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CO_(2)地质利用与封存环境下钢材腐蚀行为与腐蚀控制措施研究进展

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热力发电 2024年第2期53卷 37-47页

作者：王翰文张力为梅开元程小伟薛泉王燕付晓娟中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500

CO_(2)地质利用与封存(CO_(2) geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO_(2)... 详细信息

CO_(2)地质利用与封存(CO_(2) geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO_(2)腐蚀钢材反应机制,总结了CO_(2)腐蚀钢材的主要影响因素,阐明了CO_(2)分压、温度、矿化度及pH值、CO_(2)封存环境中含有杂质、流体流动等因素对钢材腐蚀行为的影响,归纳了适用于CO_(2)腐蚀钢材防护的主要措施。基于此,提出了CGUS环境下钢材遭受CO_(2)腐蚀问题的重点研究方向。主要包括:CO_(2)腐蚀钢材反应机制的进一步探究;各项环境因素耦合作用影响CO_(2)腐蚀规律和腐蚀程度的量化研究;高浓度CO_(2)条件下腐蚀防护技术的开发与应用。

关键词：地质封存 CO_(2)腐蚀腐蚀影响因素缓蚀剂涂层耐蚀合金

基于硅酸钠和硅藻土的油井水泥自愈合材料的制备及表征

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中国粉体技术 2024年第3期30卷 64-75页

作者：李锟张春梅刘成梅开元胡陈程小伟西南石油大学新能源与材料学院油气藏地质及开发工程全国重点实验室四川成都610500 中国石油西南油气田公司勘探事业部四川成都610000

【目的】研究硅藻土对硅酸钠的吸附效果,探讨油井水泥环微裂缝的修复问题。【方法】采用硅酸钠作为自愈合剂,硅藻土为载体,利用真空浸渍法制备硅藻土基自愈合材料;借助扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、红外光谱仪(in... 详细信息

【目的】研究硅藻土对硅酸钠的吸附效果,探讨油井水泥环微裂缝的修复问题。【方法】采用硅酸钠作为自愈合剂,硅藻土为载体,利用真空浸渍法制备硅藻土基自愈合材料;借助扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、红外光谱仪(infrared spectrometer,FTIR)、全自动表面积和孔结构分析仪(automatic surface area and pore structure analyzer,BET)进行分析;通过对比分析掺入硅藻土基自愈合材料前、后水泥石的抗压强度、恢复率和渗透率等,对自愈合效果进行评价;通过对水泥石裂缝表面物质进行X射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、热重分析(thermal analysis,TG)和SEM分析评价材料的自愈合机制。【结果】利用真空浸渍法能够成功制得硅藻土基自愈合材料;硅藻土基自愈合材料在油井水泥中最佳掺量为9%(质量分数),该试样劈裂造缝后自愈合14 d的抗压强度比纯水泥的提高99.57%,自愈合14 d后渗透率为0.42 mD,渗透率降低率达到75.44%,比纯水泥试样的高40.94%,且自愈合14 d后裂缝表面已经闭合。【结论】硅藻土基自愈合材料制备工艺简单,在油井水泥浆中具有良好的分散性和稳定性,可以促进油井水泥石微裂缝自愈合。

关键词：硅酸钠硅藻土油井水泥微裂缝自愈合

Computed X-ray Tomography Investigation of Porosity and Permeability of the Liujiagou Formation Sandstone Exposed to CO_(2)-Saturated Brine

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Acta Geologica Sinica(English Edition) 2023年第3期97卷 946-955页

作者： XUE Quan ZHANG Liwei XU Liang Matthew MYERS Cameron WHITE mei kaiyuan WANG Hanwen LI Qi LI Xiaochun State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering Institute of Rock and Soil MechanicsChinese Academy of SciencesWuhan 430071China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China CSIRO Energy Australian Resources Research CentreKensingtonWestern Australia 6151Australia School of New Energy and Materials Southwest Petroleum UniversityChengdu 610500China

In order to improve CO_(2) capture,utilization and storage(CCUS) to solve carbon emission,sandstone from the Triassic Liujiagou Formation(LF) from the Ordos Basin in China was investigated using permeability tests and computed X-ray tomography(CT) *** presence of reactive minerals within the geological CO_(2) sequestration target storage formation can allow reaction with injected CO_(2),which changes the porosity and permeability of the LF beds,affecting storage *** investigate the effect of chemical reactions on the pore structure and permeability of sandstone cores representing the LF CO_(2) storage,tests were conducted to analyze the changes in porosity and permeability of sandstone cores induced by CO_(2)-saturated brine at different reaction times(28-day maximum reaction period).Porosity and permeability of the sandstone increased after reaction with CO_(2)-saturated brine due to mineral *** sandstone exhibited an increase in porosity and permeability after 15 days of reaction with CO_(2)-saturated ***,there was an increase in the volume of large pores in the sandstone after the 28-day *** pore network of the sandstone was established through CT results,and the porosity calculated based on the obtained pore network was close to that measured in the test,demonstrating the feasibility to use CT to study the evolution of the microstructure of sandstone after long-time exposure to CO_(2)-saturated brine.

关键词： CO_(2)capture-utilization-storage Triassic sandstone permeability porosity Ordos Basin

海泡石纤维表面包覆二氧化硅增强油井水泥的力学性能

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中国粉体技术 2024年第4期30卷 51-61页

作者：胡陈张春梅苏晓悦梅开元李锟程小伟西南石油大学新能源与材料学院油气藏地质及开发工程全国重点实验室四川成都610500

【目的】降低天然海泡石纤维的吸水性,提高海泡石纤维水泥浆的流动性能,改善水泥石的力学性能。【方法】通过酸-水热法对天然海泡石纤维进行除杂提纯,并采用正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate,TEOS)水解在海泡石纤维表面包覆二氧化... 详细信息

【目的】降低天然海泡石纤维的吸水性,提高海泡石纤维水泥浆的流动性能,改善水泥石的力学性能。【方法】通过酸-水热法对天然海泡石纤维进行除杂提纯,并采用正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate,TEOS)水解在海泡石纤维表面包覆二氧化硅降低海泡石纤维的吸水性,探究海泡石纤维对油井水泥的浆体性能、力学性能影响;运用X射线衍射分析、热分析和扫描电子显微镜分析等方法表征水泥石的物相组成、水化程度及微观形貌。【结果】改性水泥的海泡石纤维最优质量分数为5%,固化7 d的水泥石抗压、抗拉强度较未改性的分别提高了10.98%、10.58%;海泡石纤维质量分数为5%的改性水泥石的峰值应力为35.76 MPa,峰值应变为3.97×10^(-2)。海泡石纤维表面包覆SiO_(2)后,在较低质量分数下(5%)就能够促进水泥水化。【结论】改性海泡石纤维水泥浆的流动性优于未改性的;在纤维掺量和养护时间相同的情况下,改性海泡石纤维水泥石的抗压强度和抗拉强度均高于未改性的;改性海泡石纤维对水泥石的增韧强化能力高于未改性海泡石纤维。

关键词：海泡石纤维油井水泥力学性能二氧化硅

A polarized^(3)He system based on metastability-exchange optical pumping

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Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2024年第7期67卷 72-81页

作者： Yuting Wang Liangyong Wu kaiyuan Zhang mei Peng Siyu Chen Haiyang Yan State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology School of PhysicsPeking UniversityBeijing 100871China Institute of Nuclear Physics and Chemistry China Academy of Engineering PhysicsMianyang 621900China Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-beam Application(MOE) Fudan UniversityShanghai 200433China Key Laboratory of Neutron Physics Institute of Nuclear Physics and ChemistryChina Academy of Engineering PhysicsMianyang 621900China

Hyperpolarized^(3)He nuclei have emerged as a significantly important approach in quantum precision measurement techniques,with extensive applications in fundamental physics,magnetometry,metrology,and *** this study,we report on the design and implementation of a^(3)He polarization system at the China Mianyang Research Reactor(CMRR),utilizing the metastabilityexchange optical pumping(MEOP)*** employed a Merritt coil system consisting of four square coils to furnish a uniform holding *** deployed a 2 W fiber laser to pump the metastable^(3)He atoms and conducted free induction decay(FID)detection of the polarized^(3)He nuclei using both pickup coil and optical *** the optical method,we used a50 m W linearly polarized distributed Bragg reflector(DBR)laser as the *** applied transverse light absorption polarimetry to measure the absolute nuclear polarization of the ground-state^(3)*** have developed cell fabrication capabilities at the CMRR,and cells at various pressures ranging from 100 to 1000 Pa have been fabricated and *** a typical borosilicate cell with 100 Pa pressure,the absolute polarization is measured as Pn≈70%,and the transverse relaxation time is estimated as T2≈0.5 ***,we constructed a few aluminosilicate cells,each carefully filled with pure^(3)He at a pressure of 100 ***,we conducted a comprehensive evaluation of their performance in the context of MEOP.

关键词： metastability exchange optical pumping polarized^(3)He magnetic resonance

镁橄榄石对油井水泥抗CO_(2)腐蚀性能的影响

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中国粉体技术 2024年第2期30卷 151-163页

作者：郑怡杰龚鹏邓卓然何鑫张春梅梅开元程小伟西南石油大学新能源与材料学院油气藏地质及开发工程全国重点实验室四川成都610500

【目的】研究镁橄榄石掺加对减轻超临界CO_(2)环境下油井水泥石的腐蚀渗透性能。【方法】以镁橄榄石粉为外掺料配制不同的油井水泥,分析温度为150℃,CO_(2)总压为50 MPa条件下镁橄榄石水泥石的抗压强度,优选出镁橄榄石粉的最佳掺量;利... 详细信息

【目的】研究镁橄榄石掺加对减轻超临界CO_(2)环境下油井水泥石的腐蚀渗透性能。【方法】以镁橄榄石粉为外掺料配制不同的油井水泥,分析温度为150℃,CO_(2)总压为50 MPa条件下镁橄榄石水泥石的抗压强度,优选出镁橄榄石粉的最佳掺量;利用渗透率、热重分析(thermo gravimetric analysis,TGA)、X射线衍射(X-Ray diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)进行测试,评价镁橄榄石对油井水泥石抗CO_(2)腐蚀性能的影响,分析镁橄榄石对油井水泥石抗CO_(2)腐蚀的作用机制。【结果】镁橄榄石粉的掺入不会影响油井水泥的流动度,当镁橄榄石粉的质量分数为2%时,对比腐蚀前油井水泥石的,抗压强度提高35.47%,渗透率降低0.0104 m D;腐蚀28 d后,镁橄榄石水泥石的抗压强度为空白水泥石的193.71%,且仍高于腐蚀前。【结论】镁橄榄石是一种抗CO_(2)腐蚀外加剂,能提升油井水泥的抗CO_(2)腐蚀性能。

关键词：镁橄榄石超临界二氧化碳腐蚀油井水泥石

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油井水泥用抗分散聚合物的制备及其性能评价

中国粉体技术 2024年第5期30卷 132-145页

作者：杨鹂张春梅梅开元李尚东程小伟钟紫芩李心雨吴琦美西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500 西南石油大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室四川成都610500

【目的】研究调整井固井时因地层水侵入水泥浆的问题,通过加入抗分散聚合物提高油井水泥凝固前抗水侵能力。【方法】采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十八酯为主要原料,十二烷基硫酸钠为稳定剂,过硫... 详细信息

【目的】研究调整井固井时因地层水侵入水泥浆的问题,通过加入抗分散聚合物提高油井水泥凝固前抗水侵能力。【方法】采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十八酯为主要原料,十二烷基硫酸钠为稳定剂,过硫酸胺为引发剂,以水溶液自由基聚合法制备聚合物KSQ-Z;评价聚合物KSQ-Z的抗分散效果,并借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜对掺入聚合物材料的水泥石进行微观测试,探究KSQ-Z抗分散机制。【结果】KSQ-Z是一种含酯基的聚合物;KSQ-Z掺量(质量分数,下同)的增加可明显提高水泥浆的抗分散性,其中掺量为1.2%时效果最好;同未水侵组相比,水灰质量比分别为0.46、0.48、0.50的实验组掺入质量分数为1.2%的KSQ-Z的水泥浆养护7 d后的抗压强度分别提高41.1%、26.2%和21.8%;聚合物KSQ-Z通过形成的网状结构增加水泥石稳定性,使水泥石更加致密。【结论】聚合物KSQ-Z可增强水泥浆的内聚力,避免地层水对水泥浆的稀释和离子流失的影响,从而显著提高固井用水泥的抗水侵性能。

关键词：油井水泥水侵抗分散浊度

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提高CO_(2)封存强度的多层协同抽注技术

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工程科学与技术 2022年第1期54卷 167-176页

作者：李小春梅开元蔡雨娜张力为中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO_(2)捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在。“十四五”规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范。然而,由... 详细信息

中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO_(2)捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在。“十四五”规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范。然而,由于中国大多数CO_(2)储层的低渗透、非均质等特征,导致单一储层的CO_(2)封存能力有限,无法满足CCUS重大项目示范所需的CO_(2)地质封存量。本文提出将CO_(2)封存强度(单位土地面积的CO_(2)封存量)作为评价CCUS项目储层封存能力的关键指标,并计算了中国主要CO_(2)咸水层封存和CO_(2)强化驱油场地的CO_(2)封存强度,结果表明,现有CO_(2)咸水层封存和CO_(2)强化驱油项目的封存强度大多在105 t/km^(2)以下,无法满足中国双碳目标的需要。为显著提高CO_(2)封存强度,提出CO_(2)多层协同抽注技术的概念,通过注入井在多个储层射孔注入CO_(2),并利用采水井从多个储层中采出咸水,实现储层可用孔隙和储层压力的最优化调控,最终实现CO_(2)封存强度的大幅度提高。为验证CO_(2)多层协同抽注技术的效果,利用T_(2)Well模拟软件,构建3种CO_(2)多层统注及协同抽注的数值模型,模拟了CO_(2)定压注入过程,分析了注入60 d后的储层压力分布、储层内CO_(2)饱和度分布及CO_(2)累计注入量。结果表明:在多层协同抽注条件下,储层压力聚集现象有明显缓解,从而降低了封存区域因压力聚集导致的力学不稳定性。通过分析CO_(2)饱和度可知,注入CO_(2)后,在抽注井间压力差的驱使下,羽流将向采出井偏移;此外,受岩石性质的影响,羽流形状和范围略有差异。根据3种条件下的模拟结果计算CO_(2)封存强度可知,各向异性砂岩条件下多层协同抽注的封存强度最高达到1.115×10^(6)t/km^(2),远大于现在已实施项目的封存强度。因此,多层协同抽注技术将较大地提高CO_(2)封存强度,有利于节约中国国土资源,促进CO_(2)封存技术的推广。

关键词：碳中和 CCUS 封存强度协同抽注技术

基于MoO_(3)/ZnO无机电荷产生层的量子点电致发光器件

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发光学报 2023年第11期44卷 1885-1893页

作者：梅开元霍斯铭于荣梅纪文宇吉林大学物理学院吉林长春130012 南阳师范学院物理与电子工程学院河南省MXene材料微结构国际联合实验室河南南阳473061

氧化锌(ZnO)作为一种优异的电子传输材料,广泛应用于高性能量子点电致发光器件(QLED)中。然而,由于ZnO层较高的电荷传输速率,导致器件中过多的电子注入,使得器件内部的载流子不平衡,降低了器件的效率。此外,ZnO的易潮解性质使得其与电... 详细信息

氧化锌(ZnO)作为一种优异的电子传输材料,广泛应用于高性能量子点电致发光器件(QLED)中。然而,由于ZnO层较高的电荷传输速率,导致器件中过多的电子注入,使得器件内部的载流子不平衡,降低了器件的效率。此外,ZnO的易潮解性质使得其与电极之间的接触容易受到外界环境(水分和氧气)影响,从而影响器件的存储稳定性,这在倒置结构的QLED中尤为明显。为解决上述问题,我们利用MoO_(3)/ZnO作为电荷产生层(CGL)来制备倒置结构的QLED。这一结构改善了器件的载流子不平衡问题,使得器件的最大电流效率从12.8 cd/A提升到了15.7 cd/A。此外,CGL无需有电极注入电荷,而是通过电场的作用产生电荷,注入到发光层中,这降低了电极界面对器件性能的影响,从而大大提高了器件的稳定性。

关键词：电荷产生层电荷储存过冲瞬态电致发光