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中—低成熟度页岩油藏原位转化热-反应流耦合数值模拟

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石油学报 2022年第10期43卷 1462-1473页

作者：王子杰姚军孙海刘礼军严侠中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 成都理工大学能源学院四川成都610059

中国陆相页岩油储量丰富,成熟度整体偏低,储层中包括已生成的滞留烷烃和未转化的固体有机质,可动用能力差,且地层能量不足,仅依靠常规压裂改造技术难以获得经济产量,必须采用地下原位加热转化技术才能有效开发。伴随地层加热,干酪根与... 详细信息

中国陆相页岩油储量丰富,成熟度整体偏低,储层中包括已生成的滞留烷烃和未转化的固体有机质,可动用能力差,且地层能量不足,仅依靠常规压裂改造技术难以获得经济产量,必须采用地下原位加热转化技术才能有效开发。伴随地层加热,干酪根与滞留烷烃发生多级平行化学反应,流体组成与储集空间均发生较大变化,使得原位转化过程中的热-反应流耦合机制更加复杂。对此,通过考虑原位转化过程中的干酪根分解、烷烃裂解对油气组成以及岩石孔渗参数的影响,建立了页岩油藏原位转化热-反应流耦合数学模型及数值求解方法。通过数值算例验证了数学模型的正确性,分析了加热温度、加热模式、初始干酪根浓度等参数对开发效果的影响,并从经济效益的角度评价了页岩油藏原位转化开发的可行性。从热-反应流角度分析了页岩油藏原位转化过程,提出的模型和计算方法可用于评估页岩油藏原位转化过程的开发效果,并为中—低成熟度页岩油藏的高效开发提供理论支持。

关键词：中—低成熟度页岩油原位转化热-反应流耦合组分模型

转化方式对粉煤灰地聚物原位转化沸石及其Pb^(2+)吸附性能的影响

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材料导报 2023年第6期37卷 232-238页

作者：宋学锋陆伟宁西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

本工作以高铝粉煤灰为前驱体,通过碱激发及化学发泡的方式制备了富含类沸石相的多孔粉煤灰地聚物,并以此地聚物为骨架,通过原位转化将类沸石相转化为沸石,得到自支撑类沸石吸附材料。另外,研究了碱热、水热、微波三种原位转化方式下多... 详细信息

本工作以高铝粉煤灰为前驱体,通过碱激发及化学发泡的方式制备了富含类沸石相的多孔粉煤灰地聚物,并以此地聚物为骨架,通过原位转化将类沸石相转化为沸石,得到自支撑类沸石吸附材料。另外,研究了碱热、水热、微波三种原位转化方式下多孔粉煤灰地聚物的矿物组成变化规律、不同原位转化条件下制备的沸石类吸附材料对Pb^(2+)的静态吸附行为。研究结果表明:碱热转化有利于多孔粉煤灰地聚物中的类沸石相原位转化生成沸石相,明显提高了其对Pb^(2+)的吸附容量。碱热转化多孔粉煤灰地聚物对Pb^(2+)的吸附属于単分子层吸附。吸附动力学拟合表明,碱热转化多孔粉煤灰地聚物对Pb^(2+)的吸附方式分为物理吸附和化学吸附。当Pb^(2+)初始浓度为100 mg/L和300 mg/L时,吸附过程以物理吸附为主;当Pb^(2+)初始浓度为500 mg/L时,吸附过程伴随大量化学键形成,化学吸附作用更强。

关键词：多孔地聚物原位转化沸石铅离子吸附

油页岩自生热原位转化直井与水平井开发效果数值模拟--以鄂尔多斯盆地旬邑地区油页岩为例

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石油学报 2023年第8期44卷 1333-1343页

作者：杨立红朱超凡曾皓苏建政王益维武俊文陈旭东郭威中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京100083 吉林大学建设工程学院吉林长春130026 吉林大学油页岩地下原位转化与钻采技术国家地方联合工程实验室吉林长春130026 吉林大学教育部页岩油气资源勘探开发省部共建协同创新中心吉林长春130026 吉林大学自然资源部复杂条件钻采技术重点实验室吉林长春130026

油页岩是重要的化石能源,油页岩原位转化工艺具有绿色环保、占地面积小、开发成本低、可开发深部油页岩资源的优点,是油页岩工业的发展趋势,中国多次原位转化先导试验采用直井方式均成功产出油页岩油,但均出现产量低且不稳定、波及系数... 详细信息

油页岩是重要的化石能源,油页岩原位转化工艺具有绿色环保、占地面积小、开发成本低、可开发深部油页岩资源的优点,是油页岩工业的发展趋势,中国多次原位转化先导试验采用直井方式均成功产出油页岩油,但均出现产量低且不稳定、波及系数小等问题。以鄂尔多斯盆地旬邑地区油页岩为研究对象,运用数值模拟方法对比了油页岩自生热原位转化直井与水平井开发效果差异。研究结果显示,旬邑地区油页岩自生热原位转化局部最高温度均超过1000℃,含油饱和带主要处于温度范围为250~350℃的区域内,局部最高含油饱和度达到72%,干酪根裂解主要发生在温度达到350℃的地层中,干酪根裂解后孔隙度由6.4%增加至15.5%。其中,直井自生热原位转化累积产油量为432 m^(3),最高产油量为1.85 m^(3)/d,水平井自生热原位转化累积产油量为7260 m^(3),最高产油量为46.7 m^(3)/d。直井自生热原位转化总能量回报率仅有0.79,而水平井自生热原位转化总能量回报率达到2.48,油页岩直井和水平井自生热原位转化最优关井时间分别为第4.5年和第7年。

关键词：旬邑地区油页岩原位转化直井水平井能量回报率

陆相中低熟页岩油富集与原位转化科学问题及关键技术

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中国科学基金 2023年第2期37卷 276-284页

作者：赵文智赵阳升李根生胡素云朱如凯卞从胜刘伟李永新于晟任建国中国石油勘探开发研究院北京100083 太原理工大学太原030024 中国石油大学(北京) 北京102249 国家自然科学基金委员会地球科学部北京100085

围绕第281期双清论坛主题,本文回顾了陆相中低熟页岩油富集与原位转化研究现状,从陆相页岩油概念与类型、富有机质页岩形成机理、原位转化反应与传热机制、原位转化流动机制与原位开发技术五方面总结归纳了近年来的主要研究进展。从陆... 详细信息

围绕第281期双清论坛主题,本文回顾了陆相中低熟页岩油富集与原位转化研究现状,从陆相页岩油概念与类型、富有机质页岩形成机理、原位转化反应与传热机制、原位转化流动机制与原位开发技术五方面总结归纳了近年来的主要研究进展。从陆相有机质超量富集的环境响应与地质模型、陆相有机质超富段母质结构、能量场与产出物构成和固、液、气相有机质多相态、多场耦合流动机理三个方面归纳了关键科学问题与技术需求,并提出了五方面研究面临的难点和挑战,梳理了未来研究重点方向和国家自然科学基金资助的目标。

关键词：陆相中低熟页岩油富集机理原位转化

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页岩油地下原位转化的内涵与战略地位

石油勘探与开发 2018年第4期45卷 537-545页

作者：赵文智胡素云侯连华中国石油勘探开发研究院北京100083

页岩油地下原位转化是利用水平井电加热轻质化技术,将埋深300～3 000 m页岩中的重质油、沥青和各类有机物大规模转化为轻质油和天然气的物理化学过程,可称为"地下炼厂",在清洁开采、总量规模与产出物品质等方面具有明显优势。以有机质... 详细信息

页岩油地下原位转化是利用水平井电加热轻质化技术,将埋深300～3 000 m页岩中的重质油、沥青和各类有机物大规模转化为轻质油和天然气的物理化学过程,可称为"地下炼厂",在清洁开采、总量规模与产出物品质等方面具有明显优势。以有机质生排烃机理为基础,研究认为陆相中低成熟度(R_o值小于1.0%)富有机质页岩中,滞留液态烃占总生油量最大比例约25%、未转化有机质达40%～100%。适合地下原位转化的富有机质页岩需具备以下条件:页岩集中段TOC值大于6%,且越高越好;R_o值为0.5%～1.0%;厚度大于15 m;埋深小于3 000 m、面积大于50 km^2;页岩段顶底板封闭性好;地层含水率小于5%等。中国页岩油原位转化潜力巨大,技术可采资源量石油约(700～900)×10~8 t,天然气约(60～65)×10^(12) m^3。页岩油地下原位转化是新时期"进源找油"勘探的重大接替领域,如能实现商业突破,对中国石油工业的长期稳定乃至跨越式发展都具有里程碑意义。

关键词：页岩油原位转化地下炼厂技术可采资源量陆相页岩滞留烃中国陆上

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中国油页岩原位转化技术现状与展望

石油科学通报 2023年第4期8卷 475-490页

作者：孙友宏郭威李强白奉田邓孙华油页岩地下原位转化与钻采技术国家地方联合工程实验室吉林长春130026 中国地质大学(北京) 北京100083 吉林大学建设工程学院吉林长春130026 自然资源部复杂条件钻采技术重点实验室吉林长春130026

我国油页岩蕴含的油页岩油资源约为476.44亿t,规模开发将有效缓解我国油气供应的紧张局势。原位转化技术是油页岩资源开发的趋势,但因技术难度和开发成本等限制,尚未实现商业化生产。针对我国油页岩资源特点,国内高校、研究院以及企业... 详细信息

我国油页岩蕴含的油页岩油资源约为476.44亿t,规模开发将有效缓解我国油气供应的紧张局势。原位转化技术是油页岩资源开发的趋势,但因技术难度和开发成本等限制,尚未实现商业化生产。针对我国油页岩资源特点,国内高校、研究院以及企业先后研发了多种原位转化技术,其中吉林大学和吉林众诚油页岩公司在松辽盆地建设的先导试验成功从地下裂解并采出了油页岩油,在一定程度上验证了原位转化技术的可行性,但仍存在技术成熟度低、试验规模小、原位转化成本高和油气采收率低等不足。油页岩资源的原位转化在我国的能源需求与双碳目标下面临着机遇与挑战,需要在高效加热、储层改质、降本增效、低碳可持续发展等方向开展技术攻关,同时国家政策引导与产学研合作也是推进油页岩原位转化走向商业化的必要措施。

关键词：油页岩原位转化现状机遇挑战展望

鄂尔多斯盆地长7段页岩生烃动力学特征与原位转化温度条件

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天然气地球科学 2021年第12期32卷 1849-1858页

作者：张紫芸侯连华罗霞何坤张岩中国石油勘探开发研究院北京100083

中国中—低熟页岩油/油页岩的资源潜力巨大,原位转化技术作为实现其工业化开采的有效途径日益受到各界重视。鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(长7段)是国内可采资源量最大的原位转化主力地层,除低熟页岩外,中等成熟度页岩的生烃特征和动力... 详细信息

中国中—低熟页岩油/油页岩的资源潜力巨大,原位转化技术作为实现其工业化开采的有效途径日益受到各界重视。鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(长7段)是国内可采资源量最大的原位转化主力地层,除低熟页岩外,中等成熟度页岩的生烃特征和动力学过程可能不同,它们也可以作为页岩油/油页岩原位转化的潜在对象,现阶段缺乏相关机制研究。针对鄂尔多斯盆地长7段不同成熟度的天然页岩和半开放—半封闭体系模拟后页岩样品开展了开放体系热解实验,通过平行一级反应计算得到低熟页岩的频率因子为5.47×10^(10) s^(-1),活化能分布范围为38~61 kcal/mol,主峰为49 kcal/mol,占比66.91%。成熟度越高,生烃平均活化能越高,原位转化耗能越大,热解S_(2)峰所表征的生烃潜力越低。依据分布特征将活化能划分为52 kcal/mol的低活化能、主峰活化能、高活化能3组,随成熟度增加,低活化能、高活化能组占比增加,主峰活化能组占比降低。将动力学参数外推至原位转化条件下,建议选择成熟度较低的页岩(RO转化,并依据页岩成熟度的不同设置不同的原位转化温度区间。

关键词：原位转化页岩油生烃动力学活化能成熟度长7段鄂尔多斯盆地

中低熟页岩油原位转化技术研究现状及发展趋势

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钻采工艺 2023年第6期46卷 1-7页

作者：孙金声刘克松金家锋吕开河中国石油大学(华东)石油工程学院中国石油集团工程技术研究院有限公司中国工程院

中低熟页岩储层是指埋深为300~3000 m、富含稠化液态石油烃和未转化有机质的页岩,我国已探明的中低熟页岩油资源储量居世界第四位,是保证我国能源安全的重要战略资源。文章介绍了中低熟页岩油地下原位转化的概念和现有地下原位转化技术... 详细信息

中低熟页岩储层是指埋深为300~3000 m、富含稠化液态石油烃和未转化有机质的页岩,我国已探明的中低熟页岩油资源储量居世界第四位,是保证我国能源安全的重要战略资源。文章介绍了中低熟页岩油地下原位转化的概念和现有地下原位转化技术。研究了加热时间、热解温度、压力和升温速率等因素对中低熟页岩油热解的影响。重点介绍了三种不同类型的纳米级催化剂,并分析了催化剂对中低熟页岩油热解的机理。同时,阐述了高温超临界二氧化碳、超临界甲苯、超临界水等超临界流体在原位开采中低熟页岩油方面的应用。最后,展望了超临界流体协同催化剂热解中低熟页岩油技术发展前景。

关键词：中低熟页岩油原位转化纳米催化剂超临界流体协同催化剂热解

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地质聚合物原位转化沸石分子筛的研究进展

材料导报 2020年第23期34卷 23033-23041页

作者：张耀君张叶韩智超贺攀阳陈浩西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

沸石分子筛是一种具有特定的-Si(Al)-O-Si-骨架结构的无机晶体材料,因其独特的空间网络结构而被广泛应用于吸附、分离、离子交换及催化等领域。然而,沸石分子筛的传统合成方法大多采用水热法,以化学试剂作为硅源及铝源,通过添加模板剂... 详细信息

沸石分子筛是一种具有特定的-Si(Al)-O-Si-骨架结构的无机晶体材料,因其独特的空间网络结构而被广泛应用于吸附、分离、离子交换及催化等领域。然而,沸石分子筛的传统合成方法大多采用水热法,以化学试剂作为硅源及铝源,通过添加模板剂及助模板剂,在一定温度和酸碱条件下进行水热反应。该方法的优点在于制得的粉体具有晶粒发育完整、粒度小等优点,但存在原料昂贵以及粉体沸石分子筛二次成型等诸多弊端。地质聚合物是以天然矿物或铝硅酸盐固体废弃物为前驱体与碱性激发剂反应生成的一类绿色胶凝材料。将地质聚合物原位转化为块体沸石分子筛,不仅具有以生态友好的天然矿物及固体废弃物为原料、无需加入模板剂、成本低廉、反应条件缓和等优点,而且制得的块体沸石分子筛避免了传统粉体沸石分子筛在使用过程中的二次成型,开拓了块体沸石分子筛的制备新工艺及新方法。在环境温度和压力下,将无定形的地质聚合物转化为沸石分子筛晶体在热力学上是难以实现的。但在一定的热养护或水热条件下,地质聚合物可原位转化为沸石分子筛。其原料组成、Si/Al物质的量比、Na 2O/SiO 2物质的量比、H 2O/Na 2O物质的量比、激发剂浓度、水热温度、水热时间等是影响沸石分子筛类型以及沸石分子筛微观结构的主要因素。地质聚合物原位转化沸石分子筛的机理可归结为金属阳离子结构导向机理、有机模板结构导向机理以及晶种结构导向机理。地质聚合物原位转化的沸石分子筛在海水淡化、醇水分离、吸附重金属离子以及气体吸附等领域展现出潜在的应用潜力。将无定形的地质聚合物转化为块体沸石分子筛是地质聚合物发展的新趋势,延伸了地质聚合物的产业链及使用价值。本文提出了目前地质聚合物原位转化沸石分子筛存在的问题以及解决对策,展望了该研究领域未来的发展前景。

关键词：地质聚合物原位转化沸石分子筛碱性激发剂水热反应