考虑压敏效应的低渗透油藏CO_(2)辅助重力驱合理配产方法

高倾角低渗透油藏在进行水驱开发时,在油藏高部位存在大量剩余油,采收率较低,采用CO_(2)辅助重力驱,可以充分利用高倾角的地质特征,有效提高该类油藏的采出程度。但是由于CO_(2)对原油物性影响要远大于水对原油物性的影响,CO_(2)驱替过程中流体的渗流过程更加复杂,因此有必要对低渗透油藏CO_(2)重力驱合理配产优化进行研究。首先,依据油藏中任意一点压力与最小混相压力的关系,分别建立了考虑压敏效应的低渗透油藏CO_(2)重力驱混相和非混相模型;其次,运用Python对模型进行求解,同时分析了压敏系数、地层倾角、注采井距和注气速度对油藏配产的影响;最后,结合现有工作制度法和增产倍数法,对比本模型计算结果,运用tNavigtor软件对3种方法进行采收率预测。研究结果表明:运用本文方法对油藏进行合理配产具有较好的开发效果,油藏采收率相对较高,研究结果对该类低渗油藏的开发具有较好的借鉴意义。

液态CO_(2)-水循环作用下煤体的物理改性规律及增润减尘效应

煤层注水是预防煤矿粉尘危害的主动性、治本性措施,也是防治瓦斯突出、冲击地压等灾害的重要手段之一。但我国大量煤层具有高地应力、低孔隙率、低渗透性的特点,传统方法和技术面临水注入难、注水周期长、煤体假性润湿等瓶颈。为此,利用液态CO_(2)具有的低温冷冻、高渗透性、相变自增压、酸化解堵等优异特性,提出液态CO_(2)-水循环作用致裂增润煤体的新思路,研制了液态CO_(2)循环冷浸试验系统,联合低场核磁共振仪研究了液态CO_(2)-水循环作用对煤孔隙结构的影响规律,联用电液伺服压力实验机探究了循环作用对煤体力学特性的改变机理,运用截齿破碎煤岩产尘试验系统研究了循环作用后煤体破碎过程的产尘特性。结果表明:液态CO_(2)-水循环作用使煤体有效孔隙度(φ_(NF))增加,增幅与循环作用次数呈正相关,煤体内部束缚流体变少,自由流体增多,T2截止值(T_(2cutoff))随之降低,结合分形理论发现基于渗流孔隙的分形维数Ds具有明显的分形特征,煤体原生孔隙经历了“扩容”的过程,微裂隙与原始裂隙形成贯通,循环作用增强了有效渗流通道连通性,优化了煤的孔隙网络与渗流条件。随着循环次数的增加,煤的最大应力σ_(c)呈指数衰减至4.93 MPa,应变ε_(c)线性增加至2.29×10^(-2),煤的抗压强度减弱,变形能力增加,循环作用改变了煤基质间联结状态,产生的冻胀力对煤体施加挤压作用加剧了裂隙的扩展,脆性指数B5最大降幅为34.71%,显著减弱了煤体脆性,具有了更好的抗动载荷或冲击能力;煤体对外加能量的存储能力弱化,改变了煤在截割过程中的破坏形式,试验条件下煤体破碎过程全尘产尘率降低了74%,呼吸性粉尘占比下降至2%,大幅减弱了粉尘危害性。

微塑料对土壤CO_(2)排放的累积效应

以控制性栽植体——大型根窖试验装置(以下简称根窖)为研究平台,通过连续3年、每年2茬农作物的种植,解析微塑料处理下不同类型土壤呼吸的变化特征;采用多元回归方程在微塑料积累量、分子量等不同条件下对土壤CO_(2)浓度随时间变化过程进行建模,并进行可视化呈现。结果表明,回归模型能够很好地描述土壤CO_(2)浓度变化规律,各模型R^(2)皆在0.75以上,模拟效果良好。对处理前后2组数据进行显著性方差分析得P值为0.0073,与对照组CO_(2)浓度上升速率(ω=0.728)相比,微塑料使土壤的CO_(2)浓度上升速率显著提高(ω=0.762)。微塑料的加入改变了土壤微气候环境,显著促进了土壤CO_(2)排放。

CO_(2)辐射效应与生理效应对气候系统影响异同的模拟研究

基于CESM地球系统模式,模拟研究不同CO_(2)浓度变化情景下,在快响应阶段和平衡阶段,CO_(2)通过影响大气辐射传输过程的辐射效应和通过影响植被气孔的生理效应对气候系统的影响和作用机制异同。试验结果表明,在CO_(2)倍增的情况下,CO_(2)辐射效应和生理效应都会引起全球地表的增温。辐射效应在两个阶段的地表增温中均起主导作用,而在快响应阶段,生理效应在全球陆表增温中贡献率达到了(27.5±0.9)%。CO_(2)辐射效应和生理效应对全球水循环的影响有明显差异。在平衡阶段,CO_(2)辐射效应使全球地表蒸散增加(5.2±0.1)%,径流量增加(8.0±0.4)%;而CO_(2)生理效应使全球地表蒸散量下降(3.9±0.1)%,径流量增加(10.1±0.4)%。在快响应阶段,生理效应在蒸散量的变化中占据主导作用。在CO_(2)倍增试验基础上,又进行了大气CO_(2)浓度分别为400×10^(-6)、600×10^(-6)、800×10^(-6)、1000×10^(-6)的模拟试验。随着CO_(2)浓度的增加,受辐射效应影响,地表温度、蒸散量和降水量出现持续增加,但增幅有所放缓;受CO_(2)生理效应影响,地表蒸散量持续减少,下降幅度并未出现明显变化。CO_(2)辐射效应和生理效应的协同作用具有非线性。对于地表温度、降水和蒸散等变量,CO_(2)辐射效应和生理效应共同作用引起的变化与两者单独作用时引起的变化之和存在差异,且这种差异随着CO_(2)浓度的增加越来越显著。

面向电力传输的大气污染物及CO_(2)减排效应研究

由于优化电力配置后不同地区污染负担被重新分配,政府开展了空气污染减排政策。为此,文章提出研究面向电力传输的大气污染物及CO_(2)减排效应。对全国全部监测站点的电力传输数据进行分析和统计,选择QIO模型模拟2022年的年均电力传输量,估算不同省份的大气污染物及CO_(2)排放量;按照获取数据结果选择对应减排措施,以工业发达城市作为减排模拟区域,分别对大气污染物及CO_(2)实行减排措施。综合减排模拟结果来看:对SO_(2)、NO_(x)、CO_(2)。减排量贡献最大的措施为“工业设施改燃”、对PM_(2.5)、PM_(10)、PMTSP减排贡献最好的措施是“淘汰自备电站”。

低碳城市的CO_(2)与PM_(2.5)减排协同效应分析

将基于卫星遥感数据的CO_(2)与PM_(2.5)纳入统一研究框架,运用多期双重差分等方法,在城市尺度上分析评估2007~2019年中国低碳城市政策对CO_(2)减排与PM_(2.5)污染控制的协同效应及其影响机制.研究发现:低碳城市CO_(2)与PM_(2.5)减排的协同效应十分显著,低碳政策使试点城市的CO_(2)排放量和大气PM_(2.5)浓度分别下降3.2%和0.74%,且结论在一系列稳健性检验后依然成立.机制分析表明,改善公共交通环境是低碳城市建设实现协同效应的最主要途径.低碳城市政策的协同效应存在地区差异,经济发展水平高、产业结构水平高的城市以及非资源型城市的协同效应更为显著.对此,应充分发挥协同效应,进一步加快低碳城市建设,实现CO_(2)和PM_(2.5)等大气污染物协同治理.

CO_(2)微气泡对孔隙内油膜作用机理研究

水气分散体系驱油技术是针对低渗透油田采出程度低研发的新型提高采收率技术,目前已在长庆油田取得明显增油效果,但分散体系中微气泡与孔隙作用复杂,对其微观驱油机理的研究正逐步深入。根据低渗透、非均质岩心的特点,制作边长为1.5 cm的玻璃刻蚀模型,在油藏温压条件下,进行CO_(2)-水分散体系渗流实验。通过观察微气泡与油、水、岩石相互作用过程,获取气泡吸附能力、推动油膜能力、气泡弹性能量等数据,进而定量表征分析驱油效果。实验结果表明:微气泡与油界面结合,具有特殊的吸附油膜现象,与水驱、气驱等作用机理显著不同。驱替过程相邻气泡间的合并也促进了油膜汇聚,同时微气泡的合并有助于气泡的流动,使吸附在气泡表面的油膜随气泡运移。微气泡运移时,气泡体积因压力降低而膨胀,所释放的弹性能量能够推动吸附在壁面的油膜运移。此外,采用Volume of Fluid多相流模型,对水气分散体系中微气泡推动油膜的运移过程进行模拟及分析,得到驱替油膜的主要因素是微气泡形变产生的弹性能量和微气泡自身的能量。气泡的能量作用在气泡前缘,通过与油膜表面接触产生推动作用。

2020—2050年CO_(2)施肥效应促进全球陆地生态系统碳吸收

CO_(2)施肥效应是全球变绿的主要原因,随着大气中CO_(2)浓度的持续增加,预估未来气候变化条件下,CO_(2)施肥效应对陆地生态系统的影响对减缓全球气候变化具有重大意义。基于未来气候情景数据和Farquhar模型,并结合生态过程模型BEPS(Boreal Ecosystem Productivity Simulator),定量化研究2020—2050年CO_(2)施肥效应对全球叶面积指数(LAI)和总初级生产力(GPP)的影响。研究结果显示2020—2050年,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5气候情景下,CO_(2)施肥效应导致的LAI年际变化趋势分别为0.002、0.003和0.005 m^(-2)m^(-2)a^(-1);三个气候情景下CO_(2)施肥效应对LAI的影响为CO_(2)每增加0.1%,LAI平均增加约8.1%—9.2%,由此导致GPP对应增加7.9%—14.6%;由CO_(2)施肥效应导致的全球LAI的增加对未来GPP年际变化趋势的贡献分别为66.7%、48.7%和57.1%。表明在未来气候变化情景下,LAI的增加仍然主要受CO_(2)施肥效应的影响,CO_(2)施肥效应导致的LAI的增加将显著促进全球陆地生态系统碳吸收。

非色散红外CO_(2)传感器温度补偿方法研究

针对非色散红外CO_(2)传感器受温度影响导致测量精度低的问题,设计了单光路双通道的非色散红外CO_(2)传感器,提出一种BP神经网络补偿气室温度的新方法。本文分析了温度对传感器的光源、探测器以及对气体吸收系数的影响,并将BP神经网络补偿气室温度方法与其他补偿方法进行了实验对比。实验结果表明,BP神经网络补偿气室温度方法优于其他补偿方法,在测量10~20浓度范围内的CO_(2)时,最大相对误差为298,重复性实验显示RSD为122,为非色散红外CO_(2)传感器补偿温度提供借鉴意义。

双金属电催化CO_(2)还原催化剂的合成、表征和机理研究进展

电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)是一种将CO_(2)转化为有价值的化学品的有效方法。然而,CO_(2)的转化是一个复杂的过程,涉及2、4、6、8和12等多电子转移步骤。因此,开发高效的催化剂以精确控制CO_(2)转化过程中的电子转移数目具有重要意义。单金属催化剂存在活性位点单一、反应动力学慢、产物选择性低和稳定性不足等缺点。双金属催化剂因其独特的结构和优异的性能而受到广泛关注。通过引入次金属,可以改变催化剂的电子结构,促进新的活性位点的形成,从而优化中间体与活性位点之间的相互作用。因此,本文综述了以炭材料为基底的单原子双金属催化剂和合金、异质结构等非原子级的双金属催化剂以及它们的制备方法、结构表征和催化产物,归纳双金属催化剂的催化机理。最后,提出CO_(2)RR中遇到的挑战并对今后的发展进行展望。

作物-内生微生物响应CO_(2)浓度升高与干旱胁迫的作用机制研究进展

全球变暖、二氧化碳(CO_(2))浓度升高和局部地区干旱加剧等环境变化对作物生长发育及产量造成的影响日趋明显。内生微生物是一类与宿主植物形成互利共生机制的微生物,由于其长期生活在植物体的特殊环境中,对作物的生长发育和抗逆性具有重要作用,两者的共生关系会直接影响作物对环境变化的响应。本文主要综述作物-内生微生物共生系统及其在CO_(2)和干旱胁迫下对作物生理过程的调控,探讨了作物内生微生物群落的多样性以及促生效果、抑菌作用、抗逆能力,并重点关注了作物-内生微生物系统如何提高环境的耐受特性。具体而言,内生微生物可以通过提高宿主的气孔调节能力、增加根系吸收水分和养分的能力等方式,帮助作物适应CO_(2)浓度升高和干旱胁迫,从而减小环境变化对作物生长的负面影响,提高作物产量。此外,内生微生物还可以激活宿主的防御系统,提高其对病原体的抵抗能力,从而减轻病害对作物的影响。未来的研究应关注作物-内生微生物共生系统在不断升高的CO_(2)浓度和干旱复合胁迫下的响应机制,以提高作物对极端环境变化的抗性,为作物抗逆性育种提供新的思路和策略。

基于Boltzmann方程对C_(3)F_(8)/CF_(3)I/CO_(2)三元环保型混合气体的绝缘性能研究

为研究一种新型SF_(6)替代环保绝缘气体介质,采用密度泛函理论(DFT)从微观结构层面上深入地分析C_(3)F_(8)作为一种SF_(6)替代环保绝缘气体的可行性,利用两项近似的Boltzmann方程对300 K下C_(3)F_(8)/CF_(3)I/CO_(2)三元环保混合绝缘气体介质的绝缘特性进行了分析,计算三元环保混合气体的电子能量分布函数、电子群参数和协同效应系数等多种微观参数,分析了这些参数随C_(3)F_(8)混合气体比例的变化情况,并与同比例下的c-C_(4)F_(8)/CF_(3)I/CO_(2)三元混合气体的微观参数进行了对比和分析。在约化电场强度E/N低于418 Td时,从扩散系数、电子漂移速度的角度上来看,C_(3)F_(8)三元混合气体的性能优于c-C_(4)F_(8)三元混合气体,在C_(3)F_(8)比例低于7%时,C_(3)F_(8)三元混合气体的绝缘强度高于30%SF_(6)/70%CO_(2)的混合气体,此时的三元混合气体在中低压设备中具有一定的应用潜力。此外,当C_(3)F_(8)气体体积分数为10%时,三元混合气体协同性最好。文中的研究从理论上验证了C_(3)F_(8)/CF_(3)I/CO_(2)替代SF_(6)的可能性。

考虑微纳米限域效应对相平衡影响的CO_(2)驱油机理研究

注二氧化碳能够有效提高致密油藏采收率。然而,致密储层低孔、低渗,微纳米孔喉发育,孔隙中流体受到吸附、流体分子与孔壁相互作用等限域效应的影响,传统相态理论难以对微纳米孔隙中二氧化碳同烃类的相互作用进行准确描述。为此,本文首先提出一种考虑微纳米限域效应的相平衡理论模型。通过引入吸附效应和流体分子-孔壁相互作用参数,对Peng-Robinson状态方程(PR-EOS)进行修正。分别计算了流体组分的无因次临界温度和临界压力的相对偏差值,计算值同实验值符合良好,验证了算法的准确性。然后进行了储层温度压力下的流体相平衡计算。结果表明,微纳米限域效应使流体泡点压力降低,溶解气油比和地层油体积系数增大,原油黏度和界面张力降低。此外,对于CO_(2)驱油过程中轻烃抽提作用和CO_(2)扩散作用研究表明,微纳米限域效应使轻烃的抽提系数降低,CO_(2)扩散作用增强,有利于CO_(2)与原油充分接触,提高原油采收率。该模型能够准确预测致密储层CO_(2)-原油多组分混合物的相行为,为致密储层CO驱油提高采收率技术的应用提供理论支持。

氮添加对森林土壤有机碳库固存及CO_(2)排放的影响研究进展

氮添加会引起土壤理化性质和养分有效性的改变。受此影响,森林植物的地上碳同化能力和地下碳分配格局也会相应地发生变化,总体表现为促进植物生长固碳,增加凋落物和植物根系沉积碳输入土壤,并改变上述植物源有机质的数量和化学成分。与此同时,土壤微生物的群落结构和生态功能也会受到氮添加的影响,由于土壤中的有机碳分解、转化和稳定等过程均受到微生物的驱动,因此,氮添加所引起的底物供应差异和微生物响应会影响森林土壤有机碳的矿化,并最终影响森林土壤有机碳库固存、稳定和CO_(2)排放。但目前关于氮添加对森林土壤有机碳库固存能力和CO_(2)排放特征的影响机制仍不清楚,为此,以森林土壤的碳循环过程为线索,综述了氮添加对底物供应、土壤有机碳激发效应、微生物碳代谢等过程的影响,并尝试梳理在氮添加影响下森林土壤有机碳分解、转化和稳定的微生物驱动机制。这有助于预测氮添加对森林土壤“氮促碳汇”的实际效果,以便研究人员在未来氮沉降日益严重背景下更好地预测森林土壤的碳循环特征,寻找提高森林土壤有机碳库固存能力和降低CO_(2)排放相关途径提供参考。同时,还分析了目前相关研究中存在的问题,并对该领域未来的研究热点进行了展望。

CO_(2)-CH_(4)气体节流及水合物生成特性

CO_(2)驱采油举升过程中,随着压力的降低,采出液会析出大量伴生气,伴生气中CO_(2)含量高达50%~90%,相比CH_(4)气体,气态CO_(2)节流致冷效应更强,引起的低温可能会生成水合物堵塞管道,威胁集输系统的运行安全。采用高压蓝宝石反应釜研究了CO_(2)含量对CO_(2)-CH_(4)气体节流及水合物生成特性的影响。结果表明:当初始压力为高压(16 MPa)时,相同CO_(2)占比的混合气体,节流效应系数Di约为1.3~5.4℃/MPa,CH_(4)的掺入将增强混合气体节流效应,说明高压段主要受CH_(4)节流效应的影响;当初始压力为低压(5 MPa、4 MPa)时,节流效应系数Di约为3.4~11.9℃/MPa,CH_(4)的掺入将减弱混合气体节流效应,说明低压段主要受气相CO_(2)节流效应的影响;相同CO_(2)含量的CO_(2)-CH_(4)气体所处压力越高,水合物生成的温度越高,越容易生成水合物;在相同压力下,CO_(2)含量越低,生成水合物温度越低;CO_(2)含量在8%~100%,压力在1.5~5 MPa,水合物生成温度为0.5~10℃。实验与软件模拟数据对比结果表明PR状态方程对CO_(2)-CH_(4)的节流及水合物生成特性计算具有较高的相关性。研究结果可为安全集输工艺参数的选择提供参考。

红外CO_(2)传感器温湿度补偿方法研究

为提高非色散红外(NDIR)CO_(2)传感器测量精度,基于原理分析了温度、湿度对测量精度的影响;进行了实验对比与验证,提出了基于贝叶斯优化的XGBoost(Bayesian-XGBoost)补偿模型。实验结果表明:在测试样本中,模型补偿后的均方根误差(RMSE)为20.98×10^(-6),平均绝对误差(MAE)为13.29×10^(-6),绝对误差小于±60×10^(-6);与反向传播神经网络(BPNN)、传统XGBoost模型相比,所提的模型精度更高。将算法模型嵌入传感器中并进行测试,补偿后传感器输出值绝对误差小于±110×10^(-6),测量精度得到了较好提升。

不同分解温度下记忆效应对CO_(2)/CH_(4)混合气体水合物合成的影响

在非常规天然气以及天然气水合物二氧化碳(CO_(2))置换开采过程中,明确CO_(2)/CH_(4)混合气体水合物(以下简称“CO_(2)/CH_(4)水合物”)的合成和分解机理,对水合物法分离混合气体、CO_(2)封存与CH_(4)高效开采有重要意义。以多孔介质+去离子水体系中的CO_(2)/CH_(4)水合物为研究对象,进行了二次合成和分解实验,研究了分解时间为0.5 h、分解温度为5~25℃条件下的记忆效应对CH_(4)/CO_(2)水合物合成的影响,主要从二次合成诱导期、气体消耗量和消耗速率,以及各组分气体消耗情况3个方面进行了分析。结果表明,分解温度越低,二次合成诱导期越短;记忆效应降低了二次合成速率;当分解温度为10℃时二次合成速率最快,气体消耗速率峰值为8.10 mmol/min;在相同的合成温度和压力下,升温分解后的记忆效应使二次合成时CO_(2)水合物合成量提高至初次合成量的1.3倍,而对CH_(4)水合物合成量基本没有影响,即记忆效应对不同客体分子的影响有所差别。该研究为记忆效应在水合物技术中的应用提供了参考。

基于双通道检测技术的非分光红外CO_(2)传感器设计与研究

针对传统红外气体传感器气室与信号处理模块分离存在体积大、灵敏度差的问题,基于非分光红外双通道检测技术,设计了一种小体积、高精度的红外CO_(2)传感器。首先,对反射型气室进行光线追迹仿真,保证热释电探测器受到的红外辐射和气体吸收光路长度满足要求。同时,设计了可靠的光源驱动电路、带通放大电路;对传感器的温度漂移特性进行讨论,建立温度补偿算法模型。在温湿度箱中标定红外CO_(2)传感器参数,通过拟合曲线得到常数a和n,以及温度补偿系数β。经过实验测试表明,该红外CO_(2)传感器测量误差小于真值的±5%。

锌酞菁基多孔有机聚合物催化CO_(2)与环氧化物的环加成反应

以四氨基酞菁锌和均苯三甲醛为原料,通过席夫碱缩合反应,在溶剂热的条件下制备了锌酞菁基多孔有机聚合物(ZnPc-POP)。采用FTIR、^(13)CNMR、XPS、TEM和N_(2)吸附-脱附对其进行了表征,以环氧氯丙烷(ECH)和CO_(2)的环加成反应为模型,以四丁基溴化铵(TBAB)为助催化剂,考察了ZnPc-POP的催化性能、循环使用性和其催化不同环氧化物的底物适用性,并对催化机理进行了探究。结果表明,ZnPc-POP具有丰富的介孔结构(孔容约为0.64 cm^(3)/g,平均孔径约为20 nm)和大的比表面积(171.6 m^(2)/g)。ECH在100℃和1.0 MPa CO_(2)条件下生成环状碳酸酯的选择性>99%,产率为96%,转化频率(TOF)高达533.3 h^(-1)。ZnPc-POP循环使用5次后,其催化活性无明显降低。ZnPc-POP催化不同环氧化物的环加成反应的选择性≥96%。环氧化物中三元环氧原子与ZnPc-POP的Lewis酸位点锌中心发生配位作用而被有效活化,助催化剂TBAB中Br–通过亲核进攻促进环氧化物开环,该双重活化环氧化物开环是CO_(2)环加成反应的控速步骤。

Ti^(4+)掺杂对Ca_(3)Co_(2)O_(6)磁性和磁-介电性能的影响

本文采用溶胶-凝胶法制备了一系列Ca_(3)Co_(2-x)Ti_(x)O_(6)(x=0,0.02,0.04,0.06)多晶样品,并对他们的磁性、介电和磁介电性能进行了研究.X射线衍射结果显示少量的Ti4^(+)并未改变Ca_(3)Co_(2)O_(6)的晶体结构.虽然非磁性的Ti4^(+)离子破坏了Ca_(3)Co_(2)O_(6)的长程铁磁链并抑制了部分铁磁相互作用,使得掺杂样品的磁化强度有所降低.但磁性测量结果拟合得到的居里-外斯温度和交换常数均为正值,说明在Ti4^(+)掺杂的Ca_(3)Co_(2-x)Ti_(x)O_(6)样品中铁磁相互作用依旧是占据主导地位的.由于Ti4^(+)离子的引入,Ca_(3)Co_(2)O_(6)的自旋阻挫得到一定程度释放,抑制了Ca_(3)Co_(2)O_(6)磁化台阶的形成.Ca_(3)Co_(2)O_(6)作为一种典型的磁介电耦合材料,Ti4^(+)离子掺杂对体系自旋阻挫的释放和精细磁结构的调控也使得样品的磁介电耦合效应受到了一定程度的抑制.