CO_(2)注入量对超临界发泡聚丙烯材料结构及性能影响

采用超临界双阶连续挤出发泡设备,以超临界CO_(2)作为物理发泡剂,进行聚丙烯(PP)材料的发泡试验研究,明确CO_(2)注入量对聚丙烯的熔融结晶性能、泡孔结构和发泡倍率的影响。结果表明,随着注入CO_(2)流量增加,聚炳烯材料的熔点逐渐升高,结晶度逐渐升高;CO_(2)注入量为20 mL/min、15 mL/min时,泡孔分布较为均匀,CO_(2)注入量25 mL/min时,出现大量的坍塌的大气孔;CO_(2)注入量15 mL/min、20 mL/min、25 mL/min时,发泡倍率分别为4.6、6.1、5.3。因此,合适的CO_(2)注入量是影响聚丙烯挤出发泡过程控制的关键。

海洋直接注入CO_(2)封存技术方法综述

人类活动造成的CO_(2)排放是全球气候变暖面临的主要挑战之一。CO_(2)封存有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。海洋碳捕获、利用和封存(OCCUS)可以在较短时间内提供最大的碳封存能力,与其他地质封存方法相比更加安全有效。而且,多相态形式的CO_(2)(气态、液态、固态和水合物)可以在海洋纵深尺度上实现直接注入。海洋碳封存是一项发展潜力巨大、优势明显的新兴碳封存技术,是实现大规模碳减排的重要措施之一,具有广阔的应用前景。因此,笔者等系统地阐述了海洋CO_(2)直接注入、封存(OCS)的基本原理、技术现状、监测与评估,以及环境方面的影响,并对高效CO_(2)注入技术,CO_(2)泄漏的检测、防范与补救技术,以及海洋碳封存的生态后效等方面进行了展望。

CO_(2)驱不同注入方式对低渗透储层渗流能力的影响

CO_(2)驱是提高低渗透储层采收率有效的技术手段。CO_(2)与原油接触后使体系中的沥青质以固体形式沉积下来,对储层造成一定堵塞,但同时发生的溶蚀作用整体上提高了储层渗流能力,且不同注入方式下CO_(2)驱对低渗透储层渗流能力的影响具有一定差异。开展了CO_(2)连续注入及CO_(2)-水交替注入后有机垢堵塞机理实验、储层润湿性实验及CO_(2)-水溶液对岩石的溶蚀评价实验,并对相对渗透率曲线参数变化特征进行评价,定量表征了CO_(2)驱不同注入方式对低渗透储层渗流能力的影响程度。结果表明:CO_(2)驱产生的有机垢会对岩石孔喉造成堵塞,但整体上CO_(2)与绿泥石反应导致的溶蚀作用更强,使得低渗透储层采收率有效提高;且CO_(2)-水交替注入比CO_(2)连续注入引起的有机垢堵塞要弱,溶蚀作用效果更好,渗透率损失率更低,能够在中、大孔隙中取得更好的驱油效果,整体上更能增大岩石孔隙空间和渗流通道,使得低渗透储层采收率有效提高。

直接蒸发式CO_(2)人工冰场冰面温度影响因素

以直接蒸发式室内CO_(2)人工冰场为研究对象,通过建立室内冰场稳定温度场数学模型,分析了当蒸发温度为-13℃,采用12.7 mm大管径铜管供冷时,室内人工冰场场地的质流密度、排管间距、含油率等因素对冰面温度和冰面温差的影响。结果表明:润滑油含量增加会增大管内压降及冰面进出口处的温差,但由于研究的管径和质流密度相对较大,影响幅度较小;供冷排管的间距和质流密度是影响冰面温度分布的主要因素;随着排管间距和质流密度的增大,冰面温差增大。为保证冰面温差在0.5℃以内,推荐的质流密度应小于200 kg/(m^(2)·s),排管间距应小于90 mm。

热-流耦合与热-流-固耦合作用下的水气交替及间歇注入对咸水层CO_(2)溶解封存的影响

基于TOUGH+软件架构,结合更为准确的物理性质计算模型,建立了适用于咸水层CO_(2)封存的热-流耦合模拟方法,并使用固定应力分割迭代耦合模型将其与RGMS软件耦合,改进了热-流-固双向耦合模拟方法,建立了准确性更高的热-流-固迭代耦合模拟方法。基于鄂尔多斯盆地地质特征构建的地质模型,使用热-流与热-流-固迭代耦合方法模拟咸水层CO_(2)溶解封存过程,研究了水气交替及间歇注入方案对CO_(2)溶解量、孔隙压力和地层形变的影响。结果表明:热-流-固迭代耦合模拟能帮助设计更加合理的注入方案;仅用水气交替注入方式可提高CO_(2)溶解量;间歇注入有助于孔隙压力与地层形变恢复。研究结果可为咸水层CO_(2)溶解封存提供理论指导。

直接空气捕集CO_(2)技术及应用进展

为了有效缓解CO_(2)过度排放带来的环境问题,亟待实现直接空气捕集CO_(2)(DAC)。化学吸收法、物理吸附法和化学吸附法是常用的三种CO_(2)捕获方法。文章介绍了三种方法的机理、代表性吸收剂/吸附剂的制备方法及结构特点,进一步对比了各类方法在DAC过程应用的优缺点,最后对DAC吸收剂/吸附剂的发展方向进行了展望。

低渗透CO_(2)驱注入井注入困难原因分析与防治对策

CO_(2)的平稳注入是低渗透油藏CO_(2)驱扩大波及体积与提高采收率的保障,针对CO_(2)驱注入井、水、气交替过程中陆续出现的油管缩径、油管堵塞、近井油层堵塞等引起的注入困难问题,依托注水管线冲洗、连续油管冲洗返吐等方式,对储层、井筒、井口、管线等重要节点,开展了岩心、水质、固体沉积物、堵塞物取样分析,结果表明:由于注入水水质不合格,含油、机杂以及FeCO_(3)、FeS、CaCO_(3)等腐蚀结垢产物的二次污染是引起注入困难的主要原因。根据不同堵塞位置,优选设计了连续油管热洗+钻磨、连续油管旋转喷射+解堵液等解堵治理技术与措施,有效解除了井筒及近井地带堵塞现象。同时,针对欠注原因,优选了防腐药剂体系,配套了接力加药工艺与井口过滤器,形成了日常防控技术措施,保障了地面管线内防腐效果与入井流体合格,减少了管线、井筒、地层二次污染。通过防治技术相结合,保障了CO_(2)驱注入系统高效、平稳注入。

CO_(2)驱后水气交替注入驱替特征及剩余油启动机制

水气交替注入(WAG)是特低渗透油藏提高采收率的有效手段之一,但在CO_(2)连续气驱后实施WAG驱,仍然存在驱替特征模糊、剩余油启动机制不明确等问题。以海拉尔油田贝14区块为研究对象,借助Micro⁃CT研究WAG驱启动剩余油的微观作用机制,同时通过长岩心驱替实验研究CO_(2)驱后水气交替注入的驱替特征。Micro⁃CT实验结果表明:目标区块大孔隙的体积比例超过85%,在被CO_(2)全部动用后成为了气窜通道,采收率仅47.95%;CO_(2)驱后WAG驱不仅启动次级大孔隙中的剩余油,对中小孔隙的剩余油也有不同程度的动用。长岩心实验结果表明:在CO_(2)驱后开展WAG驱,水和气段塞需要交替注入一定量(0.40 PV左右)后采收率才能大幅度增加,气水比和段塞尺寸存在最优值,分别为1∶1和0.10 PV,该条件下WAG驱的采收率增幅主要由第3、4交替轮次所贡献,10轮次的水气交替注入可在CO_(2)驱的基础上提高采收率18.68百分点。研究成果可为特低渗透油藏CO_(2)驱后进一步提高采收率提供理论支撑。

3μm铜箔CO_(2)激光直接烧靶工艺研究

为满足印制电路板(PCB)线路等级需求,需要采用改进型半加成工艺(mSAP)并使用3μm及以下的附载体极薄铜箔。采用3μmmSAP工艺时,激光钻孔加工使用开窗流程。为保证对位精度,高精度曝光时抓取内层靶标来对位。利用CO_(2)激光加工的积热效应,验证了3μm铜箔CO_(2)激光直接烧靶的可行性,其中烧蚀靶标的激光叠孔设计和激光加工参数是影响烧靶效果的关键因子。通过研究输出了最优的叠孔设计方案和最适合的激光加工参数。结果表明,采用CO_(2)激光直接烧靶加工,凹点靶标和凸点靶标都可以100%满足高精度曝光抓取靶标的需求。

低渗砂岩油田CO_(2)驱化学机理及提高采收率研究

针对低渗砂岩油藏进行了CO_(2)驱开发技术研究,分析了CO_(2)驱油化学机理及主要影响因素。基于目标油藏流体特征进行了PVT拟合,确定其CO_(2)驱最小混相压力,明确了不同压力及注入时机对CO_(2)驱采收率、气油比、含水率及驱动压差等的影响规律,探究了CO_(2)泡沫驱在提高采收率方面的效用。结果表明:24.5 MPa为目标区域CO_(2)驱的最小混相压力,采收率会随着压力的升高而增加,28 MPa时CO_(2)驱提高采收率可达30.57%。气体突破时间、总采收率与CO_(2)注入时机密切相关,CO_(2)注入越早,越有利于采收率的提高,出口含水率为60%时注入可提高采收率39.13%。CO_(2)泡沫驱可以在一定程度上起到提高采收率的效用。

页岩油注CO_(2)过程中重有机质沉积预测

综合考虑页岩基质纳米孔隙中吸附引发的限域效应、毛管压力作用及极性分子间的缔合作用,建立页岩油重有机质沉积预测模型及求解方法,并选取典型区块页岩油样开展重有机质沉积预测,对比分析页岩油重有机质沉积相边界的变化规律及CO_(2)注入对重有机质沉积相边界的影响。结果表明:缔合作用加剧低温区间的重有机质沉积风险,而高压区间内的重有机质沉积现象受纳米限域效应的影响更加显著;考虑耦合效应时,典型油样在CO_(2)注入量(摩尔分数)仅为5%时的重有机质沉积压力上限可达26.57 MPa,相比于未注气的情况下提高3 MPa;页岩油注CO_(2)过程中的重有机质沉积风险最大,控制CO_(2)注入量和避免地层压力降低过快是潜在的规避重有机质沉积风险的有效手段。

CO_(2)驱注入管柱温度压力耦合模型建立及其敏感性因素研究

为了准确分析CO_(2)驱注入管柱的受力情况,需要考虑CO_(2)流体在注入管柱内的相态分布,合理预测CO_(2)驱注入管柱温度场、压力场分布。首先,根据三大守恒定律建立了CO_(2)驱注入管柱温度压力及物性参数耦合微分方程;然后,根据四阶龙格库塔算法的计算步骤编制MATLAB程序分析某油田4口CO_(2)驱注入管柱的温度场与压力场;最后,对CO_(2)驱注入管柱的温度场、压力场分布进行了敏感性因素分析。结果表明:在CO_(2)驱注入的过程中,CO_(2)驱注入管柱的温度和压力均随地层深度的增加呈近似线性增长,流体温度在管柱1 400 m之后均超过临界温度(31.1℃),CO_(2)流体相态转变为超临界态;注入管柱温度场分布受CO_(2)流体注入速度影响最为显著,其敏感度系数达到3.10;注入管柱压力场分布受CO_(2)流体注入压力影响最为显著,其敏感度系数达到6.00。

扩散吸附作用下CO_(2)非混相驱微观渗流特征模拟

利用数值模拟方法建立CO_(2)非混相驱数值模型,使用水平集法模拟扩散吸附作用下CO_(2)非混相驱和近混相驱的微观渗流规律,并对CO_(2)在孔隙中的微观渗流特征及扩散吸附特征进行研究,选取注入速度、扩散系数、吸附反应速率常数等参数研究近混相驱微观渗流特征的影响因素。研究结果表明:①相场法CO_(2)驱数值模拟采出程度为51.29%,水平集法CO_(2)驱数值模拟采出程度为53.60%,因此水平集法更适用于CO_(2)非混相驱的渗流过程模拟。②非混相驱条件下,CO_(2)优先向大孔隙扩散,采收率为87.7%,出口气体体积分数为71.60%,CO_(2)最大表面吸附浓度为3.16×10-4mol/m^(2);近混相驱条件下,CO_(2)更易向小孔隙扩散,采收率为91.1%,出口含气率为97.01%,CO_(2)最大表面吸附浓度为5.81×10-4mol/m^(2)。③近混相驱微观渗流特征受注入速度、扩散系数、吸附反应速率常数等因素影响。注入速度增大,出口含气率和采收率均提高;扩散系数和吸附反应速率常数增大,会使采收率提高,出口含气率下降。

鄂尔多斯盆地页岩油储层前置CO_(2)压裂流体分布特征

以鄂尔多斯盆地页岩油储层为对象,基于油藏数值模拟软件CMG-GEM及GOHFER,研究了CO_(2)注入量、闷井时间、储层水平/垂直渗透率比值、双水平井射孔压裂方式对流体分布的影响。结果表明:水平和垂直方向渗透率的差异性导致CO_(2)在水平方向波及范围较大,注入量对波及长度影响更为敏感,该研究条件下注入量为140 m^(3)时邻段水平波及范围出现交汇,可认定为最优注入量;延长闷井时间可增大CO_(2)波及范围,但注入量的影响程度更大,建议通过调节注入量来控制波及范围;水平/垂直渗透率比对CO_(2)波及范围影响较大,比值越大水平方向波及越广、垂向波及范围越窄,呈扁平状分布;对比双水平井拉链式与同步式射孔压裂,其中拉链式射孔压裂有助于提升CO_(2)波及范围,有利于油气开发。研究可为页岩油储层前置CO_(2)压裂工艺参数优化设计提供理论指导。

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏注CO_(2)吞吐提高采收率机理

页岩油藏的成功开发在缓解我国能源紧缺的问题上发挥了重要作用,但衰竭式开发采收率较低,传统提高采收率的措施难以有效增产,因此明确页岩油藏注CO_(2)提高采收率的机理,对于探索页岩油的开发技术具有重要意义。为此,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏为例,开展了一系列注CO_(2)实验并结合流体注入能力和油气组分传质评价实验,揭示了注CO_(2)吞吐提高采收率的机理,并明确了注CO_(2)吞吐的埋存形式、埋存效率与其生产动态之间的耦合关系。研究结果表明:①CO_(2)的注入能力是水的7.77倍、N2的1.18倍;增加注入压力,促进CO_(2)与原油之间的相互作用,能有效提高CO_(2)的注入能力。②CO_(2)对原油物性的改善能力显著强于N2,在CO_(2)—原油组分传质的协同作用下,注CO_(2)吞吐的采收率比N2高6.84%。③原油膨胀和黏度降低是注CO_(2)吞吐前期提高采收率的主要机制,而后期主要通过CO_(2)对原油轻质烃类组分置换、萃取进一步实现了采收率的提高,混相压力(MMP)是注CO_(2)吞吐的阈值压力。④注CO_(2)吞吐过程中,埋存率从最初的77.77%持续降低到7.14%,不同形式CO_(2)的埋存比例具有动态变化的特征,但主要以游离态和溶解态埋存为主。结论认为,吉木萨尔凹陷页岩油藏注CO_(2)吞吐在提高采收率的同时实现了CO_(2)的埋存,实验结果为研究国内相似页岩油藏注CO_(2)吞吐提采—埋存效率提供理论支撑和经验借鉴。

超临界CO_(2)萃取页岩油效果评价及影响因素分析

为明确裂缝及压力对超临界CO_(2)萃取页岩油的影响机理,在获取试验用页岩岩样孔径分布、比表面积和孔体积的基础上,进行了超临界CO_(2)岩样萃取试验,采用改进的磁悬浮天平高压吸附仪,实时测定了高温高压下页岩岩样质量的变化;并结合页岩核磁共振T2谱,精确测定了超临界CO_(2)对页岩油的萃取效率,明确了萃取过程中页岩孔隙动用特征及动用孔径下限。试验结果表明,目标储层页岩中介孔(孔径2~50 nm)发育程度最高,占总孔隙体积和总比表面积的69.72%和73.47%;而大孔(孔径>50 nm)发育程度最差,仅占总孔隙体积和总比表面积的4.45%和10.77%。原油主要赋存于孔径1.4~120.0 nm的小孔径孔隙中,CO_(2)对大孔径(>86 nm)孔隙中原油的萃取效果高于小孔径(≤86 nm)孔隙;裂缝能够增大CO_(2)与基质中页岩油的接触面积,加快油气传质速度,提高基质动用深度,降低页岩油渗流阻力和孔隙动用下限。然而,CO_(2)萃取效率除与裂缝数量相关外,还受基质渗透率及裂缝−基质连通特征的影响。CO_(2)动用孔隙孔径下限随注入压力升高而降低,由8 MPa时的6.54 nm减小至18 MPa的3.27 nm。研究成果可为注CO_(2)提高页岩油采收率提供借鉴。

低渗透油藏CO_(2)驱不同注入方式对提高采收率与地质封存的适应性

低渗透油藏已成为中国油气开发的重要领域,开展CO_(2)驱可实现提高采收率和CO_(2)地质封存的双重目的,但不同的注入方式对其适应性存在差异。以某低渗透油藏典型物性和流体参数为例,利用数值模拟手段论证了CO_(2)连续注入(CGI)、水气交替注入-气水段塞比恒定(CWAG)和水气交替注入-气水段塞比逐渐减小(TWAG)3种不同注入方式对提高采收率和地质封存的适应性。研究结果表明,3种注入方式对于渗透率为1 mD的储层累积产油量和CO_(2)埋存量最高,采用生产气油比约束的工作制度更有利于CO_(2)驱提高采收率或地质封存。CGI注入方式在生产气油比界限为0.4倍的最大生产气油比约束下生产,更适合CO_(2)地质封存项目,CWAG注入方式在生产气油比界限为0.2倍的最大生产气油比约束下生产,更适合CO_(2)驱提高采收率和地质封存相结合的项目,而TWAG注入方式在生产气油比界限为0.6倍的最大生产气油比约束下生产,更适合CO_(2)驱提高采收率项目。

双井周期注CO_(2)联合降压法开采天然气水合物分析

相较于单纯地封存CO_(2),CO_(2)置换法开采天然气水合物(以下简称水合物)能够满足水合物资源开采和碳封存的双重需求。为确保安全高效开发水合物的同时提高CO_(2)封存率,按照双井周期注入CO_(2)联合降压法开采水合物的思路,以中国南海典型水合物藏为研究对象,建立了矿藏尺度水合物注采热—流—固—化四场耦合数值模型,并开展了连续、间歇、循环3类注入开采方案和单井降压开采方案的对比分析,然后模拟分析注CO_(2)辅助水合物降压开采的增产效果,最后对比了不同注入方案的CO_(2)回收和封存情况,探索了水合物法碳封存的可行性。研究结果表明:(1)邻井CO_(2)的注入有助于降低产水量并缓解降压开采引起的地质沉降;(2)间歇注入较循环注入可促进储层中CO_(2)水合物生成,扩大注入井附近的高温区域,有利于生产井附近水合物的分解;(3)连续注入方式有利于分解气体的产出,但双井注采模式降低了甲烷水合物分解程度;(4)双井注采的CO_(2)注入分为快速注入阶段、反转阶段和缓慢注入阶段,其中双井间歇注入方案的CO_(2)注入效率最高。结论认为,双井间歇注入CO_(2)复合降压法能够在安全、高效开采水合物的同时具有相对可观的碳封存效果,是一种实现水合物商业化开采和助力双碳目标实现的潜在方法,研究成果对于天然气水合物开发及CO_(2)地质封存具有理论指导意义。

低渗油藏CO_(2)地质封存矿物颗粒运移及注入堵塞机理

在低渗砂岩油藏中开展CO_(2)地质封存,是实现CO_(2)捕获、利用和封存(CCUS)的有效手段之一。随着CO_(2)持续注入吸收层,弱胶结砂岩颗粒会随CO_(2)流入孔隙和裂隙中运移,进而可能形成颗粒堆积,影响CO_(2)注入的稳定性。为揭示多形态颗粒在孔隙和裂隙中的运移、动态堆积及微观机理,建立了基于多形态矿物颗粒的离散元流固耦合堵塞模型。模型考虑了多级粒径、非规则形态、旋转、差异化流入孔隙模式等矿物颗粒参数及流体密度、流体速度等流体物性因素,模型可实现注入流体和矿物颗粒的瞬态堆积过程动态预测与可视化,并在此基础上揭示了CO_(2)物性、弱胶结非规则颗粒参数与注入堵塞间的量化关系。结果表明:(1)影响孔隙内矿物颗粒堆积数量和CO_(2)注入效果最高的因素为矿物颗粒质量分数,相对于颗粒质量分数3%,颗粒质量分数5%的孔隙内矿物颗粒堆积数量提升52.06%,孔隙内矿物颗粒堆积数量的提升比率与矿物颗粒质量分数增长比率呈负相关关系;(2)在注入CO_(2)和矿物颗粒总量一致情况下,当矿物颗粒平均尺寸为孔隙直径尺寸的1/3时,孔隙内矿物颗粒堆积数量最高,CO_(2)的注入效果最差,矿物颗粒密度变化对于CO_(2)注入的影响较低;(3) CO_(2)注入降低了砂岩孔隙内多相流体密度,减少了孔隙内矿物颗粒堆积数量,降低了矿物颗粒在孔隙内的堵塞,有利于CO_(2)往深部注入;(4) CO_(2)注入速度提升60%,孔隙内矿物颗粒堆积数量提升1.2%,注入速度提升增加了孔隙内的矿物颗粒堵塞比率,不利于CO_(2)的注入。

专利视角下空气中直接捕集CO_(2)技术发展分析

碳达峰和碳中和目标的提出为我国碳减排发展明确了方向,也对碳捕集技术未来发展提出了新要求。空气中直接捕集CO_(2)作为新兴负碳排放技术是实现双碳目标的重要技术保障。专利作为技术信息的有效载体,是分析技术发展的重要工具,具有信息丰富完备、覆盖时间长、真实可靠等特征,更是学术期刊资源的重要补充。以直接空气捕集相关关键词进行检索,并基于国内外专利文献分析了空气中直接捕集CO_(2)技术的发展历程,分析了空气直接捕集技术的专利申请数量,介绍了主要技术形式与改进措施。着重介绍了主要研究创新主体的关键专利技术,包括低成本高效吸附剂的改进,降低空气流通装置阻力的方法以及空气直接捕集系统与其他化学系统的耦合等。随着技术发展带来的降本增效以及碳交易市场与碳关税的建立形成,具有负碳潜力的空气直接捕集CO_(2)技术将会得到更广泛关注。最后对我国空气直接捕集CO_(2)技术未来发展方向进行展望。