,优化了CO_(2)腐蚀环境下P110油管的腐蚀速率预测模型,对实例井油管柱腐蚀速率完成预测,并对比油田现场实测值。结果表明:在注CO_(2)过程中,1500m以上井段腐蚀程度较小,腐蚀主要发生在1300~1700m井段,温度为70℃左右腐蚀做严重,腐蚀速率可达0.3mm/a。腐蚀速率受含水率、井筒温度影响较大,腐蚀情况预测结果与现场实测腐蚀情况吻合较好。

不同CO_(2)浓度和氮肥水平对稻田呼吸速率的影响

为研究不同CO_(2)浓度和氮肥水平对稻田呼吸速率的影响,利用12个开顶式气室开展田间试验,CO_(2)浓度设置对照(CK,自由大气CO_(2)浓度)、CO_(2)浓度比CK增加120μmol·mol-1(C1)和200μmol·mol-1(C2)3个水平,氮肥设置低氮(N1,15 g·m^(-2))和常规氮肥(N2,25 g·m^(-2))2个水平,试验共6种处理。结果表明:在相同施氮水平下,在灌浆期和蜡熟期,C1N1比CKN1处理的呼吸速率分别下降了23.4%(P=0.045)和49.1%(P=0.010);在抽穗期和灌浆期,C2N2比CKN2处理的呼吸速率分别升高了12.3%(P=0.009)和16.8%(P=0.047)。同一CO_(2)浓度下,不同施氮水平处理的呼吸速率表现为N2>N1,且在拔节期和抽穗期达到显著水平,在灌浆期达到极显著水平;其中在灌浆期和蜡熟期,C1N1比C1N2处理的呼吸速率分别下降了31.1%(P=0.004)和42.7%(P=0.010)。研究表明,大气CO_(2)浓度升高对稻田呼吸速率的影响因生育时期而异,氮肥减施可以降低稻田呼吸速率及CO_(2)累积释放量。

菌藻共生系统污水处理及CO_(2)固定作用机制的研究进展

目前水生态环境污染严重,现有水处理工艺存在能耗高、温室气体排放等问题。菌藻共生技术是一种能同步处理污水和固定CO_(2)的绿色处理技术。文章综述了菌藻共生体系提高减污固碳效率的作用效能及作用机制,详细阐述了菌藻共生体系降解氮磷污染物及固定CO_(2)的作用机理:微藻通过同化作用实现对氮磷的吸收,并通过光合自养、异养、兼养3种固碳过程实现CO_(2)的固定;细菌通过硝化作用和反硝化作用脱氮,利用聚磷菌强化除磷,通过促进碳酸酐酶的产生来提高藻细胞的固碳效率。总结了菌藻共生体系实际应用中的现存问题,并对未来的研究方向进行了展望,为今后菌藻共生体系的进一步应用提供了理论支持。

熔盐改性氧化镁吸附剂制备及固定床低浓度CO_(2)吸附捕集

针对吸附法捕集烟道气CO_(2)成本和能耗较高问题,研究采用六水氯化镁和碳酸氢钠通过沉淀法制备碱式碳酸镁并煅烧制得氧化镁粉体,再通过硝酸钠和碳酸钠浸渍改性并成型为(Na NO_(3))_(0.1)-Mg O和(Na NO_(3))_(0.1)(Na_(2)CO_(3))_(0.05)-Mg O颗粒状吸附剂。采用X射线衍射等表征手段对两种吸附剂颗粒微观结构进行分析,并结合热重实验评估了CO_(2)吸附/解吸动力学和循环稳定性。进行了硝酸钠/碳酸钠改性氧化镁吸附剂颗粒填充床低浓度CO_(2)气体的吸附解吸实验研究,分析了氧化镁表面负载的硝酸盐和碳酸盐对低浓度CO_(2)条件下捕集的强化作用。结果表明,在300℃左右,硝酸钠能够在氧化镁表面形成熔盐层,显著强化了CO_(2)吸附性能;硝酸钠熔盐层内存在CO_(2)扩散阻力,需要一定的CO_(2)分压作为通过熔盐层所需的传质推动力,进而降低了低浓度CO_(2)吸附量;碳酸钠的添加可降低CO_(2)通过熔盐层所需的传质推动力,提高低浓度CO_(2)吸附量。

富氮碳鞘内阶梯层状Mo_(2)C异质结用于高效CO_(2)化学固定

在多相催化体系中,开发具有高催化活性的多相催化剂是实现小分子绿色转化的核心.过渡金属碳化物,特别是碳化钼(Mo_(2)C),因其活性与贵金属相当且成本低廉,在小分子转化方面具有应用潜力.二维(2D)过渡金属碳化物因其平面结构两侧具有可暴露的活性位点,在小分子转化和能量储存方面受到越来越多的关注.然而,在催化剂或电极材料的批量制备过程中,二维层的堆积会导致表面活性位点损失,严重影响其性能.此外,层状材料的堆积还可能阻碍有机分子的有效传递,形成传质屏障,进一步影响催化过程.特别是,二维过渡金属碳化物表面的氧化会导致活性位点的大量损失,这已成为当前亟待解决的关键问题.因此,开发一种能确保层状Mo_(2)C材料的机械和化学稳定性的有效合成方法,对于推动其实际应用至关重要.本文利用可控氧扩散蚀刻法合成了一种富氮碳鞘包覆的“阶梯状”2D-Mo_(2)C异质结材料(2D-Mo_(2)C@NC).该材料因具有独特的阶梯层状结构和整流界面,可以显著促进CO_(2)与邻苯二胺的羰基化反应,并对CO_(2)与多种二胺衍生物的羰基化反应均表现出较好的催化活性.通过密度泛函理论计算和紫外光电子能谱分析发现,Mo_(2)C与NC壳层的接触界面形成了整流接触,导致电子从NC壳层流向Mo_(2)C,进而形成富电子的层状Mo_(2)C.随着NC壳层氮含量的增加,Mo_(2)C的电子富集程度逐渐增加.进一步的理论计算和CO_(2)程序升温脱附实验表明,CO_(2)吸附依赖于2D-Mo_(2)C的电子富集程度,并随2D-Mo_(2)C的电子富集程度增加而增强.这种电子富集特性使得2D-Mo_(2)C表面能够活化CO_(2)分子,形成高度扭曲的预吸附结构(键角为118.8°),有利于后续与二胺的羰基化反应.邻苯二胺与CO_(2)羰基化反应的吉布斯自由能计算结果表明,电子的富集程度对反应决速步的能垒影响较小.因此,推测CO_(2)分子在富电子Mo_(2)C表面的预吸附增强是促进CO_(2)羰基化反应的直接因素.实验结果也表明,2D-Mo_(2)C@NC催化剂催化邻苯二胺与CO_(2)羰基化反应的催化活性随2D-Mo_(2)C的电子密度增强而提高.优化后的阶梯状异质结2D-Mo_(2)C@NC样品的CO_(2)吸附量高于核壳状异质结Mo_(2)C@NC样品,且催化性能和CO_(2)吸附量存在明显的正相关关系,证实了阶梯状异质结结构所暴露出的更多富电子Mo_(2)C活性位点可以促进CO_(2)的预吸附及随后的活化过程.此外,X射线光电子能谱结果表明,富电子的2D-Mo_(2)C表现出优于Mo_(2)C的化学稳定性,不易被氧化.在优化条件下制得的2D-Mo_(2)C@NC催化剂表现出了最佳催化性能,在较低的反应温度下,其催化邻苯二胺与CO_(2)羰基化反应生成2-苯并咪唑啉酮的TOF值为6.1‒10.2 h^(‒1),比文献报道的最佳结果高4.2倍.综上,本文成功地开发了一种有效的可控氧扩散蚀刻策略,合成出具有高机械和化学稳定性的“阶梯状”2D-Mo_(2)C异质结材料,并用于高效催化CO_(2)和邻苯二胺羰基化生成2-苯并咪唑啉酮.该可控氧扩散蚀刻方法可以扩展到其他二维碳化物的制备,并进一步扩展其在光催化和电催化系统中的应用,为二维异质结材料的合成和应用提供了参考和新思路.

非光合自养微生物固定CO_(2)的影响因素及增效策略

微生物固定CO_(2)是一种极富前景的碳捕获和利用途径,对实现全球生态系统碳中和至关重要.非光合自养微生物由于其环境适应性强、固碳途径的多样性,以及会产生高附加值产物而备受关注.基于非光合自养微生物固定CO_(2)的研究进展,系统分析影响非光合自养微生物固碳效率的内部和外部因素,包括有固定CO_(2)途径、固碳关键酶、碳源、电子供体、代谢产物等,并列出多种增效策略.除了直接对应影响因素的增效方法外,还涉及微生物间的协同作用及代谢促进剂(生物炭与微纳米气泡)的使用.本工作有助于为深入理解和进一步增效非光合自养菌固定CO_(2)提供理论基础和技术支撑.

物化吸收混合体系强化小球藻固定CO_(2)研究

为强化小球藻固定转化CO_(2),本文选择3种化学吸收剂:聚乙二醇(PEG 200)、单乙醇胺(MEA)、碳酸钾(K_(2)CO_(3)),并与纳米纤维膜(NFMs)耦合,考察(PEG/K_(2)CO_(3)、PEG/MEA、MEA/K_(2)CO_(3))化学体系、(NFMs/PEG)物-化吸收混合体系中小球藻的生长与固碳情况。实验结果表明:NFMs/PEG物-化混合吸收体系可提高小球藻对CO_(2)的吸收利用,小球藻最大生物量产率为0.357 g/(L·d),最大CO_(2)固定率达0.612 g/(L·d),CO_(2)利用效率为52.3%;三种化学混合吸收体系中,PEG/K_(2)CO_(3)体系的小球藻生长最好,培养3天的生物量产率最大为0.320 g/(L·d),CO_(2)固定率为0.590 g/(L·d),显著高于PEG/MEA组和MEA/K_(2)CO_(3)组。

CO_(2)混相驱注气速率对重力超覆的影响规律

CO_(2)驱可以改善低渗透油藏的开发效果,并通过置换油气等方式实现CO_(2)地质埋存,但由于油气密度差的存在,会形成CO_(2)重力超覆而影响驱油效果。为明确油层厚度较大的低渗油藏中CO_(2)混相驱条件下注气速率对重力超覆程度的影响规律,分别采用室内物理模拟实验和数值模拟等方法进行研究,并通过建立的数值模型和超覆程度表征方法,系统评价注气速率的影响规律,从而对注入量等参数进行优化。结果表明,混相驱条件下仍存在一定程度的重力分异,且随注气速率的增加,重力超覆程度减弱,混相驱采收率提高,但相比非混相条件,超覆程度较低,通过注气速率优化减弱其影响的效果更为明显。针对给定模型的模拟计算结果表明,当注入量大于10 t/d后超覆程度影响减弱,因此,为保证厚油层CO_(2)混相驱油效果,在不发生气窜的前提下应适当采用较大的注气速率以减弱重力超覆的影响。研究结果对于CO_(2)驱油现场试验方案设计和注气参数优化具有一定的指导意义。

经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除辅助微型钛板内固定对早期声门型喉癌术后喉功能的影响

目的 探讨经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除辅助微型钛板内固定对早期声门型喉癌术后喉功能的影响。方法选取2019年2月至2021年2月南通市第一人民医院收治的81例早期声门型喉癌患者资料进行回顾性分析。根据手术方式分为激光切除组(43例)和内固定组(38例)。其中激光切除组行经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除,内固定组行经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除辅助微型钛板内固定术。统计2组患者的围手术期情况、发音功能、吞咽功能、拔管率以及术后并发症的发生情况。结果 内固定组声门型喉癌患者的手术时间长于激光切除组(P<0.05),术中出血量与住院时间比较差异无统计学意义(P>0.05),内固定组患者术后20 d的拔管率高于激光切除组(P<0.05),拔管天数短于激光切除组(P<0.05),2组患者的术后并发症发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。内固定组声门型喉癌患者的发音功能优良率高于激光切除组(P<0.05),吞咽功能与激光切除组比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论 经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除辅助微型钛板内固定有助于促进早期声门型喉癌患者术后喉功能恢复,喉腔生理形态基本保留,术后并发症发生率与单纯进行经口CO_(2)激光甲状软骨窗式切除术患者比较无差异。

枯竭型酸性气藏封存CO_(2)过程中的油管腐蚀行为及选材

为了研究不同材质油管钢在枯竭型酸性油气藏CO_(2)封存工况下的腐蚀行为,优选出适用性好的钢材,采用高温高压釜模拟CO_(2)封存工况,在不同CO_(2)分压(5、8、11 MPa)条件下,对N80钢、L80-13Cr钢和BG2532钢进行腐蚀失重测试,从腐蚀速率、腐蚀产物微观形貌和局部腐蚀深度进行研究,并对油管进行腐蚀寿命预测。结果表明:在模拟工况下N80钢、L80-13Cr钢和BG2532钢的腐蚀速率都随着CO_(2)分压的升高而增大,N80钢腐蚀速率为0.0674~0.0979 mm/a,L80-13Cr钢腐蚀速率为0.0227~0.0277 mm/a,BG2532钢腐蚀速率为0.0013~0.0029 mm/a;3种钢材的腐蚀产物主要为立方体状的FeCO3和少量的FeS,且随分压的升高,腐蚀产物逐渐增多并出现融合现象;N80钢主要表现为均匀腐蚀,而L80-13Cr钢出现点蚀,穿孔年限为5 a左右;N80钢的剩余抗拉强度和抗拉安全系数随服役年限的增长而降低,安全服役年限为27 a。研究成果为枯竭型酸性油气藏CO_(2)封存井油管选材提供依据。

驱动力对煤介质中CO_(2)水合物生长动力学的影响

为探究不同驱动力对煤介质中CO_(2)动力学的影响,开展了3种驱动力条件下煤介质中CO_(2)水合物生长动力学实验,获取了CO_(2)水合物生成过程中动力学参数。结果表明:相同粒径体系生成水合物的过程中,3 MPa驱动力的CO_(2)气体消耗量约为2.5 MPa、2 MPa驱动力CO_(2)气体消耗量的1.14、1.34倍;不同粒径体系驱动力增加,体系内气体分子运动加快,气体分子与液面水分子碰撞的次数也会随之增高,CO_(2)水合物结晶成核的机会也随之增加,CO_(2)水合物气体消耗量、生长速率随之加快。在0.150~0.850 mm粒径范围内随着煤介质粒径增大,CO_(2)水合物生长速率逐渐提高;利用线性拟合获取了CO_(2)水合物平均生长速率与驱动力关系式,为预测CO_(2)水合物的平均生长速率提供参考。

关井阶段CO_(2)作储气库垫层气的动态影响规律

目的为应对地下储气库中的垫层气损失,采用经济气体CO_(2)作为垫层气,目前,CO_(2)作垫层气在实际应用中存在各种条件限制,且对其在关井阶段的应用研究较少,有必要对在关井阶段CO_(2)作垫层气对天然气储气库的运行影响因素进行研究。方法利用有限元模拟CO_(2)作储气库垫层气时,研究关井阶段储气库动态参数(注气压力、注气速率和CO_(2)垫层气比例)对混气带的影响规律。结果注气压力对混气带的影响不大,将其控制在12 MPa左右最为合理,此时混气带占储气面积的比例为23.7315%;混气带面积占比随注气速率的增大而减小,但是在注气口附近会出现混合区域,导致回采天然气时出现大量的混合气体,所以注气速率控制在0.7×10^(8) m^(3)/d时最为合理,这时混气带面积占比为18.3246%;CO_(2)作垫层气的比例对天然气-CO_(2)之间的混合影响明显,当CO_(2)垫层气比例为20%时,混气带面积占比为7.2365%。结论根据实验结果设计针对混气带的控制措施,当注气压力控制为12 MPa时,注气速率为0.7×10^(8) m^(3)/d,当CO_(2)垫层气比例为20%时,能让储气库的运作更为经济,实验结果可为实际储气库的建设提供参考。

基于神经遗忘决策集成的油管CO_(2)腐蚀速率预测

为避免CO_(2)腐蚀油管进而破坏井筒完整性,有效预测CO_(2)腐蚀速率,在出现安全隐患之前采取预防和纠正措施。提出1种基于半经验模型预测结果和多维特征构建的数据集训练的神经网络——神经遗忘决策集成(NODE)预测方法,预测某实例井的油管CO_(2)腐蚀速率,并与实测数据和传统模型进行比较,开展敏感因素分析和特征重要性排序。研究结果表明:该方法训练的神经网络预测结果误差较小,可为高效、快速地进行油管CO_(2)腐蚀速率预测和因素分析提供新思路,对井筒完整性设计有一定参考意义。

基于机器学习算法的CO_(2)腐蚀速率预测

针对传统CO_(2)腐蚀速率预测模型结构简单,泛化性弱,油田应用效果不佳的问题,本文基于机器学习的思想,采用数据挖掘的手段,研究Na^(+)、Cl^(-)、pH值、温度、材质等参数对井筒腐蚀的影响,利用相关系数矩阵确定各因素之间的独立性及对井筒腐蚀速率的影响程度,分别建立了线性回归、支持向量机(SVM)、极端梯度提升(XGboost)算法的CO_(2)腐蚀速率预测模型。以决定系数、平均绝对误差和均方根误差为评价指标,对比分析了不同腐蚀速率预测模型。结果表明,XGboost腐蚀速率预测模型效果最好,线性回归腐蚀速率模型预测效果优于SVM的4种核函数腐蚀速率预测模型。研究结果揭示了基于机器学习的腐蚀速率预测模型有很好的稳定性和泛化能力,预测效果较好,为油田量化CO_(2)腐蚀速率提供了新的方法,在现场中具有一定的推广应用价值。

有刺枸骨和无刺枸骨在不同CO_(2)浓度下的光合能力分析

为研究有刺枸骨和无刺枸骨对不同二氧化碳(CO_(2))浓度的响应能力,本研究以有刺枸骨和无刺枸骨为材料,研究其净光合速率、胞间CO_(2)浓度、气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO_(2)浓度变化的情况。结果表明,在相同的CO_(2)浓度下,无刺枸骨的净光合速率始终比有刺枸骨的大,即无刺枸骨的光合能力强于有刺枸骨。无刺枸骨和有刺枸骨的气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO_(2)浓度升高而降低,说明无刺枸骨的净光合速率较高并不主要由气孔因素的差异引起。随着CO_(2)浓度的升高,胞间CO_(2)浓度与净光合速率呈现正相关,并且无刺枸骨的CO_(2)饱和点较有刺枸骨高,而CO_(2)补偿点较有刺枸骨低,说明无刺枸骨的CO_(2)同化能力强于有刺枸骨。因而,无刺枸骨高净光合速率可能是因为CO_(2)同化能力高。

L360M钢在饱和CO_(2)环境中的腐蚀行为及主控因素探究

为研究温度、Cl-浓度及流速对L360M管线钢在饱和CO_(2)环境中的腐蚀行为的影响,采用室内挂片失重试验设计正交实验方案,通过集热式磁力搅拌器进行动态模拟试验,并根据正交实验结果选取主控因素进行单因素实验并开展电化学实验。结果表明:各因素对L360M管线钢在饱和CO_(2)环境中的腐蚀速率的影响按大小排序如下:温度>Cl-浓度>流速。随着温度的升高,腐蚀速率先增大后减小。腐蚀产物膜对金属基体的保护作用与膜层的致密性、覆盖度、稳定性有关。

CO_(2)环加成的多相催化剂制备及其应用

CO_(2)环加成反应制备环状碳酸酯是CO_(2)利用的一种有效途径。制备了一种以氯球为载体、固载咪唑基离子液体的新型多相固体催化剂,催化合成碳酸丙烯酯。在固定床上评价,催化剂表现出良好的催化性能。通过考察温度、反应压力、液时空速、原料比对反应的影响,总结出催化反应的最佳条件为130℃、2 MPa、0.6~0.8 h^(-1)、CO_(2)和环氧丙烷进料物质的量比为2.5∶1。在上述条件下,反应转化率大于95%,选择性大于98%。

CO_(2)驱油井环境下N80钢与3Cr13钢的电偶腐蚀行为

N80钢与3Cr13钢常作为油管和水力锚等的材料使用,在CO_(2)驱油井环境中不可避免偶接使用易产生电偶腐蚀。为此,通过开展CO_(2)环境下N80钢和3Cr13钢的腐蚀速率试验和电偶腐蚀试验,明确了CO_(2)含量、温度、压力和矿化度等因素作用下2种钢的电偶腐蚀规律。结果表明:CO_(2)驱油井中2种钢产生电偶腐蚀,3Cr13钢为阴极,且不受电偶腐蚀影响,N80钢为阳极,电偶腐蚀速率增大;且N80钢的电偶腐蚀速率随CO_(2)含量、温度、压力和矿化度的增大而增大;电偶腐蚀敏感因子随CO_(2)含量和压力增大而减小,当CO_(2)含量达到20.0%时电偶腐蚀敏感因子为负值,随温度升高先减小后增大,随矿化度增加而增大,电偶腐蚀速率最大可高于常规腐蚀69%。

碳钢在CO_(2)与Cl^(-)介质交互作用下腐蚀行为研究

主要研究了20号碳钢管线材料在包含CO_(2)和不同Cl^(-)浓度的溶液体系中的腐蚀行为。通过采用电化学、化学浸泡法以及一系列表征技术,从多角度分析了Cl^(-)与CO_(2)共同作用对管线材料腐蚀行为的影响。试验结果表明:在Cl^(-)溶液体系中,碳钢的腐蚀速率呈现出相对较低的数值,且随着Cl^(-)浓度的增加,其腐蚀速率呈现先增大后趋于平缓的趋势;当Cl^(-)与CO_(2)两种介质共同作用时,将导致碳钢腐蚀速率显著增加。从电化学试验角度来看,阻抗与极化测试结果均与浸泡测试得到的腐蚀速率的结果相一致,阻抗和极化测试结果表明Cl^(-)与CO_(2)两者共同作用可以使得碳钢容抗弧半径显著减小,并伴随着腐蚀电流密度的显著增加。

突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透后高效回采技术研究

天池煤矿15号煤层瓦斯含量高,难抽采,在回采割煤时,存在瓦斯超限隐患,且一个割煤循环需要6h以上,严重制约了工作面的回采速度。为提高开采效率,利用CO_(2)致裂煤岩的技术方法,提出了突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透高效回采技术。通过试验发现:CO_(2)致裂后,瓦斯涌出量平均减少了16.7%,并能实现密集钻孔条件下的瓦斯高效抽采,提高回采速度。割煤速度从致裂前2.11~2.91刀/d提高到3.38~4.59刀/d,平均提高了1.63倍。