超临界CO_2流体萃取土壤中污染物的应用研究进展

CO2在超临界状态下具有许多独特的物理化学性质,作为一种＂绿色＂溶剂,它具有无毒、无污染、易获取等优点。近年来,有关超临界CO2流体热力学相行为和溶解度性质的研究引起人们广泛的关注,与之密切相关的超临界流体萃取技术已在许多领域得到重视和发展。根据近年国内外运用超临界CO2流体对土壤中多环芳烃、多氯联苯、重金属等污染物的萃取应用,分析了温度、压力、共溶剂等因素对萃取效果的影响,通过与其他土壤修复技术的比较,展望了超临界流体萃取技术应用于土壤修复领域的可行性和研究方向。     

超临界CO2流体萃取土壤中污染物的应用研究进展

CO2在超临界状态下具有许多独特的物理化学性质,作为一种“绿色”溶剂,它具有无毒、无污染、易获取等优点。近年来,有关超临界CO2流体热力学相行为和溶解度性质的研究引起人们广泛的关注,与之密切相关的超临界流体萃取技术已在许多领域得到重视和发展。根据近年国内外运用超临界CO2流体对土壤中多环芳烃、多氯联苯、重金属等污染物的萃取应用,分析了温度、压力、共溶剂等因素对萃取效果的影响,通过与其他土壤修复技术的比较,展望了超临界流体萃取技术应用于土壤修复领域的可行性和研究方向。     

超临界CO2流体萃取土壤中污染物的应用研究进展

CO2在超临界状态下具有许多独特的物理化学性质,作为一种“绿色”溶剂,它具有无毒、无污染、易获取等优点。近年来,有关超临界CO2流体热力学相行为和溶解度性质的研究引起人们广泛的关注,与之密切相关的超临界流体萃取技术已在许多领域得到重视和发展。根据近年国内外运用超临界CO2流体对土壤中多环芳烃、多氯联苯、重金属等污染物的萃取应用,分析了温度、压力、共溶剂等因素对萃取效果的影响,通过与其他土壤修复技术的比较,展望了超临界流体萃取技术应用于土壤修复领域的可行性和研究方向。     

超临界CO2压裂起裂压力模型与参数敏感性研究

超临界CO2流体具有低黏度、无表面张力的特性,若应用于非常规油气储层压裂可望实现一种无污染的新型无水压裂方法。通过建立流体在井筒内的增压速率模型,得到了考虑超临界CO2流体黏度、压缩性及增压速率的裂缝起裂压力预测模型,并与水力压裂、液态CO2压裂起裂压力进行了对比分析。结果表明,超临界CO2流体的起裂压力比液态CO2流体低20.5 %,比常规水力压裂起裂压力低75.5%;超临界CO2流体的黏度、压缩性及增压速率对裂缝起裂压力影响显著。模型与文献中试验数据对比,误差在3%以内,可为超临界CO2压裂起裂压力预测提供指导。     

沁水盆地南部深部煤层超临界CO2吸附特征及其控制因素

为揭示深部煤层超临界CO₂（ScCO₂）吸附特征及其控制机理,以沁水盆地南部余吾矿、寺河矿、成庄矿的3号煤为研究对象,通过自制等温吸附仪进行了不同温度（45℃,62.5℃,80℃）、最高压力达到CO₂超临界压力以上时的等温吸附实验。研究结果表明：高温高压条件下ScCO₂吸附曲线不同于常温常压下CO₂吸附曲线,随压力升高ScCO₂过剩吸附量和绝对吸附量分别呈4段式和3段式变化,ScCO₂达到过剩吸附量峰值出现的压力点具有随温度升高向高压增高的特征;ScCO₂过剩吸附量远低于绝对吸附量,无法采用Langmuir吸附模型进行解释;温度对ScCO₂吸附抑制明显,水分对ScCO₂吸附没有起到抑制作用,灰分含量较高对ScCO₂吸附量有明显抑制作用,煤中高镜质组含量和高R_max对ScCO₂吸附具有较明显的促进作用;超临界状态下煤对ScCO₂的吸附量大小由微孔和过渡孔所控制,且与微孔比表面积大小有关,高变质煤对ScCO₂的吸附能力降低可能是因微孔中矿物充填所致。     

超临界CO2萃取技术在地表油气化探中的应用

超临界CO2流体萃取技术萃取地表油气化探样品中的稠环芳烃,以荧光光谱仪进行测定,重复性和稳定性较好,其相对标准偏差小于5%,与常规化探冷萃取方法对比显示出明显的优势.将该技术应用于南阳凹陷N65井区剖面上,分析测试数据,并与顶空气轻烃、酸解烃等化探指标进行对比,随后在南阳凹陷黑龙庙地区开展地表油气勘探,结果发现,超临界CO2技术在圈划油气聚集区方面有一定作用.     

超临界CO2作用下页岩力学特性损伤的试验研究

随着社会对清洁能源的需求不断扩大,超临界CO2强化页岩气开发技术受到广泛关注。为研究超临界CO2对页岩力学特性的影响,将四川盆地志留系龙马溪组页岩作为研究对象,对其进行不同浸泡时间条件下的超临界CO2浸泡试验,并通过劈裂试验和三轴压缩试验,获得浸泡前后页岩强度与变形的变化规律,进而结合SEM、XRD等系列页岩微观测试,初步探讨超临界CO2与页岩的相互作用机制。研究结果表明：超临界CO2浸泡后页岩的抗拉强度、三轴抗压强度、弹性模量均出现不同程度的下降,而随浸泡时间的加长,页岩强度的损失量增大。初步分析表明：在超临界CO2作用下,一方面改变了页岩的颗粒骨架和孔隙结构,另一方面改变了页岩的矿物成分组成,降低页岩岩石颗粒间的胶结程度,从而劣化页岩的力学性质。     

CO_2地质封存泄漏研究进展

CO_2地质封存(GCS)是一项将CO_2注入并且永久封存于地下含水层或废弃油气储层等地质体内的CO_2减排技术。由于场地地质条件和人类开发活动导致的不确定性,注入储层的CO_2可通过泄漏废弃井、断层或裂缝以及盖层的"薄弱带"等途径发生泄漏。基于对国内外文献的广泛调研,综述了GCS泄漏及封存安全的研究进展。CO_2沿钻井泄漏一般是因为化学或力学作用导致CO_2沿钻井环空水泥、井筒桥塞或围岩破碎带发生泄漏。CO_2注入储层可能导致盖层破裂,激活原本闭合的断层或断层面滑动。CO_2沿断层/裂缝泄漏主要受有效渗透率、裂缝开度等因素影响。盖层泄漏的方式可归纳为渗透泄漏、扩散泄漏和沿裂隙泄漏3种。CO_2透过盖层的扩散泄漏对于大时空尺度CO_2地质封存泄漏评估不应忽视。CO_2泄漏通常会导致受影响的含水层内地下水的p H值减小、盐度升高、离子增多等地球化学响应,甚至存在自由态CO_2。含水层内流体压力和地球化学特征可用于有效监测封存CO_2、咸水与其他流体的泄漏。GCS泄漏研究目前还十分有限,我国尤其缺乏泄漏的定量研究。     

超临界CO_2增强热卤水开采模型研究

面对全球气候变化和能源紧缺的巨大压力,CO2地质利用技术成为研究的焦点。为了实现CO2减排及资源化利用,提出了利用超临界CO2增强卤水提取和地热能开采的CO2地质利用集成系统的概念。通过建立CO2注入热卤水储层的质量平衡模型,分析了不同流量的卤水生产、CO2注入以及储层边界流对储层变化的影响,初步评估了该系统的CO2封存量、卤水提取量以及储层流体组成变化的时间尺度。研究表明,注入CO2提供了热卤水层的压力维持,促进卤水和地热资源的可持续开采,对于江陵凹陷研究区9×108 m3的储层有效体积,注入9.95×106 t CO2可提取17.12×106 t卤水,时间尺度超过30a。对于50~1 000kg/s的卤水生产速度,可以产生0.9~18.8 MW电力。同时,该技术增加了CO2的封存容量和效率,有利于CO2大规模安全封存,经济和环境效益显著。     

超临界CO2岩石致裂机制分析

超临界CO2是一种介于气体和液体之间的特殊状态的CO2流体,具有低黏、高扩散性和零表面张力等独特的性质。利用超临界CO2作为压裂液,有助于裂缝的起裂和扩展,同时可避免储层伤害。通过研究超临界CO2射流破岩和压裂特性,分析得到了超临界CO2岩石致裂机制。研究结果表明,超临界CO2低黏等特性使其更容易进入岩石微孔和微缝之中,在岩石内部建立大小不一的流体压力系统,使岩石发生拉伸和剪切破坏;常规流体压裂起裂压力较高,裂缝一般为单条或多条平直裂缝,大多沿着同一方向贯穿强度较高的胶结颗粒,且裂缝断面光滑、平整;超临界CO2压裂起裂压力相比于常规流体压裂低,在岩石中形成的裂缝网络较为复杂,裂缝互相连通,一般沿着强度较低的胶结物开裂,较少贯穿胶结颗粒,裂缝断面较为粗糙。该研究结果可为超临界CO2压裂技术的实施提供理论支撑。     

超临界二氧化碳钻井技术

当温度和压力分别达到31．10℃、7．38 MPa及以上时,CO2成为超临界状态,超临界CO2具有类似于液体的密度,而其粘度又比空气和氮气大,可以驱动井下动力钻具旋转破岩,并携带岩屑,形成超临界CO2钻井技术。超临界CO2钻井具备破岩速度快、油气层保护好、驱替效率高等优势,对于非常规油气藏开发具有明显优势。超临界CO2钻井与连续管钻井技术相结合,应用于压力欠平衡钻井和压力衰竭地层前景广阔。介绍了超临界CO2物理特征、超临界CO2钻井技术流程及其技术优势,最后阐述了超临界CO2钻井技术的研究进展及发展趋势。     

含裂隙碳酸盐岩酸化中超临界CO2对虫孔生长的影响初探

酸化是一种广泛应用于碳酸盐岩储层的增渗改造技术,其基本原理是将酸液注入储层裂隙,通过溶蚀反应使矿物溶解形成虫孔等通道,从而提高储层的渗透性和生产效率。以往的研究主要聚焦于优化注酸条件以提高成孔效率,忽略了碳酸盐岩酸化副产物CO2的影响。本研究针对三个含单裂隙的碳酸盐岩试样,开展不同浓度盐酸溶液的酸化实验,监测试样渗透率的变化;并在试验前后分别进行裂隙表面形貌激光扫描和内部空隙CT扫描,基于扫描结果对比分析了注酸条件对溶蚀效果的影响。研究结果表明：在流速、酸液浓度与种类等条件相同的条件下,CO2是否进入超临界态对虫孔形态有重要影响;超临界CO2可有效促进虫孔的生长,生成窄而长的虫孔,并显著提高溶蚀效果,试样的渗透率可提高3~9倍;而在CO2未进入超临界态的条件下,溶蚀形态接近面溶蚀或锥形虫孔,未贯通试样,试验前后渗透率没有显著变化,这是因为酸化反应产生的气态CO2会阻碍酸液的流动,从而降低酸化效果。本文结果揭示了在酸化中正面利用副产物CO2的可能性,有助于对现有酸化工程方案的优化和提升。     

Three-dimensional intraplate stress distributions associated with topography and crustal density inhomogeneities beneath the Deccan Volcanic Province

The generation of intraplate earthquakes has been attributed to perturbations in the stress regime, either due to surface and sub-surface loading or strength weakening of the rock mass. The present work aims at estimating the intraplate stresses associated with topography and crustal density inhomogeneities beneath the Deccan Volcanic Province (DVP). A layered crustal model with irregular interfaces of small amplitude has been used for elastostatic stress calculations. The computed principal stress differences show a significant concentration at 5–20 km depths beneath the western side of the region. The maximum magnitude of principal stress difference occurs beneath the Karad at a depth of 10 km with a value of 60 MPa. The deviatoric stress estimates are further superposed on inferred stresses due to the regional plate tectonic forces. These results show principal stress difference concentrations beneath the Koyna, Poona and Karad regions which may thus be more vulnerable to brittle failure. It is also seen that the principal total stress directions point to the strike slip motion at Koyna, similar to that which is associated with the 1967 Koyna earthquake.     

超临界态甲烷密度研究

超临界甲烷密度不仅是非常规天然气资源量计算与吸附能力测定的重要参数,同时也是衡量超临界甲烷扩散效率与溶解有机物能力的主要指标。通过对比分析各种气体状态方程的适用性,认为基于亥姆霍兹能量基本状态方程可以准确计算0~30 MPa、270~360 K条件下甲烷的密度。利用Microsoft Office Excel编写了甲烷密度的计算程序,与NIST （美国国家标准与技术研究院）商业软件计算结果相比,误差小于0.05%。分析了0~100 MPa、270~360 K范围内甲烷密度的变化规律。结果表明,甲烷密度随压力增大而增大,在低于30 MPa时增速较大且对温度的敏感性较强,高于30 MPa时增速逐渐变缓,且敏感性减弱。在煤层原位条件下随着埋深的增大,甲烷密度随温度升高而减小,随压力增大而增大;在温度与压力共同作用下,甲烷密度呈先增速不变、近似线性增加,后增速逐渐减小、凸曲线形增加的变化规律。游离态甲烷密度受温度的影响比吸附态甲烷小,是深部煤层气资源增量的主要贡献者。研究结果为深部煤层气赋存及其潜力预测提供了基础参数。