二氧化碳驱油技术中CO_(2)膨胀液体黏度研究进展

全球变暖日益引起各国关注,CO_(2)(Carbon dioxide)被认为是最主要的温室气体,我国已向国际社会做出了“双碳”庄严承诺。CO_(2)-EOR(CO_(2) enhanced oil recovery)技术将捕集来的CO_(2)注入油藏中不仅可以使原油膨胀,降低原油黏度,增强原油流动性从而提升驱油效率,同时还可以减少CO_(2)排放,具有非常重要的战略价值。因此,研究CO_(2)膨胀液体(CO_(2)-expanded liquids,CXLs)的机理及其传递特性对于CO_(2)-EOR技术的利用具有重要意义。从实验设备、实验数据以及计算模型3个方面综述了CO_(2)-EOR技术中涉及的CO_(2)膨胀液体黏度的发展现状,并对其发展趋势进行归纳。在实验设备方面,表面光散射等非接触式黏度测量方法越来越受到关注;在实验数据研究方面,CO_(2)-正癸烷、CO_(2)-正十四烷二元体系数据较为丰富,而CO_(2)-正构烷烃多元体系、CO_(2)-环烷烃、CO_(2)-芳香烃及CO_(2)-助溶剂体系的数据还比较欠缺;在计算模型方面,综述了适用于CO_(2)-膨胀液体黏度的Eyring半理论模型的基本原理和研究进展,对不同类型的模型计算精度进行了综合比较。

基于膨胀效应的超临界CO_(2)类沸腾临界点模型

传热恶化是超临界流体(supercutical fluid,SCF)传热研究重要问题之一,但由于SCF在跨过拟临界点时,流体存在非平衡过程,类气和类液之间的转变对传热的影响尚没有统一认识.本文假设SCF在宏观上存在类似于亚临界流动沸腾现象,通过类比亚临界沸腾传热,认为超临界CO_(2)传热恶化原因之一是由于流体膨胀导致热量不能被及时从壁面被带走,并提出一个类沸腾临界点模型.结果表明:类沸腾引起的传热恶化发生在大温度梯度下,较大的温度梯度使类过热液层覆盖在壁面,并使类气和类液呈现不同的分布形式,从而表现出不同的传热特性;当内壁温高于拟临界温度时,覆盖在壁面的过热类液焓值超过一定值会发生传热恶化,提出的理论模型能够较好地解释实验结果,此外考虑类沸腾的传热关联式,预测精度大大提高.本文从理论上建立超临界和亚临界传热之间的联系,为SCF传热恶化研究提供了新思路,丰富了超临界压力下的传热理论.

TEPA改性膨胀蛭石复合材料的制备及其CO_(2)吸附性能研究

工业化进程中排放的二氧化碳加剧了温室效应,对全球气候环境产生了严重影响。目前,液胺吸收CO_(2)是最成熟的碳捕获技术,其具备高吸收容量、快吸收速率和简单再生过程等优点。然而,该技术仍存在着许多缺陷,如设备腐蚀、再生能耗高、环境污染等。针对上述问题,提出一种将四亚乙基五胺(TEPA)负载到膨胀蛭石夹层中制备新型载胺复合材料(EV-TEPA)以吸附CO_(2)的方法,并重点探讨了不同TEPA负载量和温度对CO_(2)吸附性能的影响。结果表明,高温煅烧后的膨胀蛭石(EV)具备优越的分层孔隙结构,其对胺的负载量远大于蛭石原矿(RV)。EV-TEPA吸附剂在75℃时吸附容量最高,为1.24 mmol/g,并且在经历8个循环后吸附容量仅衰减8.87%,表现出良好的循环稳定性。此研究探索了一种经济高效捕获CO_(2)的新型复合材料,为工业应用中CO_(2)吸附剂选择提供了一个参考方案。

丝状梗丝和CO_(2)膨胀烟丝对卷烟质量的影响

本文探究了丝状梗丝和CO_(2)膨胀烟丝对烟支物理指标和感官质量的影响,在纯叶丝卷烟中分别掺配3%和5%比例的丝状梗丝和C02膨胀烟丝,检测结果表明:掺配丝状梗丝,烟支吸阻和硬度值增加,吸阻和硬度稳定性提高,端部落丝量减少;掺配CO_(2)膨胀烟丝,烟支重量稳定性增加,吸阻和硬度值增大;掺配丝状梗丝,有助于改善卷烟香气和余味,减少杂气,但刺激性略增加;掺配CO_(2)膨胀烟丝有助于改善卷烟香气和余味,减小刺激性;掺配丝状梗丝和CO_(2)膨胀烟丝均有助于改善卷烟感官质量,但添加量不宜过多,要考虑卷烟的具体感官设计风格。

煤层液态CO_(2)爆破增透技术研究

为了强化煤层瓦斯抽采效果,采用数值模拟和工业试验相结合的方法,以霍尔辛赫煤矿作为研究对象,利用模拟软件构建了煤层液态CO_(2)气爆致裂数值模型,开展了布孔参数优化模拟研究。结果表明,CO_(2)爆破的致裂孔最佳布置间距为4.5 m,经布孔间距优化后,钻孔瓦斯抽采浓度提高了73.7%,抽采流量约提高5.1倍,取得了良好的瓦斯促抽效果。

润东煤业综放工作面CO_(2)爆破顶煤技术研究

针对润东煤矿放顶煤开采工作面推进后顶煤坚硬不易断裂并呈大块状态,无法进入后部溜槽的问题,结合CO_(2)预裂爆破的特点,在工作面两巷道距切眼20 m外使用炸药进行预裂爆破、工作面机头机尾段各15 m范围采用CO_(2)预裂爆破技术进行顶煤预裂爆破试验,并对现场实施过程中存在的问题进行了改进。通过在巷道两侧提前用炸药爆破和切眼范围内用CO_(2)预裂顶煤爆破两项措施的结合,CO_(2)致裂爆破区域支架后方顶煤大部分垮落。工作面煤块大块率由40%降低至5%,块煤基本可顺利进入后部溜槽,提高了煤炭回收率,经济效益显著。

液态CO_(2)相变爆破孔网参数优化研究

为优化液态CO_(2)相变爆破钻孔布置参数,研究双孔同时起爆应力波的传播特征、控制孔对煤体裂隙扩展规律的影响,基于LS DYNA有限元软件模拟分析单孔爆破、双孔不同孔间距爆破及添加控制孔爆破的裂隙扩展特征,并在山西某矿15号煤层进行液态CO_(2)相变致裂现场试验。结果表明:液态CO_(2)单孔爆破的有效致裂半径为2.16 m;双孔爆破有效致裂半径为2.54 m,较单孔有效致裂半径提高了17.59%。随着炮孔间距的增大,两炮孔中间连线贯通区由完全贯通演化至非连续贯通,当孔间距为5 m时,致裂效果最好。含控制孔爆破较双孔爆破有效致裂半径提高了8.27%,控制孔主导了爆生主裂隙的定向扩展及孔壁环向裂隙的生成,裂隙扩展速度和影响范围均有显著增加。液态CO_(2)相变致裂后,平均瓦斯抽采体积分数提高了2.68倍,平均瓦斯抽采流量提高了6.09倍。

CO_(2)气液两相小型膨胀机的研究进展

随着国际社会环境意识的提高,臭氧层破坏、温室效应问题受到持续广泛的关注,越来越多的学者将注意力集中于环保制冷剂。CO_(2)因简单易得、安全可靠、传热性能和流动性好等优点受到重视。本文对CO_(2)气液两相小型膨胀机的研究进展进行分析和总结,发现在循环中将节流阀换成CO_(2)膨胀机可有效提高系统的制冷效率,经过计算得到带膨胀机跨临界CO_(2)循环的制冷、制热效率分别比R134a循环高6.9%、4.6%,比带节流阀的循环高25.76%、16.17%;CO_(2)膨胀机的等熵效率越高,系统制冷、制热效率越大,若CO_(2)膨胀机的等熵效率大于32%,则带CO_(2)膨胀机的系统性能优于带回热器循环的系统性能。不同CO_(2)膨胀机由于结构不同导致效率、泄漏和摩擦损失不同,活塞式、转子式等膨胀机结构简单,但同时泄漏损失也较大;滑片式、旋转叶片式、涡旋式等膨胀机效率得到了很大提高,但其结构较为复杂,制造难度大,生产成本较高;同时对当前存在的一些问题提出了解决办法,如进行合理的设计减小泄漏与摩擦损失、将压缩功提供给压缩机、在膨胀过程中加入其他气体以及设计可调节膨胀比的CO_(2)膨胀机。目前CO_(2)膨胀机的研究基本集中于实验室,在工程中应用较少。因此未来应以实验和理论相结合,进一步研究CO_(2)膨胀机效率提升、关键零部件技术开发等问题。

CO_(2)相变爆破致裂管内压力变化试验研究

为研究CO_(2)相变爆破过程中致裂管内压力变化规律,通过现场试验获得压力与时间关系曲线,并且通过改变CO_(2)充装质量、激发药剂质量和泄能片厚度,获得致裂管中压力变化规律,采用试验参数计算出73型号致裂器爆破当量。研究结果表明,致裂管体不同位置处达到的峰值压力不同,最大处峰值压力比最小处峰值压力高1.30~1.67倍;爆破过程致裂管中压力变化分为4个阶段,泄压阶段极为迅速,在数微秒间,并且随CO_(2)充装质量增大而增加;在CO_(2)充装质量1100 g、激发药剂质量180 g和泄能片厚度4.0 mm条件下,该型号致裂器爆破当量最大为0.378 kg乳化炸药,研究成果为工程应用提供技术参考。

镁粉和铝粉对CO_(2)相变激发药剂性能的影响

为了提高CO_(2)相变激发药剂的放热量,在激发药剂中分别添加2%和4%质量分数的镁粉或铝粉,通过热重法(TG)、引燃试验、耐温试验和反应热试验,研究其热分解特性、安全性、耐温性和反应热的变化。结果表明:镁粉或铝粉对激发药剂的热分解特性无明显影响,加入2%和4%镁粉的激发药剂表观活化能分别增加16.68 kJ/mol和43.96 kJ/mol,反应热分别提高5.1%和10%;而同样比例的铝粉,表观活化能分别增加28.89 kJ/mol和55.21 kJ/mol,反应热分别提高6.6%和12.9%;加入少量镁粉或铝粉的激发药剂无爆炸危险,安全性良好;加入镁粉或铝粉的激发药剂在70℃保温48 h后,整体并未发生明显变化,温度指数Ts在90℃左右,表明其耐温性能良好。

水下钻孔CO_(2)气爆和乳化炸药爆破对比分析

水下爆破作业中飞石、毒气、振动等爆破共生物严重影响水下环境安全,为完成水下炸礁爆破施工任务和不破坏水下生态环境的要求。通过长期的施工经验的思考和总结,提出了水下钻孔CO_(2)气爆代替乳化炸药爆破的施工技术方案。文章通过对比水下破岩CO_(2)气爆与乳化炸药爆破,分析在相同作用效果下,CO_(2)使用量,水击波和地震波数据,以及对鱼类的影响。总结了CO_(2)在水下膨胀破岩作业中的工艺、技术及施工方法,计算出钻孔爆破孔距、排距等相关参数。

密相/超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验综述

密相/超临界CO_(2)管道止裂韧性预测是世界范围内研究的热点和难点问题,目前已有的止裂韧性预测模型尚不能准确预测密相/超临界CO_(2)管道的止裂韧性。超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验是确定超临界CO_(2)管道止裂韧性的最佳方法,目前全球范围内仅有11次超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验,国内尚属空白。从基本情况、试验工况和参数、试验目的和结果等几个主要方向细致分析、总结和对比现有CO_(2)管道全尺寸爆破试验,为后续国内CO_(2)管道全尺寸爆破试验的开展提供理论指导和数据支撑,为CO_(2)管道设计和工程应用提供有力的参考依据。

CO_(2)非混相驱原油膨胀及沥青质沉淀影响因素

膨胀降黏是CO_(2)非混相驱增油的主要方式,但CO_(2)溶于原油后会引起原油组分变化产生沥青质沉淀,降低CO_(2)驱油效果。采用自主研制的高温高压纳米滤膜过滤容器,模拟了岩心薄片过滤作用下的CO_(2)驱油实验,并结合注CO_(2)原油膨胀实验,研究了CO_(2)注入压力、储层温度和原油黏度对原油膨胀系数、沥青质稳定性和原油采收率的影响。结果表明:CO_(2)注入压力增加能够增大原油膨胀系数,降低剩余油沥青质含量,有利于CO_(2)驱油;储层温度升高会降低原油膨胀系数,增加剩余油沥青质含量,不利于CO_(2)驱油,但最终驱油效果还需考虑温度对原油黏度的影响;原油黏度降低有利于增大原油膨胀系数,降低剩余油沥青质含量,提高驱油效率;3种因素对剩余油沥青质含量的最大增幅分别为519%、440%和229%,且剩余油沥青质含量均大于产出油沥青质含量,表明CO_(2)非混相驱会引发沥青质沉淀,而CO_(2)注入压力和储层温度是引发沥青质沉淀的主要因素。研究成果为提高含沥青质油藏注CO_(2)开发效果提供了理论依据。

利用CO_(2)气相压裂技术提高煤层透气性:以吉宁煤矿为例

为破解复杂低渗高瓦斯煤层瓦斯治理技术难题,本文以山西华晋吉宁煤矿2号煤层2203工作面为研究对象,通过采取CO_(2)气相压裂增透技术,对4组(共12个)抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量进行分析,得出有效致裂影响范围,进一步评价瓦斯抽采效果和防突效果。结果表明:该地质单元的有效致裂裂缝影响范围为6~7 m;常规抽采孔的瓦斯抽采纯量为0.018 m^(3)/min,与其相比,4组抽采钻孔百米瓦斯抽采纯量平均值为0.179 m^(3)/min,提升了8.9倍;在衰减区域,瓦斯抽采浓度均值64.7%、纯量均值0.150 m^(3)/min,在稳定区浓度,瓦斯抽采均值为73.2%、纯量均值0.188 m^(3)/min,相比稳定区域瓦斯抽采参数更高。该技术有效增大了2号煤层的透气性,提高了瓦斯抽采效率和煤巷掘进速度,减少了钻孔施工投入,缓解了采掘接替紧张的局面。

电子膨胀阀对变频CO_(2)热泵调节特性的研究

基于一台跨临界CO_(2)空气源热泵,通过实验研究在恒定气冷器进口水温及水流量工况下,电子膨胀阀对于65—80 Hz的4个高频热泵系统的调节特性,提出针对不同目标的膨胀阀控制策略。研究结果表明:频率一定时,随着膨胀阀开度不断减小,制热量、出口水温、排气压力均先增大后减小;性能系数C_(OP)、蒸发压力均不断减小;针对制热量、出口水温和C_(OP)随开度变化呈现不同的变化趋势,提出不同的电子膨胀阀调控策略以满足不同的用户需求;在电子膨胀阀的实际调控过程中,可以通过观测出口水温和排气压力随开度的变化来避免因质量流量过小导致压缩机性能恶化。

液态CO_(2)相变致裂技术在水下清礁中的应用

液态CO_(2)相变致裂是以CO_(2)为介质的物理膨胀过程,具有良好的安全性、可控性、适用性。目前,该技术在水下清礁中的应用案例较少,尚缺乏指导性操作方案。文章通过福建南平港延平新城港区洋坑作业区码头工程实例,提出CO_(2)相变致裂单孔能量计算方法,以及单方岩石致裂TNT当量初步取值,阐述了该技术在水下清礁施工中的主要技术参数推算方法。

CO_(2)变频空调系统软件设计研究

二氧化碳变频空调综合了二氧化碳环保理念与变频空调节能实用性两方面优点,通过理论与实践相结合的方法探究CO_(2)变频空调控制方法,总结出CO_(2)变频空调的压缩机转速控制逻辑与电子膨胀阀控制逻辑,同时对系统做出必要的3种保护。最后通过软件设计对二氧化碳变频空调的功能予以实现得出验证,在一定环境温度下系统最终进入稳定状态,且不同环境温度下系统都可以满足温度控制要求。

岩质路堑液态CO_(2)相变爆破充装量的试验研究

为研究CO_(2)充装量对相变爆破振动的影响,进一步促进液态CO_(2)相变爆破在岩体开挖领域的应用。基于酒-额铁路工程,根据起爆经验模型设计不同CO_(2)充装量工况试验,选用VHL状态方程计算得出89型致裂器不同充装量的等当量岩石炸药量,对爆破试验结果、振动监测信号进行分析。结论是:(1)对于一般路基台阶,随着充装量减少,爆破能量逐渐降低,裂缝由台阶岩体表面及临空面充分发展转变为仅向致裂器射流方向1.5m范围内局部开裂;(2)CO_(2)爆破与传统化学炸药爆破相比振动影响区域较小,呈现出在近距离内爆破振动强度大且在爆心距4.85m左右处峰值质点振速(PPV)衰减至较小值的特点;(3)充装量对近爆和中近爆区域影响显著,随着充装量的增加,近爆及中近爆区域PPV值呈倍数增长,且中近爆区域的增幅更大,爆破振动能量频带分布逐渐由中低频频带流向极低频频带,能量分布及子频带数更加集中,实际工程中应利用微差爆破等方式避免低频集中高能量振动波对周边建构筑物的危害影响。

复杂环境下CO_(2)膨胀爆破工程应用

为了安全顺利地完成邻近省级文物保护单位的莲塘风电场风机道路开挖工程,结合25#风机道路开挖工程实例,阐述了CO_(2)膨胀爆破作用机理,研究了炮孔间距的理论和经验2种确定方法,探讨并规范了危害控制措施及施工工艺流程,重点分析了飞管的形成及炮孔装填结构。工程应用表明:CO_(2)膨胀爆破技术具有本质安全、危害小易控制、无火花、无毒生气体、爆温低等特点,在某些安全要求高且不宜使用炸药的工程中有着广阔的应用前景,可为类似工程提供有益的参考。

带膨胀机和回热器的两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环研究

通过对比3种不同的两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环,研究节流阀、回热器和膨胀机对制冷循环COP和效率的影响。结果显示:在3种两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环中,带膨胀机的制冷循环的COP和效率最高,带膨胀机和回热器的循环次之,带回热器和节流阀的循环的COP和效率最低;在合理参数范围内,增大压缩机1的压比可以提高3种循环的COP和效率;在合理参数范围内增大压缩机2的压比,3种制冷循环的COP和效率均先增大后降低;增大压缩机和膨胀机的等熵效率均可以显著提高两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环的COP和效率。