基于FES技术的O_(2)/CO_(2)燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性

O_(2)/CO_(2)燃烧技术被认为是一种清洁的燃煤发电技术,然而高碱准东煤燃烧过程中释放的大量碱金属通常是引起锅炉受热面积灰、结渣以及腐蚀的重要物质,严重危害了设备的安全稳定运行。因此,探讨O_(2)/CO_(2)燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性对于煤炭的清洁高效利用具有重要意义。基于火焰发射光谱技术(FES),在金属丝网反应器上研究了煤粉燃烧过程中不同类型碱金属盐在O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)两种气氛下的释放特性。结果表明:在O_(2)/N_(2)气氛下,挥发分燃烧会产生明亮的火焰;与O_(2)/N_(2)气氛相比,O_(2)/CO_(2)气氛下煤粉燃烧强度降低,火焰温度下降,着火时间延迟,挥发分和焦炭的燃烧时间延长,使得煤粉中气相Na的释放过程受到抑制。对于NaAc、Na_(2)CO_(3)和Na_(2)SO_(4)来讲,O_(2)/CO_(2)气氛延迟了其释放过程中质量浓度降低的时间,使煤粉中气相Na从开始释放就进入稳定释放阶段,气相Na质量浓度变化率波动不大;但NaCl会在释放的4 s左右质量浓度变化率变为负值,导致释放的气相Na质量浓度一直降低。同时CO_(2)气氛还会使得NaAc、NaCl等类型盐转化形成更难释放的Na_(2)CO_(3),进一步抑制气相Na的释放过程。而Na_(2)CO_(3)的质量释放率在O_(2)/CO_(2)气氛下也降低的主要原因则是CO_(2)抑制了Na_(2)CO_(3)向Na_(2)O的分解过程。Na_(2)SO_(4)则由于其本身释放就比较困难,因此其质量释放率降低的主要原因是燃料燃烧温度和强度降低导致的。

环境因素对BT80S-5Cr抗CO_(2)/H_(2)S腐蚀套管均匀腐蚀速率的影响

通过模拟国内某油田腐蚀工况,采用高温高压釜模拟腐蚀试验,利用失重法研究试验周期、温度、CO_(2)及H2S分压环境因素对BT80S-5Cr油套管均匀腐蚀速率的影响。研究表明,随着试验周期的延长,试验钢均匀腐蚀速率逐渐降低,且降幅趋于平缓,试验周期360 h是BT80S-5Cr在该油气田模拟工况下衡量耐蚀性能的最佳试验周期;随着试验温度的提高,试验钢均匀腐蚀速率逐渐增加,试验温度100℃的试验钢的均匀腐蚀速率是试验温度40℃时的均匀腐蚀速率的1.67倍;随着CO_(2)分压的提高,试验钢均匀腐蚀速率逐渐增加,CO_(2)分压1.0 MPa的试验钢均匀腐蚀速率是不含CO_(2)时的均匀腐蚀速率的10倍;随着H2S分压的提高,试验钢均匀腐蚀速率逐渐降低,微量H_(2)S气体的引入对试验钢电化学腐蚀行为有一定的抑制作用。

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。

拉萨地块西部碰撞后富钾火山作用CO_(2)释放规模初探

估算地质历史时期火山活动的CO_(2)释放量对于理解地球深部碳释放及其气候环境效应具有重要意义。本文聚焦青藏高原拉萨地块西部的碰撞后富钾火山作用,以雄巴、赛利普、布嘎寺和麦嘎4个地区的富钾火山岩为例,开展了橄榄石、辉石等斑晶矿物中熔体包裹体的CO_(2)含量与脱气特征研究,结合火山岩体积和年龄等参数,估算了拉萨地块碰撞后富钾火山活动的CO_(2)释放量。结果表明,研究区火山岩熔体包裹体气泡中的CO_(2)含量约为0.61%~5.38%,雄巴、赛利普、布嘎寺和麦嘎火山岩的CO_(2)年释放量分别为(5.1±0.9)×10^(-5)Pg/yr、(1.3±0.6)×10^(-5)Pg/yr、(2.5±0.5)×10^(-4)Pg/yr和(1.5±0.2)×10^(-7)Pg/yr,共计约(3.2±0.6)×10^(-4)Pg/yr。粗略推算结果表明,拉萨地块碰撞后富钾火山作用的CO_(2)总释放规模约为0.006±0.001Pg/yr,与大陆碰撞带深部碳释放通量模型的计算结果相一致。本文的研究结果为地质历史时期印度-亚洲大陆碰撞导致的深部碳释放模拟提供了初步的实测数据参考。未来仍需在获取更多数据的基础上优化研究结果,以减小碰撞后火山作用的岩浆成分、规模、时空分布不均等导致的不确定性。

海浪对海-气界面的气体交换速率及CO_(2)通量的影响

基于前人的实验室和外海观测数据,提出以波龄和风海雷诺数为变量的双参数CO_(2)气体交换速率公式。该公式可以很好地协调实验室和外海观测数据,同时考虑施密特数指数n的变化对气体交换速率和CO_(2)通量的影响。在此基础上,计算了1990—2019年的全球海-气界面的气体交换速率和CO_(2)通量。研究发现,指数n变化和波浪效应分别使海-气CO_(2)通量减小和增大,两者具有抵消效应。指数n变化使气体交换速率在低纬度海域增大2.3%,在高纬度海域减少6.1%,导致2010年海洋吸收CO_(2)减少4.2%;波浪效应使得赤道海域和北半球(南半球)西风带海域的气体交换速率分别增大0.2%和16.2%(18.7%),导致2010年海洋吸收CO_(2)增强21.8%。新公式得到的1990—2019年的CO_(2)年平均净通量为-2.09 Pg/a。传统上忽略指数n变化和波浪效应以估算的CO_(2)气体交换速率和CO_(2)通量并没有使估算值更加远离真实值,而是由于两种效应的相互抵消,使得传统的结果会接近真实值。

38 mm型CO_(2)致裂器内部参数对致裂器做功能力影响

为快速获得液态CO_(2)致裂器内部参数对致裂器做功能力的影响特征,优化提高液态CO_(2)致裂器做功能力,提高煤层瓦斯抽采效率,设计液态CO_(2)致裂器做功能力快速评估试验装置。使用煤矿用38 mm型致裂器进行4水平3因素的9组正交试验,分析液态CO_(2)致裂器发热管内部装药量、主管内液态CO_(2)填充量、泄能片厚度以及泄能头释放口径对于致裂器做功能力的影响主次顺序;进一步对其中最重要的影响因素进行固定变量试验,分析最重要影响因素对液态CO_(2)致裂器做功能力的影响特征。结果表明:对于煤矿用38 mm型CO_(2)致裂器,泄能片厚度对于液态CO_(2)致裂器做功能力的影响最大,发热管内部装药量次之,主管内液态CO_(2)填充量及泄能头释放口径影响最弱;液态CO_(2)致裂器做功能力随着泄能片的厚度增加而增加,但当泄能片厚度增加到一定程度时,液态CO_(2)致裂器做功能力增幅不够明显,达到一定厚度泄能片不会破裂,当38 mm型致裂器内部参数设置为CO_(2)质量0.33 kg、释放口径18 mm、装药量60 g、泄能片厚度2.0 mm时致裂器做功能力对应三硝基甲苯(TNT)当量为0.202 kg,相对当前工地使用参数做功能力提升21.9%。

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。

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。

CO_(2)在模拟油田采出井环境中对P110钢腐蚀行为的影响

模拟油田CO_(2)采出井腐蚀环境,对油井套管钢P110钢进行了高温高压腐蚀实验,采用失重法测定了腐蚀速率,采用SEM、EDS和XRD观察分析了腐蚀产物的表面形貌及化学组成。结果表明:气相环境中,P110钢的腐蚀速率随温度和CO_(2)分压的升高而增大;液相环境中,P110钢的腐蚀速率在80℃时最大,可达3.7182 mm·a^(-1),温度高于90℃,腐蚀速率随温度升高而降低。CO_(2)分压小于1 MPa,P110钢的腐蚀速率随分压升高迅速增大,CO_(2)分压大于1 MPa腐蚀速率则缓慢增大。腐蚀产物的主要成分是FeCO_(3)及少量的铁锈,在高温时腐蚀产物膜对金属具有一定的保护作用。

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。

海北高寒灌丛草甸生态系统CO_2释放速率的季节变化规律

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站干柴滩地区以金露梅Potentilla fruticosa 灌丛草甸生态系统为研究对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒灌丛(GG)、丛内草甸(GC)和次生裸地(GL)的CO2释放速率进行了长期观测,并对年释放量作了初步估测。结果表明,GG,GC和GL CO2 的释放速率在一年内有明显的季节变化。植物生长季CO2 释放量明显高于枯黄期,释放速率GG>GC>GL(P<0 01),且均表现为正排放。不同季节CO2 释放存在明显差异,表现为夏季>秋季>春季>冬季。2003 年6 月30 日至2004年6月28日,高寒灌丛植被-土壤系统CO2 释放量为4 293 63±955 75 g/m2,丛内草甸植被-土壤系统CO2 释放量为3 319 68±806 19 g/m2,裸地CO2 的释放量为1 724 14±444 14 g/m2。CO2 释放速率的季节变化与土壤5 cm温度呈显著正相关关系(P<0 01)。

桂林盘龙洞土壤CO_2释放速率的分布状况和变化规律

以桂林盘龙洞岩溶实验场为例,选择岩溶洼地里的坡地灌木丛和洼地灌木丛2个样地,通过长期定时监测土壤CO2释放速率的季节变化、空间分布规律以及日动态变化。得知:⑴无论是坡地还是洼地,春季和夏季时土壤CO2释放速率表层土大于深层土,秋季和冬季时深层土大于表层土,且坡地大于洼地;⑵土壤CO2的释放速率具有明显的季节性变化特征,夏秋季(6-9月)土壤CO2释放速率是其它时期的1-3倍,并显示与气温、土壤含水率和生物活动密切相关。

青海果洛黄河源区高寒草甸CO_2释放速率研究

以青海果洛黄河源区高寒退化草甸生态系统为对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒退化草甸生态系统CO2释放进行了初步研究。结果表明:所选4种不同退化程度高寒草甸,即未退化草甸(A)、轻度退化草甸(B)、中度退化草甸(C)和重度退化草甸(D),其CO2释放速率有明显的日变化特征,日最大排放速率在15∶00-17∶00左右出现,最低值出现于清晨7∶00-9∶00左右,释放白天大于夜晚;(2)CO2释放速率具有明显的季节性变化特征,生长期CO2释放速率明显高于枯黄期,8月为CO2释放高峰期,1月或2月为CO2释放低谷期;(3)CO2释放速率的日变化主要受地表温度和5cm地温制约,季节动态与5cm地温呈显著正相关关系(P<0.01),本研究为进一步进行高寒退化草甸生态系统源江效应的准确估测提供科学依据。

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。

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。

福建长汀水土流失区重建植被马尾松和木荷夏秋季树干CO_2释放速率研究

采用红外气体分析法,于2008年夏季和秋季,原位监测了福建长汀水土流失区不同恢复程度样地重建植被马尾松(Pinus massoniana)、木荷(Schima superba)树干CO2释放速率(stem CO2efflux rate,FCO2);并分析了FCO2与树干温度、气温、树干液流密度、空气相对湿度、树干可溶性糖和淀粉含量的关系。结果表明:植被重建对福建长汀水土流失区夏季和秋季FCO2值大小、FCO2日变化规律、以及FCO2与生理生态因子的关系均有不同程度的影响。植被重建后样地中植物FCO2显著提高,恢复程度低样地马尾松夏秋季节FCO2的平均值为1.18μmol/(m2.s),显著低于恢复程度高样地马尾松、木荷(夏秋季节FCO2平均值分别为1.85,5.28μmol/(m2.s)(p<0.05)。夏季,恢复程度低样地马尾松FCO2日变化规律为三峰型,且其与树干温度、气温、树干液流密度、空气相对湿度显著相关(p<0.05);但其余时间,两样地马尾松、木荷FCO2日变化均为双峰模式,与各生理生态因子相关性均不显著。植被重建后,样地中温度、土壤肥力等环境因子改善,使植物树干生长速率加快,是导致样地间FCO2存在以上差异的主要原因。

油水混输管道CO_(2)腐蚀特性研究进展

CO_(2)油水混输管道所处的酸性环境极易引起管道内腐蚀,成为限制二氧化碳捕集与驱油封存技术发展的关键问题之一。目前,油水体系CO_(2)腐蚀行为研究已经成为管道安全和低碳技术领域广泛关注的重点问题。本文着眼于油水体系中钢材的CO_(2)腐蚀行为,分析总结了油水共存环境中CO_(2)腐蚀的行为特点和研究方法,比较了实验研究常用装置的优缺点及其腐蚀速率的表征方法,系统阐述了油气水多相环境中流动条件、水相组成、乳状液含水率及稳定性、流动形态和腐蚀产物膜等环境和组成条件对CO_(2)腐蚀行为的作用规律及腐蚀速率定量表征模型的发展现状。总体来看,对油水体系中CO_(2)腐蚀行为影响因素的定性分析和定量表征正逐步深入,但油相组成及乳状液微观形态与腐蚀速率的关联性仍不明确,可在现有宏观装置中耦合在线粒度分析仪等微观仪器进行原位数据采集,探究原油组成、界面润湿特性、乳状液微观结构及反相点等油相因素对CO_(2)腐蚀速率及产物膜性质的影响机理,建立考虑油相和乳状液特性的普适性腐蚀速率机理模型并逐步应用于工程实践。

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%。