储层条件下超临界二氧化碳与原油体系最小混相压力研究
第57卷第2期2017年3月
大连理工大学学报J o u r n a l o fD a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y
V o l .57,N o .2M a r .2017
文章编号:1000-8608(2017)02-0119-07
储层条件下超临界二氧化碳与原油体系最小混相压力研究
赵跃军*1,2
, 宋考平1,2, 范广娟3
(1.东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆 163318;
2.东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室,黑龙江大庆 163318;
3.东北石油大学地球科学学院,黑龙江大庆 163318)
摘要:注二氧化碳开采原油已经成为目前世界范围内特低或超低渗透油田重点采用的提高
原油采收率技术,驱油过程中较为理想的驱替形态就是能够形成二氧化碳混相驱,而最小混相压力是形成混相驱关键因素之一,因此快速准确预测最小混相压力是实现混相驱的重要环节.通过长细管驱替实验法和多种经验公式法对储层条件下超临界二氧化碳与试验区原油体系最小混相压力的预测进行了研究,并用长细管驱替实验法对各经验公式法测定的结果进行了误差分析.研究结果表明:长细管驱替实验法预测的最小混相压力为29.15M P a ;各经验公式法计算得到的最小混相压力相差较大,预测最大值为42.60M P a ,最小值为10.34M P a ,平均值为26.83M P a ;对比长细管驱替实验法测得的结果,各经验公式法预测的最小混相压力平均值的相对误差为7.96%,其中相对误差最小的是石油采收率研究所提出的P R I Ⅰ方法,
相对误差为1.26%.
关键词:最小混相压力;超临界二氧化碳;混相驱;长细管驱替实验法;经验公式法中图分类号:T E 348
文献标识码:A
d o i :10.7511/d l l g
x b 201702002收稿日期:2016-07-18; 修回日期:2017-01-13.
基金项目:国家重大科技专项(2011Z X 05009);国家自然科学基金资助项目(51404070).
作者简介:赵跃军*(1980-),男,博士,副教授,E -m a i l :f a n c y z y j
@163.c o m.0 引 言
最大幅度提高原油采收率(E O R )
是国内外所有油田及石油工作者和研究人员追求的目标.虽然水驱采油技术在国内已经形成了一套很成熟的体系,然而对于特低渗透和超(致密)低渗透油田来说,注水开发技术是不适合的.多数油田需要采用注气开发,而在气源的选择中二氧化碳由于自身的优势成为了很多油田应用的对象
[1-7
].
经研究发现,在二氧化碳驱油过程中会出现混相驱或者非混相驱的驱替形态,实际数据表明存在混相驱区块的采收率要高于非混相驱区块较多,然而能否形成混相驱的关键性因素之一就是原油与二氧化碳体系的最小混相压力,并且最小混相压力主要受储层与原油性质二注入气体成分组成二地层
温度和地层压力等因素的影响[8-16
].
所以整个区块能否尽早全面实现混相驱与能否快速准确地预测最小混相压力有着非常重要的关系.本文针对
超临界二氧化碳与该试验区原油体系最小混相压力首次采用长细管驱替实验法进行预测和确定,并对各经验公式法预测的结果进行误差分析,最终优选出适合预测相似区块最小混相压力的方法.长细管驱替实验法是被广泛应用且普遍认可的实验方法,该方法的预测结果对于经验公式法的优选具有重要作用,尤其对于该试验区能够尽快全面实现二氧化碳混相驱和进一步提高原油采收率具有重要研究价值.
油田试验区北部油藏埋藏较浅,油层顶面深
度1400~1900m ,南部埋藏较深,油层顶面深度2100m 左右.
试验区周围断裂比较发育,均为正断层,走向以近于南北向为主,断层延伸长度一般为2.5k m ,断距一般为35~50m ,倾角为25?~
45?,天然裂缝不发育,储层平均孔隙度为0.102,
平均渗透率为1.2?10-3μ
m 2
,饱和压力为7.76M P a ,气油比为40.3m 3/m 3
,原油密度为0.8536g
/c m 3
,体积系数为1.1480,黏度为1.88m P a 四网络出版时间：2017-03-24 14:28:22
网络出版地址：https://www.360docs.net/doc/6316913115.html,/kcms/detail/21.1117.N.20170324.1428.032.html
s,单脱死油相对分子质量为264.1,井流物组分摩尔分数:甲烷8.27%二C2~C1026.12%二C11+ 43.04%二C O2与N2和22.57%,地层温度为111.5?,地层压力为31.2M P a.
1经验公式法预测最小混相压力作者在调研一些关于经验公式法的文献时,发现部分文献中经验公式的单位或相关参数不是统一的,这样会导致同一个经验公式在不同文献中的表达式都是不同的,不方便进一步应用和研究.因此在查阅了相关的中文文献和外文原始文献的基础上,统一了各经验公式中各个变量的单位和相关参数.
针对超临界二氧化碳与原油体系最小混相压力的预测,国内外的研究人员和学者提出过许多种经验公式.但有些方法只能预测二氧化碳纯度的影响或者应用条件与本试验区块实际情况不符,本文对此类方法不作讨论,如:S e b a s t i a n经验公式方法二D u n y u s h k i n-N a m i o t方法和K o v a r i k 方法等.(
1)N a t i o n a l P e t r o l e u m C o u n c i l(N P C)方法
N a t i o n a l P e t r o l e u m C o u n c i l(N P C)给出了以原油密度作为主要指标二地层温度作为辅助指标的确定最小混相压力的方法[17-19](见表1).
表1 N P C方法
T a b.1 N P C m e t h o d
判断指标最小混相压力
ρo/(g四c m-3)重力/?A P I p m m/p s i p m m/M P a
>0.8927<27400027.586 0.8762~0.892727~30300020.690
<0.8762>3010006.897
温度校正
判断指标最小混相压力附加值t/?t F/℉Δp/p s iΔp/M P a
<48.89<12000 48.89~<65.56120~<150+200+1.379 65.56~<93.33150~<200+350+2.414 93.33~121.11200~250+500+3.448
(2)G l a s o经验公式
G l a s o在B e n h a m和A l s o n等对最小混相压力预测研究的基础上,给出了中等组分含量在18%以上和以下的两种关系式[20-25].
①中等组分含量大于等于18%时的经验公式
p m m=[1.6673?10-9M3.73r,C7+?
e x p(786.8M-1.0582
r,C7+)]?(0.0127t+
0.225)+5.5805-0.0235M r,C7+(1)式中:p m m为最小混相压力,M P a;M r,C7+为脱气油中C7+的相对分子质量;t为油藏温度,?.
②中等组分含量小于18%时的经验公式
p m m=[1.6673?10-9M3.73r,C7+?
e x p(786.8M-1.0582
r,C7+)]?(0.0127t+
0.225)+20.3214-0.0235M r,C7+-
0.8356x R F(2)式中:x R F为油藏流体中C2~C6的摩尔分数.
(3)J o h n s o n-P o l l i n(J-P)经验公式[26]
p m m=p c i+0.006897α(t-t c i)+
0.006897I(βM r-M r,i n)2(3)式中:p c i为i组分的临界压力,M P a;t c i为i组分的临界温度,?;M r,i n为注入气体的相对分子质量;M r为原油的平均相对分子质量.
对于纯二氧化碳:I=1.2762,α=18.9,β= 0.285.于是式(3)转换为
p m m=7.528+0.1304?(t-31.04)+
0.0088?(0.285M r-44.01)2(4)
(4)石油采收率研究所经验公式
石油采收率研究所根据与最小混相压力相关的不同指标参数给出了两个经验公式[20],第一个是与二氧化碳蒸气压曲线相关的经验公式P R IⅠ: p m m=0.051?102.772-1579/R t(5)其中R=1.8t+492.
第二个是与油藏温度相关的经验公式P R IⅡ:
p m m=-4.8913+0.415t-0.0015974t2(6)
需要注意的是:若最小混相压力小于饱和压力,则令最小混相压力等于饱和压力.
(5)C r o n q u i s t经验公式
C r o n q u i s t提出了与原有的甲烷摩尔分数二C5+馏分的相对分子质量和温度等原油特性参数相关的两种形式的经验公式[21],这些参数对最小混相压力的影响较大.
第一种形式:
p m m=15.988?(1.8t+32)K(7)其中
K=0.744206+0.0011038M C5++
0.0015279x P C I
式中:M C5+为戊烷以上馏分的摩尔质量,g/m o l;
021大连理工大学学报第57卷
x P C I 为甲烷和氮气的摩尔分数,
%.第二种形式: p m m =60.5329-0.0736125t -0.0492924M C 5++7.42965?10-4
a +2.102?10-4
b -5.124?10-4
c -
13.4691l o g t -0.248029l o g x C 1
(8
)其中
a =M C 5+?x C 1;
b =
M C 5+?t ;c =t ?x C
1
式中:x C
1
为甲烷的摩尔分数.(6)A l s t o n 经验公式
A l s t o n 给出了与二氧化碳气体纯度相关的
最小混相压力预测的经验公式[22]
.
由于该试验区的注入气体为纯二氧化碳,对于不纯注入气体的经验公式这里没有列出.
对于纯二氧化碳的经验公式:
p m m =6.
0536?10-6?(1.8t +32)1.06
?M 1.78C 5+
(n v o l /n m i n t )0.136
(9)式中:n v o l 二n m i n t 分别为原油中挥发成分(如N 2和
C 1)物质的量和中间烃(C 2-4二C O 2和H 2
S )组分物质的量.
需要注意的是:如果最小混相压力小于饱和压力,则令最小混相压力等于饱和压力.
(7)S i l v a 经验公式
S i l v a 等[2
7-28
]根据原油中各分子大小的分布对最小混相压力的影响建立了原油相对分子质量分布与最小混相压力之间的函数关系式.式(10)给出了C 2~C 31各馏分烃的归一化质量分数公式.
W i C 2+
=w i e31
j =2
w
j
(10
)式中:w i 为i 组分的质量分数,当i =31时,其数值表示为C 31以上所有组分的质量分数之和.
体系达到相平衡时,i 组分的分配系数K i 为
l o g K i =-0.04175C i +
0.7611(11)其中,C i 为i 组分的碳原子数,C 31用平均碳数C 33代替.如果组分的质量分数是分段给出的,则对应的K i 可以按照组分的平均碳数计算.
质量组成参数F 的计算公式如下:
F =e31
i =2
K i w i
二氧化碳密度在系统压力达到最小混相压力时的表达式为 ρC O 2
=0.42;
F ?1.467
-0.524F +1.189;F <1.467
{
(12
)然后再利用R e d l i c h -K w o n g (
R -K )状态方程[11-12
]求出二氧化碳与原油体系的最小混相压力: p s y =R T s y /(M s y /ρs y -b )-a /[T 0.5
s y (M s y /ρs y )?(M s y /ρ
s y +b )](13)a 二b 为特性参数,
其计算公式如下:a =0.45748R 2t 2.5
c i /p
c i b =0.08664R t c i /p
c i 其中:p s y 为体系压力,M P a ;T s y 为体系温度,
K ;M s y 为体系平均摩尔质量,g /m o l ;ρ
s y 为体系密度,g /m 3
;R 为理想气体常数,取值0.0083144k J /(m o l 四K ).
或者根据二氧化碳气体达到上述密度和储层
温度条件下对应的压力来计算并查表得到其最小混相压力值.
需要注意的是:如果泡点压力高于最小混相
压力,则最小混相压力等于泡点压力.
2 长细管驱替实验法测定最小混相
压力
2.1 实验原理及装置
本研究所用的长细管驱替实验装置是自行组建的(见图1和表2),装置主要为分别装有试验区油田原油二二氧化碳和蒸馏水的活塞容器二填砂细管二回压阀二气体流量计二液体流量计二I S C O 全自动泵等.
图1 长细管驱替实验装置示意图
F i g .1 T h e s k e t c ho f t h e l o n g s l i mt u b e d i s p
l a c e m e n t e x p
e r i m e n t d e v i c e 表2 长细管驱替实验模型基本参数
T a b .2 T h eb a s i c p a r a m e t e r s o f t h e l o n g s
l i mt u b e d i s p l a c e m e n t e x p
e r i m e n tm o d e l 主要参数
数值最高温度/?
200
最高压力/M P a
70长度/m 18.5内径/m m 3.87外径/m m
6.37填充物(纯净石英砂)
/目185~230
孔隙度/%
43气体渗透率/μ
m 25.97
1
21 第2期
赵跃军等:储层条件下超临界二氧化碳与原油体系最小混相压力研究
2.2 实验流程
(1)实验准备:打开恒温箱并加热,当温度接近储层实际温度后通过调节恒温控制器使恒温箱内温度保持在预定值上;用甲苯和石油醚溶剂进行细管模型的清洗,接着用高压空气将残留的溶剂吹干;开泵后推活塞至容器顶部,将容器内的气体排出.
接着向活塞容器中注入二氧化碳后将阀门关闭;填砂细管加饱和蒸馏水,计算该细管孔隙度;用甲苯清洗填砂细管中的蒸馏水,放在恒温箱中烘干,将细管中的甲苯蒸发掉;用I S C O 恒压恒速泵向细管模型中压入配制好的模拟油,当模拟油注入量达到1.5倍孔隙体积时停止,根据其注入量和出液量的体积差就能够计算并确定出细管模型中的饱和油量,至此实验准备工作完毕.
(2)压力调整:开启I S C O 恒压恒速泵,使活塞容器中气体的压力提高至低于驱替实验压力的1~3M P a 停止加压;
通过调节手动泵使回压提高到预定的实验驱替压力;在恒压下开泵注入二氧化碳气体进行实验驱替,此时打开细管模型的出口阀门并调整活塞容器中的气体压力,该压力要等于或略高于实验驱替压力.
(3)计量并计算:在实验驱替过程中,对产油量二产气量和泵读数等数据根据实验情况定时进行测定并检查油样饱和情况;当累计注气体积大于1.2倍孔隙体积时停止注入并计算该次驱替实验的采收率.注意事项:当一次实验结束后,要重新进行细管模型的清洗,以免影响下一次的实验结果.
(4
)实验方案的制订:按照上述的实验流程进行下一个压力点下的驱替实验.通常情况下,通过该实验方法要分析出某种气体的最小混相压力,
至少需要测出5个以上压力点的采收率.本实验设定的6个实验回压分别为24二26二28二30二32和
34M P a .2.3 实验结果
目前,多数研究者认同的判定细管实验为混相驱替的准则为:注入1.2倍孔隙体积二氧化碳气体时的原油采出程度大于90%,而且随着驱替压力的升高,驱油效率没有明显的增加;在观察窗中可以观察到混相流体,即在二氧化碳和其之前的油墙间不存在明显的界面.
确定最小混相压力(MM P )
的方法是在保证长细管驱替实验非混相驱替和实现混相驱替各有3次的情况下,
绘制各次长细管实验注入气体量为1.2倍孔隙体积时对应的原油采出程度与驱替压力的关系曲线图,非混相驱替段拟合回归的直线与混相驱替段拟合回归的直线的交点所对应的压力值即为最小混相压力值.
根据实验结果(表3)绘制注入1.2倍孔隙体积
二氧化碳气体时的原油采出程度与实验驱替压力之间的关系曲线(图2),确定该试验区储层原油与超临界二氧化碳体系的最小混相压力为29.15M P a .表3 试验区原油注C O 2长细管驱替实验结果
T a b .3 T h el o n g s l i m t u b ed i s p l a c e m e n te x p
e r i m e n t r e s u l t s o
f c r u d eo i lw i t hi n j e c t i n
g C O 2i
nt h e t e s t a r e a
实验温度/?实验压力/M P a
注入C O 2气体为1
.2倍孔隙体积时采出程度/%
评价111.52468.84非混相111.52677.80非混相111.52886.11非混相111.53091.35混相111.53292.86混相111.5
34
93.97
混相
图2 试验区原油注C O 2长细管驱替实验采
出程度与驱替压力关系曲线
F i g .2 T h e r e l a t i o n c u r v e b e t w e e n t h e r e c o v e r y a
n d t h ed i s p l a c e p r e s s u r eo f t h e l o n g s
l i mt u b e d i s p l a c e m e n te x p e r i m e n to fc r u d eo i l w i t h i n j e c t i n g C O 2i
n t h e t e s t a r e a 3 最小混相压力预测结果对比
将应用广泛并被普遍认可的长细管驱替实验法与各经验公式法预测的最小混相压力进行对比
(表4),可以看出:长细管驱替实验法得到的最小混相压力为29.15M P a ;经验公式法中预测的最小混相压力最大值为42.60M P a ,最小值为10.34M P a ,平均值为26.83M P a
;所有经验公式预测的最小混相压力平均值的相对误差为7.96%,其中相对误差最小的是P R I Ⅰ方法,相对误差为1.26%,其次是J -P 经验公式法,相对误差为8.82%;其他2
21大连理工大学学报
第57卷
各经验公式方法的预测结果相对误差较大.
表4 最小混相压力预测结果对比
T a b .4 T h e c o m p
a r i s o no f t h e p r e d i c t i o n r e s u l t s o f t h em i n i m u m m i s c i
b l e p r e s s u r e
预测方法最小混相压力预测值/M P a 相对误差/%N P C 方法
10.3464.52G l a s o 经验公式42.6046.15J -P 经验公式
26.588.82石油采收率研究所经验公式P R I ⅠP R I Ⅱ
28.781.26
21.5226.17C r o n q
u i s t 经验公式形式一形式二32.6512.0120.8628.44A l s t o n 经验公式21.9524.71S i l v a 经验公式
36.1924.14
长细管驱替实验法29.15
4 结 论
(1
)试验区原油储层条件下应用长细管驱替实验法预测的最小混相压力为29.15M P a ;各经验公式法预测得到的最小混相压力相差较大,压力预测的平均值为26.83M P a ,平均值的相对误差为7.96%,
其中相对误差最小的是石油采收率研究所提出的P R I Ⅰ方法,
压力预测值为28.78M P a ,相对误差为1.26%.
(2)在实验设备和时间等条件允许的情况下,长细管驱替实验法仍然是试验区油田储层条件下最小混相压力预测较为可靠的方法.而在进行预筛选或可行性研究时也可以应用石油采收率研究所提出的P R I Ⅰ方法快速预测试验区油田及其他相似区块的原油与超临界二氧化碳体系最小混相压力.(3
)各经验公式法是在各自特定的油藏环境二储层和流体性质等条件下通过大量的统计回归分析得到的,具有较强的局限性.因此用经验公式法预测最小混相压力时,一定要结合试验区块的实际情况通过长细管驱替实验法或者其他方法进行误差分析和适应性分析之后才可应用.
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(1.C o l l e g eo f P e t r o l e u mE n g i n e e r i n g ,N o r t h e a s t P e t r o l e u mU n i v e r s i t y ,D a q i n g 1
63318,C h i n a ;2.T h eK e y L a b o r a t o r y o f E n h a n c e dO i l a n dG a sR e c o v e r y o f E d u c a t i o nM i n i s t r y ,N o r t h e a s t P e t r o l e u mU n i v e r s i t y ,D a q i n g 1
63318,C h i n a ;3.C o l l e g eo f G e o s c i e n c e s ,N o r t h e a s t P e t r o l e u mU n i v e r s i t y ,D a q i n g 163318,C h i n a )A b s t r a c t :D e v e l o p i n g o i l b y i n j e c t i n g c a r b o nd i o x i d e h a s b e c o m e t h e i m p o r t a n t e n h a n c e do i l r e c o v e r y
t e c h n o l o g y f o r t h eu l t r a -l o w p e r m e a b i l i t y o i l f i e l da n de x t r a -l o w p e r m e a b i l i t y o i l f i e l d i nt h ec u r r e n t w o r l d .T h ei d e a ld i s p l a c e m e n ti st of o r m c a r b o n d i o x i d e m i s c i b l ef l o o d i n g i
nt h e p r o c e s so fo i l d i s p l a c e m e n t .T h em i n i m u m m i s c i b l e p r e s s u r e i s o n e o f t h ek e y f a c t o r s t o f o r m m i s c i b l e f l o o d i n g
.S o i t i s a n i m p o r t a n t p a r t o f t h e r e a l i z a t i o no fm i s c i b l e f l o o d i n g t o p r e d i c t t h em i n i m u m m i s c i b l e p r e s s u r e q u i c k l y a n d a c c u r a t e l y .T h em i n i m u m m i s c i b l e p r e s s u r e p r e d i c t i o no f t h e s u p e r c r i t i c a l c a r b o nd i o x i d e a n d c r u d e o i l s y s t e mu n d e r r e s e r v o i r c o n d i t i o no f t h e t e s t a r e a i s s t u d i e dt h r o u g ht h e l o n g s l i mt u b e d i s p l a c e m e n t e x p e r i m e n tm e t h o d a n dav a r i e t y o f e m p i r i c a l f o r m u l am e t h o d s .T h em i n i m u m m i s c i b l e p r e s s u r e p r e d i c t e db y t h e l o n g s l i mt u b ed i s p l a c e m e n te x p e r i m e n tm e t h o di sa p p l i e dt oa n a l y z et h e r e l a t i v e e r r o r o f t h e r e s u l t o f t h e e m p
i r i c a l f o r m u l am e t h o d s .T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t t h em i n i m u m m i s c i b l e p r e s s u r e p r e d i c t e db y t h e l o n g s l i mt u b e d i s p l a c e m e n t e x p e r i m e n tm e t h o d i s 29.15M P a ;t h e m i n i m u m m i s c i b l e p r e s s u r ev a l u e sc a l c u l a t e d b y t h ev a r i o u se m p
i r i c a lf o r m u l a m e t h o d sa r e q u i t e d i f f e r e n t :t h e m a x i m u m i s42.60M P a ,t h e m i n i m u m i s10.34M P a ,a n dt h ea v e r a g
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21 第2期
赵跃军等:储层条件下超临界二氧化碳与原油体系最小混相压力研究
二氧化碳的实验室制法----教案
《二氧化碳的实验室制法》教学设计、教材分析： 教材在学习了氧气的实验室制法的基础上安排了二氧化碳的 实验室制法。这样安排可以使学生对氧气的认识得到巩固、补充和深化，通过小结氧气的实验室制法来总结出实验室制取气体的思路和方法。可以使学生分析问题、解决问题的能力、认识事物过程的能力得到发展和提高。从而为学生以后研究、探讨其它气体的实验室制法，指明了正确的学习顺序。 、设计思想： 因为本节课的重要性和典型性，在教学中力求做到以学为主， 学生是学习的主人，在教学过程中，教师是学习的组织者和引导者，建设一个以学生动脑、动口、动手的和谐的学习氛围，给学生在时间和空间上提供广阔的教学天地来培养学生的成功感，从而培养学生终身学习的能力。 、教学目标： 1．知识目标： 1)、通过分析氧气的实验室制法，使学生了解在实验室内制 取气体的方法和设计思路。 2)、探讨二氧化碳的实验室制法，使学生掌握实验室制取 氧化碳的原理和实验装置。 2．能力目标： (1) 、通过对氧气、氢气实验室制法的分析，培养学生对知识
的归纳总结能力。 2）、通过研讨二氧化碳的实验室制法来提高学生分析和解决 实际问题的能力。 3．情感目标： 1）、通过对气体实验室制法的设计思路和方法的归纳总结， 培养学生开阔的思维和思想。 2）、通过对二氧化碳实验室制法的研究和探讨，来激发学生 的学习欲望，创建一个和谐民主的学习氛围。 四、教学重点： 实验室制取二氧化碳的化学反应原理、实验装置和制取方法。 五、教学难点： 从实验室制取气体的设计思路出发，学习二氧化碳的实验室 制取方法。 六、教学关键：实验室制取气体的设计思路 七、教学方法：实验探索、分析、对比、讨论、归纳等启发式教 学方法。 八、学生学法：学生比较、分析、归纳、总结的方法 九、教学手段：多媒体教学、教师演示实验（第二课时学生在实 验室分组演示） 、教学过程：学习目标：学习目标的展示让学生明确本节课的具体的学习目标和任务。 回忆：
超临界二氧化碳循环分析2
超临界二氧化碳循环特性 作为第四代核能系统的候选堆型，超高温气冷堆和气冷快堆具有高安全性、高效率、用途广等特点，且均拟采用氦气作为反应堆直接循环工质。由于氦气具有稳定、无毒、无感生放射性、热容大等特点，因此，目前世界上的气冷堆广泛使用氦气作为直接闭式Brayton循环的工质及反应堆的冷却剂。但氦气循环需较高的循环最高温度（堆芯出口温度）才能达到满意的效率，因此，对反应堆的结构材料、燃料元件材料等提出了较高的要求，同时由于氦气密度低、可压缩系数小等缺点，氦气循环叶轮机械的制造也产生了一定困难。 与氦气相比，CO2因其密度大，且易于压缩，CO2的临界温度为304.19K，比环境温度略高，临界压力为7.3773MPa，在运行工况下，可利用其实际气体的性质减少压缩功等，采用CO2作为工质的循环所需的温度不需太高即可与氦气循环具有相当的效率，因此，使用CO2作为气冷堆循环的工质具有广阔的潜力。同时，CO2循环也被推荐使用于第4代核能系统中的钠冷快堆（SFR）和铅冷快堆（LFR）。 1. 二氧化碳动力循环 （1）简单超临界Brayton循环 与理想气体的Brayton循环类似，CO2的简单超临界Brayton循环如图1-1所示,分为以下几个部分:1至2为CO2在压缩机中被压缩至循环最高压力的过程；2至3为CO2在回热器中的吸热过程；3至4为CO2在中间换热器从反应堆堆芯或热源的吸热过程；4至5为CO2在透平中的膨胀做功过程；5至6为CO2回热器中的回热过程；6至1为CO2的预冷过程。其中，2至3及5至6的回热器的回热过程是Brayton循环的关键。回热器的存在使得Brayton循环的热量得以最大限度地利用，从而提高了循环的效率。
储层伤害源_定义_作用机理和描述体系
第19卷 第3期 西南石油学院学报 Vol.19 No.3 1997年 8月 Journal of S outhwest Petroleum Institute Aug 1997 储层伤害源 —定义、作用机理和描述体系Ξ 康毅力 罗平亚 高约友 (西南石油学院油井完井技术中心,四川南充637001) (河南石油勘探局) 摘要 根据储层损害的特殊性和损害机理,将储层伤害源定义为:打开储层时,在温度压力环境 下,由于储层内组分或外来组分与储层组分作用所发生的变化,导致岩石孔隙结构的调整并引 起绝对渗透率降低的物质。储层伤害源包括内伤害源、外伤害源和复合伤害源三个部分。内伤 害源是储层内固有的,外伤害源是引入的,复合伤害源是内、外伤害源相互作用的产物。伤害源 作用机理研究表明,伤害源是一个复杂的系统,具有明显的结构层次和功能,可划分为五级描述 体系,这就为保护油气层技术系统工程提供了理论依据。 主题词 储集层;结构;孔隙度;污染源;系统 中图分类号 P618.130.23 随着地层损害研究的深入[1],特别是对一地区或油田进行详细的保护储层技术研究之后,人们希望将地层损害的特征表述在剖面图上,以指导下一步作业或为邻区提供借鉴,为此中国石油天然气总公司开发局曾下文要求各油田根据自己的实际情况,建立伤害源剖面图。然而伤害源的定义、限定范围以及如何全面有效地把握主要的伤害源等技术问题至今尚未圆满解决。 1 储层伤害源的定义 在环境保护科学领域中,经常使用“污染源”这一术语。在水污染控制工程中,污染源指污染纯净水体的沉积物(及其所携带的有害物)、重金属、氮磷化合物以及有毒有机物、或溶解有有害气体的水,或被污染的水体等[2]。污染源实际上是“物”源,即污染物的来源。这点与沉积学中的物源(母岩区)相似,如果把进入水盆地中沉积物当做污染物的话,那么“物源”也就成为“污染源”。 针对地层损害(Formation Damage),曾提出过含义相同、或相近,但称谓不一致的几个术语,如污染源、损害源、伤害源、损害的内因和外因等。考虑到地层损害的特殊性,以及对“伤害源”的提法已为多数人接受或认同,我们建议统一使用“伤害源”,以避免称谓上的混乱。 国内较早使用“污染源”这一词,在正式报告中见于《岩性测试及分析技术研究》国家“七五”重点科技攻关项目成果报告75-02-03-01,该报告由中原石油勘探局与西南石油学院共同完成。文中多次提到“污染源”,并限定为“敏感性组分———储层在流体作用下易发生 Ξ1996—10—31收稿 康毅力,男,1964年生,讲师,在读博士生,主要从事粘土矿物在石油工程中的应用研究
《二氧化碳的实验室制法》教学设计
《二氧化碳的实验室制法》教学设计 【设计思路】：本课学习实验室中如何制取二氧化碳，从而总结出实验室制取气体的思路。是研究二氧化碳的性质和用途的基础并给以后制取其它气体提供了思路，在本节课的教学中，我充分利用了STS 教育的思想和理论，使科学、技术与社会融为一体，从而更好的培养学生的环保意识，创新精神和实践能力。 【教法处理】：以学生分析、探究、实践为主，以教师提示、启发、辅导为辅。 【教学目标】： 1.知识与技能： （1 了解实验室中制取CO2的反应原理。 （2探究实验室中制备C02的装置。 （3了解实验室中制取气体的思路与方法。 （ 4 提高学生的动手能力和分析资料、推理判断的能力。 2.过程与方法：能合理使用课堂资料，并会利用这些资料设计实验方案。 3.情感态度与价值观：从寻找药品、设计装置和制取气体的过程中获取成就感，进一步增强学习化学的自信心。从化学原理与实际生活的联系中，增强学生的环保意识、创新精神和实践能力。 【教学重点、难点】： 探究实验室制取C02的方法，并制取C02. 【教学流程】： 课题导入---- 提出问题 --- 搜集资料---- 分析判断---- 实验探究---- 交流总结 【教具准备】：教师用具：多媒体、石灰水、酚酞、无色透明的塑料瓶（碳酸钠、石灰石、稀盐酸、稀硫酸、浓盐酸）。 学生用具：（1）仪器：锥形瓶、烧杯、大试管、集气瓶、长颈漏斗、（带导管的）双孔塞及单孔塞、带塞子的弯导管、盛水的烧杯（代替水槽）、酒精灯。 （2）药品：石灰石、稀盐酸、稀硫酸、澄清的石灰水、木条。 【教学过程】： 课题导入：教师表演魔术（向澄清的石灰水中滴入几滴酚酞，将变红的溶液倒入盛有二氧化碳的无色透明的瓶中，振荡，观察现象。） 【STS理念的运用】运用趣味演示实验，激发学生的兴趣和探究的欲望。引言：我们要表演好这个魔术，重要的是制取一瓶二氧化碳，怎样制取二氧化碳呢？这节课我们就来学习二氧化碳的实验室制法。 板书：二氧化碳的实验室制法 请同学们分组讨论一下：我们要研究清哪些问题，就能顺利的制取二氧化碳了？（学生讨论回答，教师板书记录） 我们首先需要研究的问题是：什么反应可以生成二氧化碳？ 【STS理念的运用】这一环节运用问题讨论法，进行设疑，培养学生分析问题、解决问题的能力，加深学生对问题的理解。 板书：1、反应原理 点燃 ［提问］：我们知道的能生成二氧化碳的反应有哪些？高温 ［回答］：C+O2 === CO2 C+2CuO===2Cu+CO2 点燃 ［提问］：这些反应能用于实验室制取CO2 吗？高温 C+O2 ==== CO2 材料好，反应快但不易收集 C+2CuO====2Cu+CO2 反应慢，需条件高
超临界萃取的技术原理
一、超临界萃取的技术原理 利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。 超临界CO2是指处于临界温度与临界压力（称为临界点）以上状态的一种可压缩的高密度流体，是通常所说的气、液、固三态以外的第四态，其分子间力很小，类似于气体，而密度却很大，接近于液体，因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质，同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性，比普通液体溶剂传质速率高，并且扩散系数介于液体和气体之间，具有较好的渗透性，而且没有相际效应，因此有助于提高萃取效率，并可大幅度节能。 超临界CO2的物理化学性质与在非临界状态的液体和气体有很大的不同。由于密度是溶解能力、粘度是流体阻力、扩散系数是传质速率高低的主要参数，因此超临界CO2的特殊性质决定了超临界CO2萃取技术具有一系列的重要特点。超临界CO2的粘度是液体的百分之一，自扩散系数是液体的100倍，因而具有良好的传质特性，可大大缩短相平衡所需时间，是高效传质的理想介质；具有比液体快得多的溶解溶质的速率，有比气体大得多的对固体物质的溶解和携带能力；具有不同寻常的巨大压缩性，在临界点附件，压力和温度的微小变化会引起CO2的密度发生很大的变化，所以可通过简单的变化体系的温度或压力来调节CO2 的溶解能力，提高萃取的选择性；通过降低体系的压力来分离CO2和所溶解的产品，省去消除溶剂的工序。 在传统的分离方法中，溶剂萃取是利用溶剂和各溶质间的亲和性（表现在溶解度）的差异来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度（蒸汽压）的不同来实现分离的。而超临界CO2萃取则是通过调节CO2的压力和温度来控制溶解度和蒸汽压这2个参数进行分离的，故超临界CO2萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的2种功能和特点，进而决定了超临界CO2萃取具有传统普通流体萃取方法所不具有的优势：通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质，控制其选择性；适当地选择提取条件和溶剂，能在接近常温下操作，对热敏性物质可适用；因粘度小、扩散系数大，提取速度较快；溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看，相当于一个新的单元操作，因此引起了国内外的广泛关注。二、超临界萃取的特点
压裂液对储层伤害机理及室内评价分析
压裂液对储层伤害机理及室内评价分析 【摘要】在压裂施工过程中，压裂液起着传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝的作用，压裂液或其添加剂由于与地层不配伍，或者在施工过程中都可能会造成对油气层的伤害。压裂液对产层的伤害程度决定了压裂施工效果的成败，因此最大程度的降低压裂液对储层的伤害在压裂作业过程中至关重要。 【关键词】压裂液岩心伤害率渗透率 随着油气勘探开发的不断进行，低渗透油气储量所占的比例不断增大，低渗透油气田将是相当长一段时间内增储上产的主要资源。低渗透油藏的自然产能较低，一般不能满足工业油流标准，必须进行压裂改造才能够进行有效的工业开发，因此，压裂是低渗透油气田开发的关键技术和基本手段。在压裂施工过程中，压裂液起着传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝的作用，压裂液或其添加剂由于与地层不配伍，或者在施工过程中都可能会造成对油气层的伤害。压裂液对产层的伤害程度决定了压裂施工效果的成败，因此最大程度的降低压裂液对储层的伤害在压裂作业过程中至关重要。 1 伤害机理 压裂液的滤失系数，粘温关系、抗剪切能力，携砂能力和对岩心的伤害程度等都可以作为评价压裂液性能的指标，其中压裂液对岩心伤害程度是影响压裂施工成功后增产效果大小的一个重要因素。 压裂液滤液侵入岩心，引起粘土膨胀或运移，使孔隙半径变小，当渗透率较低时，储层本身孔隙半径小，毛管力影响较大，使渗透率大幅度降低，随着渗透率增大，由于孔隙半径较大，滤液的毛管力影响就较弱了，所以渗透率伤害幅度减小。压裂液对储层基质的损害用岩心渗透率的变化来表征。岩心伤害率综合反映流经岩心后压裂液滤液渗透率的变化，岩心伤害率越大，表明压裂液对地层的伤害越严重。 2 压裂液滤液对天然岩心的伤害试验 岩心渗透率测试方法：岩心流动试验是研究压裂液损害的基本方法，是指通过岩心渗透率变化规律评价压裂液损害室内试验方法，通过正反向流动试验，用天然岩心进行压裂液破胶液对岩心基质渗透率损害率的测定。本试验对胍胶配方压裂液的岩心伤害进行了评价。参考标准《SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法》。 同一压裂液在不同试验条件下可以有不同的伤害率，因此对比各种压裂液的伤害程度，必须有统一的试验条件，采用具有相同矿物组成、孔隙度和渗透率的标准岩心。
超临界二氧化碳萃取的过程及设备教学教材
超临界二氧化碳萃取的过程及设备
3.2 超临界流体萃取过程的设计与开发 除了在一些食品提取工业中实现超临界流体萃取的工业化外，其在高附加值产品分离中也展现出新的活力，特别是在制药工业中，其重要性也日显增加。尤其是随着有关毒性物质排放越来越受到严格限制，SCFE的使用范围也会日渐扩大。但是SCFE的使用可行性是与过程的规模、产品的价值、是否需用无毒溶剂的一些因素有关。因此，只有进行周密的设计后，才能定量权衡上面提出的种种因素。一旦得出具有可行性的设计，便会吸引到企业界和研究者的重视和关注。 当前，不仅仅是国外的一些学者和专家作了扼要而实用的综述[1]，而且在国内召开的“超临界流体技术学术及应用研讨会”上有多篇论文专门讨论了SCFE 的工艺与设备设计。早八十年代就出现了SCFE过程设计和开发的报告，近30年间，有关SCFE的设计研究还在不断进展，逐渐完善。有些产品，如真菌脂质的提取，不仅要作SCFE的过程设计，而且还要作其他单元操作，如对液液萃取的设计进行比较，从经济上确定何种过程有优势，从而便于在进一步的投资中作出判断。可以说，目前SCFE已如其他比较成熟的单元操作一样,设计、仿真和优化(design,simulation and optimization)的工作已全面开展，这也从-个侧面表明SCFE的实用性正在受到越来越多的科技工作者的关注。 3.2.1 超临界流体萃取工业装置的开发步骤 图3-16示出了任一扩散分离过程科学开发的流程示意图。在步骤2中确定所涉及物料的特征后，一般情况下，若选用传统的分离单元操作，如蒸馏、液液萃取等，往往是凭设计者的经验来选定，较少采用预设计的方法。在开发过程中直接进行实验研究。但SCFE是新技术，对其了解不多。为了能和其他分
教案示例：二氧化碳的实验室制法
教案示例：二氧化碳的实验室制法之一 教学目标 1．使学生掌握实验室制取二氧化碳的反应原理、实验装置和操作方法，提升学生分析和解决实际问题的水平。 2．简要介绍泡沫灭火器的原理，使学生对灭火和灭火器有大致印象。 实验准备 1．学生每组2人，事先备好相关的实验仪器。药品有大理石（碳酸钙）、碳 酸钠溶液、稀盐酸溶液、稀硫酸溶液。 2．教师应备好磁性小黑板一块、气体发生装置和收集装置图六幅，投影片一张（列表比较氧气、氢气和二氧化碳的实验室制法）。 教学过程 【引言】上节课学过二氧化碳的实验室制法，本节课再作进一步的研讨。先请同学们回答以下问题。 1．实验室里用什么药品制取二氧化碳？写出相关反应的化学方程式。 【回答】实验室里用稀盐酸跟大理石（或石灰石）反应来制取二氧化碳。 CaCO3＋2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O 2．请一位同学向大家介绍你所做过的两个家庭小实验：①纯碱跟醋酸反应。 ②鸡蛋壳跟盐酸反应。你在实验中看到哪些现象，得出什么结论？ 【回答】①纯碱跟醋酸反应，产生二氧化碳气体。它使点燃的蜡烛火焰熄灭。 ②鸡蛋壳跟盐酸反应，产生的气体使澄清石灰水浑浊，说明生成的气体是二氧化碳。鸡蛋壳的主要成分是碳酸盐。 【讲解】纯碱（碳酸钠）、大理石、鸡蛋壳（主要成分是石灰石）都是碳酸盐。盐酸、醋酸都是酸。碳酸盐跟酸反应会生成碳酸，碳酸不稳定，容易分解，生成二氧化碳。这就是实验室制取二氧化碳的反应原理。 【板书】 一、实验室制取二氧化碳的反应原理 反应原理：碳酸盐跟酸反应，生成二氧化碳。
【讨论】是不是任何碳酸盐和任何酸都能作实验室制取二氧化碳的药品？ 【设问】实验室制取二氧化碳时，能不能把碳酸钙换成碳酸钠，能不能用硫酸代替盐酸？这是上一节课布置给同学们思考的问题。现在请大家动手做实验，通过观察实验现象、来分析解决这个问题。 【实验】(1)将石灰石分别加入盛有稀盐酸、稀硫酸试管中，观察发生的现象 （两支试管同时做对比实验）。 (2)将石灰石和碳酸钠分别加入盛有稀盐酸的两支试管中，观察发生的现象。【提问】请两位同学分别描述实验中看到的现象。 【回答】(1)石灰石跟稀盐酸反应，产生大量气泡。石灰石跟稀硫酸反应，开 始有气体产生，过一会儿气泡逐渐减少，以至反应停止。 (2)碳酸钠跟稀盐酸反应十分剧烈，迅速产生大量气体。石灰石跟稀盐酸反应比碳酸钠缓和，也能生成大量气体。 【讲解】从上述两个实验可知，用硫酸代替盐酸跟石灰石反应，虽能产生二氧化碳，但是生成的硫酸钙微溶于水。它会覆盖在块状石灰石表面，阻止碳酸钙跟硫酸接触。而碳酸钠跟盐酸反应太快，生成的二氧化碳不容易收集。所以，实验室里通常是用石灰石跟稀盐酸反应来制取二氧化碳的。 从上述分析能够看出，研究制取气体的反应原理时，不但要看该反应能不能发生，还要考虑到所选择的药品能不能顺利地制取气体。在家庭小实验中，同学们已经了解醋酸也能跟碳酸钙反应，产生二氧化碳。但是醋酸是弱酸，反应较慢，实验室也不采用。可见对具体问题要作具体分析，灵活掌握。 【板书】在实验室里常常用石灰石（或大理石）跟稀盐酸反应来制取二氧化碳：CaCO3+2HCl CaCl2＋CO2↑十H2O 【练习】选择合适的药品和仪器装置，分别制取氧气、氢气和二氧化碳。将准确的答案填在下表空格中。 提供选择的药品有石灰石、碳酸钠溶液、氯酸钾、高锰酸钾、锌粒、铜片、稀硫酸、稀盐酸。 提供选择的仪器装置如下：
超临界二氧化碳换热器应用
超临界二氧化碳换热器应用 当温度和压力达到临界点时，二氧化碳就进入了临界状态，超临界状态下的二氧化碳出现为一种即非气体又非液体的状态。超临界二氧化碳具有特殊性质：粘度低、密度高，对高聚物具有很强的溶胀和扩散能力，安全非易燃易爆，无毒无腐蚀性。超临界二氧化碳的特殊性质直接促成它在各个领域中广泛使用，其在能源领域获得很好的应用效果。 作为环境友好型工质，CO2有着诱人的物理和输运特性，将超临界CO2用于布雷顿循环发电系统，通过消耗较低的压缩功，能够实现较高的系统热效率，在新一代核能、太阳能、地热、工业余热回收等领域具有极为广阔的应用前景。超临界二氧化碳循环模式包括取热器、高温回热器、低温回热器、冷却器等换热器。换热器作为超临界二氧化碳发电系统中的关键设备，是数量最多、体积最大、成本最高的设备，其综合性能对系统效率提升与安全稳定运行至关重要。 2018年中国科学院工程热物理研究所承担的我国首座“双回路全温全压超临界二氧化碳换热器综合试验测试平台”在廊坊中试基地建成。其高效紧凑印刷电路板式换热器可在极端环境下运行（温度高于900℃，压力高于60MPa），且比表面积大于2500m2/m3。相同热负荷条件下，PCHE体积大约为壳管式换热器的1/5。而且，换热器热侧出口温度和冷侧入口温度的差值能够接近1K，而壳管式换热器一般在12K以上。
图1超临界二氧化碳换热器综合试验测试平台 在相同的输出功率的情况下，超临界二氧化碳涡轮尺寸大约是蒸汽涡轮的1/10，从而导致整个系统结构紧凑、投资成本低。但由于整个系统运行压力高，且占地面积小，因而传统换热器，如壳管式换热器，板翅式换热器等，均不再适用。 2020年中国船舶集团有限公司七二五所联合中核集团原子能院、合肥通用机械研究院有限公司研制的我国首台液态金属钠-超临界二氧化碳印刷板式换热器(PCHE)顺利通过专家组验收，产品技术达到国际先进水平。PCHE作为一种颠覆性的紧凑高效微通道换热器，具有换热效率高、耐低温高温、耐高压、可靠性高等优势。 近年来杭州沈氏节能科技股份有限公司研发出高效紧凑式微通道换热器，具有高完整性扩散结合结构的高效换热器。扩散结合成就了换热器耐高低温和出色的机械性能，使其成为唯一可用于超临界二氧化碳（SCO?）循环中的最佳换热器。 图2高效紧凑式微通道换热器 特点：超耐高温高压，适用于高温高压等苛刻条件；换热面积大，可达1000m2/m3;采用扩散焊接技术，焊接强度大，机械性能出色；且耐腐蚀，可靠性高，体积小。适用于高温高压下的发电循环；印刷电路板式换热器作为一种新型微通道紧凑式换热器,适用于高温高压等苛刻条件,在新一代核能发电、太阳能光热发电、氢能等领域应用潜力巨大。
超临界二氧化碳萃取技术
摘要：介绍了超临界二氧化碳萃取技术的基本原理和特点，简单说明了该技术在香料、医药、食品等工业上的应用。 关键词：超临界二氧化碳萃取分离技术基本原理 前言 超临界流体萃取，又称超临界萃取、压力流体萃取、超临界气体萃取。它是以高压、高密度的超临界状态流体为溶剂，从液体或固体中萃取所需要的组分，然后采用升温、降压或二者兼用和吸收（吸附）等手段将溶剂与所萃取的组分分离。 早在1897年，人们就已经认识到了超临界萃取这一概念。当时发现超临界状态的压缩气体对于固体具有特殊的溶解作用。例如再高于临界点的条件下，金属卤化物可以溶解再在乙醇或四氯化碳中，当压力降低后又可以析出。但直到20世纪60年代，才开始了其工业应用的研究。目前超临界二氧化碳萃取已成为一种新型萃取分离技术，被广泛应用于食品、医药、化工、能源、香精香料的工业的生产部门。 1 超临界萃取的原理 当液体的温度和压力处于它的临界状态。 如图1是纯流体的典型压力—温度图。图中， AT表示气—固平衡的升华曲线，BT表示液— 固平衡的熔融曲线，CT表示气－液平衡的饱 和液体的蒸汽压曲线，点T是气－液－固三相 共存的三相点。按照相率，当纯物的气－液－ 固三相共存时，确定系统状态的自由度为零， 即每个纯物质都有自己确定的三相点。将纯物 质沿气－液饱和线升温，当达到图中的C时， 气－液的分界面消失，体系的性质变得均一， 不再分为气体和液体，称点C为临界点。与该点相对应的临界温度和压力分别称 为临界温度T 0和临界压力P 。图中高于临界温度和临界压力的有影阴的区域属 于超临界流体状态。 在这种状态下，它既不完全与一般气相相同，又不是液相，故称为超临界流体。超临界流体有气、液相的特点，它既有与气体相当的高渗透力和低粘度，又兼有液体相近的密度和对物质优良的溶解能力。这种溶解能力能随体系参数的变化而连续的改变，因而可以通过改变体系的温度和压力，方便的调节组分的溶解度和萃取的选择性。利用上述特点，超临界二氧化碳萃取技术主要分为两大类原理流程即恒温降压流程和恒压升温流程。前者萃取相经减压，后者萃取相经升温。
二氧化碳的实验室制法教学设计
二氧化碳的实验室制法教学设计Teaching design of carbon dioxide laboratory method
二氧化碳的实验室制法教学设计 前言：小泰温馨提醒，化学是自然科学的一种，主要在分子、原子层面，研究物质的组成、性质、结构与变化规律，创造新物质。是一门以实验为基础在原子层次上研究物质的组成、结构、性质、及变化规律的自然科学。本教案根据化学课程标准的要求和针对教学对象是 初中生群体的特点，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划、并以启 迪发展学生智力为根本目的。便于学习和使用，本文下载后内容可随意修改调整及打印。 一.知识教学点。 二.重、难、疑点及解决办法 1.重点：实验室制取二氧化碳的反应原理、实验装置和制取 方法。 2.难点：从实验室制取气体的设计思路出发，学习二氧化碳 的实验室制取 方法。 3.疑点：实验室制取二氧化碳，为什么不能用稀硫酸？ 4.解决方法 （1）采取讨论的形式，从学生学过的氧气和氢气的实验室 制法，归纳和总结出气体实验室制法的设计思路和方法。。 （2）通过演示和补充实验，组织学生分析讨论二氧化碳的 实验室制取方法，使学生掌握实验室制取二氧化碳的原理，提高 学生分析和解决实际问题的能力。 三.教学步骤 （一）明确目标
1.联系实验室制取氧气、氢气，学会实验室制取气体的一般方法。 2.掌握实验室制取二氧化碳的反应原理、实验装置、使用的药品、仪器名称和收集方法。 （二）整体感知 本节主要采用讨论的形式，使学生掌握。 （三）教学过程 [复习提问]：（1）CO2有哪些物理性质和化学性质？ （2）实验室制取H2、O2的反应原理是什么？ [小结]：实验室制取氧气的原理是利用高锰酸钾或氯酸钾（用二氧化锰作催化剂），在加热条件下得到氧气。实验室制取氢气的原理是用金属锌和稀硫酸（或稀盐酸）反应得到氢气。 [教师活动]：投影出制取H2、O2的几套装置图，通过讨论得出这些装置图的适用范围： （1）当用固体反应，需要加热产生气体时，可采用制取氧气的装置； （2）当用固体与液体反应，不需加热就能生成气体时，可采用制取H2的装置（注意该气体难溶于水或酸）。 [提问]： （1）在实验室如何收集H2和O2，根据它们什么性质？ （2）如何检验H2和O2？ [学生活动]：通过讨论得出以下结论：
超临界二氧化碳
一、国外研究现状 1、美国桑迪亚国家实验室率先开展了超临界二氧化碳闭式循环的研究，通过实验对超临界二氧化碳闭式循环存在的包括压缩、轴承、密封、摩擦等问题进行了大量研究，循环实验装置获得了接近50%的发电效率。2011年3月4日桑迪亚实验室在其网站上正式宣布已经掌握了超临界二氧化碳闭式循环的关键技术。 该试验台在早期超临界二氧化碳压缩特性实验装置的基础上添加涡轮、浸入式电加热器和回热器等装置而成，其中电加热器的功率为260kW，压气机压比为1.8。 来自中国科学院国家科学图书馆《科学研究动态监测快报》“先进能源科技专辑” 2、麻省理工（MIT）提出了3 种热力循环参数方案： ①基本设计方案：最高压力20 MPa、堆芯出口温度550℃、净效率达43%； ②先进设计方案：最高压力20 MPa、堆芯出口温度650℃、净效率达47%； ③高性能设计方案：最高压力20 MPa、堆芯出口温度700℃、净效率可达49%。 S-CO2冷却快堆（GFR）的总体方案。 反应堆热功率为2400 MW，电功率约1200 MW，采用2 环路或4环路设置，设计寿命60 a；系统热效率51%，净效率47%；堆芯进、出口温度分别为485.5、650℃，运行压力20 MPa。 3、东京工业大学（TIT）——气冷堆：反应堆热功率为600MW，堆芯出口温度为650℃，反应堆出口运行压力约为7 MPa，系统效率为45.8%。 以S-CO2作为二回路能量转换工质的核反应堆一般采用液态金属或气体冷却，以达到较高的堆芯出口温度。美国对这方面的研究主要是利用S-CO2动力系统高效率、设备简化紧凑等特点开发多功能模块化中小型核反应堆。
二氧化碳超临界萃取技术
超临界CO2萃取装置 该装置主要由萃取釜、分离釜、精镏柱、CO2高压泵、副泵、制冷系统、CO2贮罐、换热系统、净化系统、流量计、温度、压力控制（保护）系统等组成。 超临界CO2萃取装置的主要技术指标 萃取釜：0.5L、1L、2L、5L/50Mpa；10L、24L/40Mpa；50-200L/32Mpa,固态两用。配水夹套循环加热，温度可调。 分离釜：0.3-10L/30Mpa；50-100L/16-22Mpa。配水夹套循环加热，温度可调。 精镏柱：内径ф25×2-3m/30Mpa；ф35×2-3m/30Mpa；ф48×4-6m/30Mpa；ф78×4-6m/30Mpa，根据工艺要求可分4节、6节、8节梯度控温；柱内根据工艺要求由用户选相关填料。 CO2高压泵：20L/40Mpa·h双柱塞，50L/50Mpa·h双柱塞调频，400L/40Mpa·h三柱塞调频，800L/40Mpa·h三柱塞调频，泵头带冷却系统。 携带剂泵：用于萃取过程中，夹带溶剂来改变CO2极性，扩大应用范围。 制冷系统：配半封式、全封式压缩机，制冷量满足工艺要求。 换热及温度的控制系统：根据工艺要求,萃取釜、分离釜、精镏柱分别配置换热和温控系统，温度控制-85℃水循环、室温-150℃油循环，温度控制数显双屏控制水浴温度，测试CO2流体温度，控温±1℃ 压力控制（保护）：高压泵出口配电接点压力表，设定工作压力，超压自动保护停泵。高压泵、萃取釜、分离釜、精镏柱，根据最高工作压力，分别配安全阀，超压自动泄压保护。萃取釜出口配背压阀系统，压力稳定，易于调整，压控制精度（动态）±0.1Mpa 流量显示：金属转子流量计，数显远传，分别显示瞬时流量和累积流量 管路：接触流体的容器、阀门、管件、管线均采用不锈钢制作。 其他：电源三相四线制380V/50Hz，CO2食品级≥99.5，用户自备 超临界CO2萃取装置的基本流程 1、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→分离Ⅱ→回路； 2、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→分离Ⅱ→精镏柱→回路； 3、CO2→萃取釜→精镏柱→分离Ⅰ→分离Ⅱ→回路； 4、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→精镏柱→分离Ⅱ→回路。 超临界CO2萃取装置的特点
超临界二氧化碳循环分析
超临界二氧化碳动力循环与氦动力循环的比较 目前，世界上正在建设和研究的高温气冷堆都是使用He作为工质，这是因为He具有很好的稳定性、化学相容性及热传导性。但是，He作为工质存在一些不足，例如动力循环需要较高的温度、难于压缩等，给反应堆和换热部件的结构材料、叶轮机械的设计带来很多困难。出于降低反应堆结构材料要求、减少技术难度、提高反应堆的安全性与经济性等各方面的考虑，有学者进行了选取CO2作为循环工质的研究。CO2虽然在稳定性、热传导性方面比He稍差，但CO2具有合适的临界参数，不需要很高的循环温度就可以达到满意的效率，且具有压缩性好、储量丰富等优点。采用CO2作为循环工质可以降低循环温度和压缩功，从而提高反应堆的安全性，同时降低反应堆造价。超临界CO2的闭式布雷顿循环被推荐在铅冷快堆及钠冷快堆中使用。 1. 二氧化碳布雷顿循环分析 （1）二氧化碳布雷顿循环 CO2与He在动力循环中最大的不同点就是气体性质随压力、温度的变化差别很大（表1-1）。高压（7.5 MPa）环境中，CO2的导热系数λ、定压比热容c p 和压缩因子z均与低压（0.1 MPa）下的参数有很大差异；在循环工况下，He循环可以视为理想气体循环，除密度外，其余参数变化不大。动力循环的工况，CO2的工作参数在其临界点（7.377 MPa，31℃）附近；因此，CO2动力循环除与He 循环有相同的决定因素外，还取决于动力循环的不同实际工况，即超临界压力、跨临界压力及亚临界压力3种循环工况（图1-1）。超临界循环：循环压力及温度均在临界参数以上；跨临界循环：循环高压侧压力高于临界压力，低压侧压力低于临界压力；亚临界压力循环：循环压力均低于临界压力，工作于气相区。 表1-1 CO2和He热物性比较（35℃） 工质P/MPa ρ/kg·m-3 λ/W·(m·K)-1 C P/kJ·(kg·K)-1z CO2 7.5 277.6 0.03532 5.9306 0.463 0.1 1.95 0.01497 0.828 0.879
储层损害与保护技术
储层伤害评价及保护技术的研究是油气田勘探开发过程中重要的技术，也是提高油气勘探和开发质量的重要环节。在勘探中，有利于对油气储层的发现，和对储层的正确评价；在生产过程中，有利于提高油气产量及油气田开发的经济效益，和储层的稳产和增产及最大限度的利用油气资源，也关系到油气田勘探开发的成效。近些年来，随着油气勘探开发的进步，油气储层的保护技术越来越受到石油公司的重视，并已形成了从储层特征和潜在伤害分析、预测技术，储集层敏感性分析评价技术，储集层伤害指标建立和分级，钻井、完井、投产到压裂酸化及井下作业过程中保护油气层等配套实用技术，通过实际应用，取得了巨大的成效和经济效益。在油（气）井钻井、完井、生产、增产、提高采收率等全过程中的任一作业环节，储层与外来液体以及所携带的固体微粒接触，由于这些液体与地层流体不匹配而产生沉淀，或造成储层中粘土矿物的膨胀或产生微粒运移，它们往往堵塞了孔隙通道，使得渗透率降低，从而不同程度地损害了储层的生产能力，即储层伤害。 （１）油气田勘探开发生产中的储层伤害原理与特点。国内外大量的研究发现，油气储层一般都具有高应力敏感性、高毛细管压力、高含水饱和度和高水敏性的特点。而低渗透储层还具有低孔隙度、低渗透率和高含水饱和度的特征。一般研究认为，储层损害是一个复杂的系统工程，它是由于内伤害源（储层内固有的）、外伤害源（外来的）和复合伤害源（内、外伤害源相互作用）导致的结果。具体损害形式有：①固相微粒（外来和内部的）运移造成的储层损害；②外来流体与储层岩石、流体不配伍造成的损害：如水敏性损害、碱敏性损害和无机垢、有机垢堵塞等；③润湿性、毛管现象引起的储层损害（水锁、润湿反转、乳头液堵塞、气泡堵塞）；④地层湿度、压力变化引起的储层损害；⑤微生物对储层的损害。 油气田勘探开发生产过程中的储层损害具有如下特点：①损害周期长。几乎贯穿于油气田勘探开发生产的整个生命期，损害具有累积效应；②损害涉及到储层的深部而不仅仅局限于近井地带，即由井口到整个储层；③更具有复杂性。井的寿命不等，先期损害程度各异，经历了各种作业，损害类型和程度更为复杂，地面设备多、流程长，工艺措施种类多而复杂，极易造成二次损害；④更具叠加性。每一个作业环节都是在前面一系列作业的基础上叠加进行的，加之作业频率比钻井、完井次数高，因此，损害的叠加性更为突出。 （２）储层伤害评价方法。储层伤害评价技术包括室内评价和矿场评价，室内评价的目的是研究油气层敏感性，配合进行机理研究，同时对可采用的保护技术进行可行性和判定性评价，为现场提供室内依据（见图１）。矿场评价则是在现场开展有针对性的试验，分析判断室内试验效果，选择合理的方法、技术。 从室内进行储层损害研究的方法上讲，常规的室内研究方法主要是在模拟储层现场条件的情况下，进行岩心流动试验，在观察和分析所取得试验结果的基础上，研究岩心损害的机理。主要实验内容包括：Ｘ－－衍射分析；扫描电镜分析；薄片分析；岩心薄片和铸体薄片；储层敏感性试验，包括流速敏感性试验，水敏性和盐敏性试验，酸敏性试验，碱敏性试验以及压力敏感性试验。 （３）矿场评价技术方法。试井评价技术方法，主要包括稳定试 井法、不稳定试井法、重复电缆地层测试（ＲＦＴ）和钻柱测试（ＤＳＴ）。测井评价技术方法，包括电阻率测井法、深度探测测井法和时间推移测井法。 用其他资料评价伤害的方法，包括用试油后排液量的资料评价伤害程度、用各阶段（中途、完井和投产）测试资料评价伤害程度和用投产后采油指数等生产参数的变化情况评价伤害程度（表１）。 ２０世纪９０年代以来，国外很多油气田和国内一些油气田已经形成了从伤害机理研究到现场施工一整套系统保护油气的研究思路和工作方法，并取得了丰硕的成果和较好的经济效益。 （１）钻井保护油气层技术。重视钻井过程中的油气层保护技术，有利于发现油气层，准确评价储层性质，提高油井产量。主要包括探井岩性、物性、敏感性、地层孔隙压力、破裂压力钻前预测、随钻监测技术，裂缝性油气藏损害机理及屏蔽暂堵保护技术，油气层保护射孔与矿场评价技术，欠平衡钻井储层保护技术。 （２）开发注水中的储层改造技术。油田开发过程中，由于储层孔喉小，经常堵塞，导致注水压力高，甚至注不进水，无法完成配注任务。因此油田注水过程中储层保护技术研究显得越来越重要。通过研究注入水与油藏配伍性、孔喉内粘土矿物损害、有机垢和无机垢形成趋势，确定了注水开发油层物性的界限，建立注入水水质标准、水质控制与保障体系。在此基础上优选注水精细过滤技术、粘土稳定技术、细菌控制技术等，有效提高注水效率。 （３）增产改造储层保护技术。储层增产改造可以解除、弱化钻井完井及生产作业造成的损害，然而增产改造作业本身还有可能带来损害，如何减小储层损害就成为增产改造的重要的发展方向。主要研究使用优质入井液、压裂液，防漏失管柱、抽砂泵捞砂等技术，解决了配伍性差、液相和固相侵入损害问题。采用空心杆清蜡、防蜡管、自动清蜡器及强磁防蜡技术避免了压（修）井作业的漏失损害。应用自生热油清蜡技术，并与化学清蜡相结合，使清蜡速度大幅度提高。大量的实践表明，油气田的高效开发离不开储层保护，防止储层损害已经成为油气井（注入井）作业及油气田开发优化的重要目标，是开发效益最大化的基本途径。从开发井钻井、完井、油气生产、直至提高采收率的全过程，实施以系统工程观点建立起来的油气层保护技术是大幅度提高采收率的保障，也是增加产量、降低生产成本的必由之路。 １ 油气储层伤害机理 ２储层保护技术 ３ 认识与展望 参考文献 ［１］ ［２］ ［３］［４］ 表１储层伤害评价指标 （转１１８页） 油气储层伤害评价与保护技术 王胜利 （中国地质大学） 摘要关键词储层伤害评价及保护技术的研究是油气田勘探开发过程中重要的技术，也是提高油气勘探和开发质量的重要环节。本文探讨了油气储层伤害的机理，评价油气储层伤害的主要方法和标准。并根据不同的油藏类型，总结了国内外的油气储层保护方法。 储层伤害储层保护储层敏感性
钻井液对储层损害
1．钻井液中分散相颗粒堵塞油气层 1）固相颗粒堵塞油气层 钻井液中存在多种固相颗粒，如膨润土、加重剂、堵漏剂、暂堵剂、钻屑和处理剂的不溶物及高聚物鱼眼等。钻井液中小于油气层孔喉直径或裂缝宽度的固相颗粒，在钻井液有效液柱压力与地层孔隙压力之间形成的压差作用下，进入油气层孔喉和裂缝中形成堵塞，造成油气层损害。损害的严重程度随钻井液中固相含量的增加而加剧，特别是分散得十分细的膨润土的含量影响最大。其损害程度与固相颗粒尺寸大小、级配及固相类型有关。固相颗粒侵入油气层的深度随压差增大而加深。 2）乳化液滴堵塞油气层 对于水包油或油包水钻井液，不互溶的油水二相在有效液柱压力与地层孔隙压力之间形成的压差作用下，可进入油气层的孔隙空间形成油-水段塞；连续相中的各种表面活性剂还会导致储层岩心表面的润湿反转，造成油气层损害。 2．钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害 钻井液滤液与油气层岩石不配伍诱发以下五方面的油气层在损害因素。 1）水敏 低抑制性钻井液滤液进入水敏油气层，引起粘土矿物水化、膨胀、分散、是产生微粒运移的损害源之一。 2）盐敏 滤液矿化度低于盐敏的低限临界矿化度时，可引起粘上矿物水化、膨胀、分散和运移。当滤液矿化度高于盐敏的高限临界矿化度，亦有可能引起粘土矿物土水化收缩破裂，造成微粒堵塞。 3）碱敏
高pH值滤液进入碱敏油气层, 引起碱敏矿物分散、运移堵塞及溶蚀结垢。 4）涧湿反转 当滤液含有亲油表面活性剂时，这些表面活性剂就有可能被亲水岩石表面吸附，引起油气层孔喉表面润湿反转，造成油气层油相渗透率降低。 5）表面吸附 滤液中所含的部分处理剂被油气层孔隙或裂缝表面吸附；缩小孔喉或孔隙尺寸。 3．钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害 钻井液滤液与油气层流体不配伍可诱发油气层潜在损害因素，产生以下五种损害：1）无机盐沉淀 滤液中所含无机离子与地层水中无机离子作用形成不溶于水的盐类，例如含有大量碳酸根、碳酸氢根的滤液遇到高含钙离子的地层水时，形成碳酸钙沉淀。 2）形成处理剂不溶物 当地层水的矿化度和钙、镁离子浓度超过滤液中处理剂的抗盐和抗钙镁能力时，处理剂就会盐析而产生沉淀。例如腐植酸钠遇到地层水中钙离子，就会形成腐植酸钙沉淀。 3）发生水锁效应 特别是在低孔低渗气层中最为严重。 4）形成乳化堵塞 特别是使用油基钻井液、油包水钻井液、水包油钻井液时，含有多种乳化剂的滤液与地层中原油或水发生乳化，可造成孔道堵塞。 5）细菌堵塞 滤液中所含的细菌进入油气层，如油气层环境适合其繁殖生长，就有可能造成喉道堵塞。4．相渗透率变化引起的损害
二氧化碳的实验室制法
《二氧化碳制取的研究》 学案 西南交通大学附属中学化学组 任 洪编制 班级: 姓名 学习目标 （1）知道实验室制取二氧化碳的反应原理 （2）探究实验室制取二氧化碳的装置 （3）初步了解知道实验制取气体的思路和方法 旧知复习：实验室制备氧气的原理和装置 高锰酸钾制备氧气 双氧水与二氧化锰混合物制备氧气 药品 原理 装置 【探究活动】探究实验室制取气体的装置 实验室制取氧气（ 回忆实验室制取氧气的相关知识填写下表） 【归 纳】 确定气体发生装置时，考虑因素是 和 ； 确定气体收集装置时，考虑因素是 和 。 比较内容 实验室制取氧气 用KMnO 4 用H 2O 2溶液和MnO 2 反应物状态 反应条件 密度与空气比较 是否溶于水
查阅资料知，实验室制备二氧化碳的原理是采用稀盐酸和块状大理石（或石灰石，主要成分都是碳 酸钙）发生反应如下： 【随堂练习】 反应物状态 反应条件 密度与空气比较 溶解性及是否与水反应 氧气 固体与液体 反应 催化剂 比空气略大 不易溶于水且不与水反应 固体与固体 反应 加热 二氧化碳 【讨 论】 实验室制取二氧化碳的装置是否与制取氧气的装置相同？为什么？ 知识点：二、实验室制取二氧化碳的装置 或。 。。。。。。 【随堂练习】试标明提醒处注意事项 【讨 论】利用这套装置如何操作制备二氧化碳呢？
【回顾】实验室制备氧气的正确操作步骤是怎样的？ 【实验】实验室利用块状大理石和稀盐酸制备二氧化碳气体操作： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 【归纳】 a.利用排空气集气发收集氧气时，检验方法： b.利用排空气集气发收集氧气时，验满方法： c.利用排空气集气发收集二氧化碳时，检验方法： d.利用排空气集气发收集二氧化碳时，验满方法： 归纳总结（引导学生作结）作业：完成学案习题。 1、实验室制取二氧化碳原理； 2、实验室制取二氧化碳气体的装置； 3、实验室制取二氧化碳气体的操作步骤； 4、二氧化碳气体的检验和验满
二氧化碳超临界萃取技术
二氧化碳超临界萃取技 术 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
超临界CO2萃取装置 ??? 该装置主要由萃取釜、分离釜、精镏柱、CO2高压泵、副泵、制冷系统、CO2贮罐、换热系统、净化系统、流量计、温度、压力控制（保护）系统等组成。 ?超临界CO2萃取装置的主要技术指标 ??? 萃取釜：、1L、2L、5L/50Mpa；10L、24L/40Mpa；50-200L/32Mpa,固态两用。配水夹套循环加热，温度可调。 ??? 分离釜：30Mpa；50-100L/16-22Mpa。配水夹套循环加热，温度可调。 ??? 精镏柱：内径ф25×2-3m/30Mpa；ф35×2-3m/30Mpa；ф48×4-6m/30Mpa；ф78×4-6m/30Mpa，根据工艺要求可分4节、6节、8节梯度控温；柱内根据工艺要求由用户选相关填料。 ??? CO2高压泵：20L/40Mpa·h双柱塞，50L/50Mpa·h双柱塞调频，400L/40Mpa·h三柱塞调频，800L/40Mpa·h三柱塞调频，泵头带冷却系统。 ??? 携带剂泵：用于萃取过程中，夹带溶剂来改变CO2极性，扩大应用范围。 ??? 制冷系统：配半封式、全封式压缩机，制冷量满足工艺要求。 ??? 换热及温度的控制系统：根据工艺要求,萃取釜、分离釜、精镏柱分别配置换热和温控系统，温度控制-85℃水循环、室温-150℃油循环，温度控制数显双屏控制水浴温度，测试CO2流体温度，控温±1℃??? 压力控制（保护）：高压泵出口配电接点压力表，设定工作压力，超压自动保护停泵。高压泵、萃取釜、分离釜、精镏柱，根据最高工作压力，分别配安全阀，超压自动泄压保护。萃取釜出口配背压阀系统，压力稳定，易于调整，压控制精度（动态）±??? 流量显示：金属转子流量计，数显远传，分别显示瞬时流量和累积流量??? 管路：接触流体的容器、阀门、管件、管线均采用不锈钢制作。??? 其他：电源三相四线制380V/50Hz，CO2食品级≥，用户自备 ?超临界CO2萃取装置的基本流程 ??? 1、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→分离Ⅱ→回路； ??? 2、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→分离Ⅱ→精镏柱→回路； ??? 3、CO2→萃取釜→精镏柱→分离Ⅰ→分离Ⅱ→回路； ??? 4、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→精镏柱→分离Ⅱ→回路。 ?超临界CO2萃取装置的特点