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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

油页岩添加对准东高钠煤灰熔融行为影响的研究

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化工学报 2023年第5期74卷 2123-2135页

作者：黄磊孔令学白进李怀柱郭振兴白宗庆李平李文中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001 中国科学院大学北京100049 宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室宁夏银川750021

准东煤中碱金属钠的含量高,在气化过程中生成的飞灰导致换热器积灰、腐蚀等问题的发生,对气化炉的安全稳定运行带来极大的挑战。煤灰的熔融行为是阐明飞灰沉积行为的重要参数,选取含Si、Al较高的油页岩为添加剂,研究了油页岩添加对准东... 详细信息

准东煤中碱金属钠的含量高,在气化过程中生成的飞灰导致换热器积灰、腐蚀等问题的发生,对气化炉的安全稳定运行带来极大的挑战。煤灰的熔融行为是阐明飞灰沉积行为的重要参数,选取含Si、Al较高的油页岩为添加剂,研究了油页岩添加对准东高钠煤灰熔融行为的影响及机理,探讨使用油页岩解决准东高钠煤气化利用中的飞灰沉积问题。结果表明,随着油页岩添加量的增加,准东高钠煤红沙泉和将二矿煤灰的初始烧结温度与液相烧结温度区间长度增加,煤灰的沉积倾向减轻;矿物质分析显示,油页岩的添加降低了初始煤灰中硫酸钙的含量,提高石英的含量,同时熔融过程中生成大量夕线石,是准东高钠煤灰熔点升高的主要原因。对于红沙泉与将二矿煤,分别添加15%和20%的油页岩可有效提高煤灰的熔融特征温度,避免在气化过程中飞灰发生沉积。最后,基于神经网络模型,建立了准东高钠煤添加油页岩后的煤灰变形温度(DT)及流动温度(FT)的预测模型。

关键词：准东煤油页岩沉积物煤灰熔融行为矿物质神经网络结垢

油页岩自热干馏——无热载体技术的提出背景及进展

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石油学报（石油加工） 2023年第3期39卷 679-689页

作者：郭洪范熊莉佳刘云义吴启成沈阳化工大学化学工程学院辽宁沈阳110142 成大弘晟能源研究院有限公司辽宁沈阳110006

阻碍油页岩(OS)成为主流能源的技术瓶颈是其要经干馏(热解)才能采出,需用大量的650℃以上的高温热载体将灰分占主体的油页岩矿石加热到约500℃,能耗高、操作难度大。研究证实,在干馏过程中引入适量氧可形成放热的、自发裂解的自热干馏技... 详细信息

阻碍油页岩(OS)成为主流能源的技术瓶颈是其要经干馏(热解)才能采出,需用大量的650℃以上的高温热载体将灰分占主体的油页岩矿石加热到约500℃,能耗高、操作难度大。研究证实,在干馏过程中引入适量氧可形成放热的、自发裂解的自热干馏技术(SHR),也称有氧低温干馏技术、氧化热解和自热热解等。SHR极大地简化了干馏过程,相对于传统需用大量高温热载体或在发展之中的电加热等工艺,SHR自身原位生热用于油页岩自裂解,因此一定程度上可视为无热载体法的干馏工艺。SHR在地下干馏中也优势极大。笔者论述了SHR的研究进展,旨在推动更多的研究者关注SHR工艺,促进油页岩资源的高效利用。

关键词：油页岩干馏自供热自热自热热解氧化氧化热解

油页岩原位注热开采储层有效热解区变化规律分析

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计算力学学报 2023年第3期40卷 440-446页

作者：唐巨鹏余泓浩张昕崔翰博辽宁工程技术大学力学与工程学院阜新123000 辽宁工程技术大学新能源研究中心阜新123000

针对油页岩原位注热开采过程中储层有效热解区变化规律不清,实际热解效果无法准确判断难题,采用数值模拟方法,以抚顺油页岩储层为研究对象,建立了油页岩原位注热开采热流固耦合力学模型,与前人结果对比,验证了模型可靠性.重点考察水力... 详细信息

针对油页岩原位注热开采过程中储层有效热解区变化规律不清,实际热解效果无法准确判断难题,采用数值模拟方法,以抚顺油页岩储层为研究对象,建立了油页岩原位注热开采热流固耦合力学模型,与前人结果对比,验证了模型可靠性.重点考察水力压裂裂缝通道短路问题,分析得到了油页岩原位注热开采过程中储层有效热解区、储层有效热解区中地应力、注汽压力及沉降量随注热时间变化规律.结果表明,过热蒸汽沿水力压裂裂缝流动不会出现裂缝通道短路现象,过热蒸汽可通过水力压裂裂缝加速油页岩储层热解;采用过热蒸汽对流加热油页岩储层效率高,只需1年能使96%的油页岩储层达到热解所需温度;油页岩储层有效热解区中部形成应力集中区,最大地应力为21.6MPa;热解后靠近注热井处岩层发生沉降,热解2年后最大沉降量达0.85m.所得结论对现场油页岩原位注热开采有参考意义.

关键词：油页岩原位开采对流加热温度压力应力

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油页岩共价键分布及其加氢热解特征

洁净煤技术 2023年第5期29卷 39-45页

作者：周斌赵晓胜李哲周友王艺霏赵璐璐北京低碳清洁能源研究院新能源技术研究中心北京102211 沧州师范学院化学与化工学院河北沧州061001

面对我国贫油的现状,开发利用油页岩引起了广泛关注。然而,油页岩有机结构的复杂性制约了其清洁高效转化技术的发展。为从微观层面认识油页岩结构与其反应性的关系(简称构效关系),研究了8种油页岩的共价键特征,并利用人工神经网络(Artif... 详细信息

面对我国贫油的现状,开发利用油页岩引起了广泛关注。然而,油页岩有机结构的复杂性制约了其清洁高效转化技术的发展。为从微观层面认识油页岩结构与其反应性的关系(简称构效关系),研究了8种油页岩的共价键特征,并利用人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)以R2>0.99的高精度量化了油页岩共价键分布、反应温度、反应时间与自由基加氢量的关系。敏感度分析结果表明油页岩中的C_(al)—C_(al)、C_(al)—C_(ar)、C_(ar)—C_(ar)、C_(al)—O、C_(ar)—O和C_(al)=O会促进自由基的产生及加氢;C_(al)—H和C_(ar)—H发生断键产生的C_(al)·和C_(ar)·会发生缩聚反应,而产生的H·会给其他自由基加氢,间接抑制了溶剂加氢行为;O—H在反应中断键的可能性较低。该研究对油页岩、煤、生物质的温和转化技术具有借鉴意义。

关键词：油页岩共价键供氢溶剂加氢热解人工神经网络敏感度分析

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油页岩传热各向异性与原位传导热采模拟分析

太原理工大学学报 2023年

作者：张轩豪俞凌杰马中良李艺龙姜星太原理工大学矿业工程学院中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室中国石化油气成藏重点实验室

针对油页岩各向异性传热差异，以新疆巴里坤油页岩制标准样本试件，采取室内试验、数值模拟等多手段对其不同温度下水平、垂直层理传热差异进行探究。实验结果表明：1）随着温度升高，各层理方向热传导系数均呈“降低”趋势，但其平行... 详细信息

针对油页岩各向异性传热差异，以新疆巴里坤油页岩制标准样本试件，采取室内试验、数值模拟等多手段对其不同温度下水平、垂直层理传热差异进行探究。实验结果表明：1）随着温度升高，各层理方向热传导系数均呈“降低”趋势，但其平行层理方向的热传导系数均大于垂直层理方向；2）随温度升高，比热容先升高再降低。当温度400℃时，其比热容值最大；3）结合显微CT图，随着温度的升高，裂隙增多对垂直层理方向热量传导影响大于平行层理方向。基于上述实验测试参数，利用COMSOL软件建立油页岩储层原位电加热的“热-固”耦合模型，模拟结果表明：随加热时间的增加，各向异性传热差异逐渐开始呈现，当加热时间为120d时，加热井附近区域温度上升，并未表现出明显的各向异性；当加热到600d时，平行层理方向的传热区域明显大于垂直层理方向，呈“椭圆”状；加热到1440d时，传热区域小幅度增加，收油井P1温度达550℃，加热井控制区域页岩基本热解完成。

关键词：油页岩各向异性热传导系数显微CT 数值模拟

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油页岩改性生物炭对磷酸盐的吸附特性

可再生能源 2024年第1期42卷 1-8页

作者：周术林亚力昆江·吐尔逊阿衣克力木·哈山王洪生阿依谢姆古丽·阿布都热依木艾热提·阿不都艾尼张宸新疆大学化工学院新疆煤炭清洁转化与化工过程实验室新疆乌鲁木齐830046 新疆宝明矿业有限公司新疆昌吉831700

为解决磷回收困难和固体废弃物难处理的问题,文章以棉秆和油页岩为原料,采用共热解法制备了油页岩改性生物炭(OS-CS),利用SEM-EDS,BET,FT-IR等测试手段对其进行了理化特性分析,考察了热解温度、吸附剂用量、溶液pH值等因素对OS-CS的磷... 详细信息

为解决磷回收困难和固体废弃物难处理的问题,文章以棉秆和油页岩为原料,采用共热解法制备了油页岩改性生物炭(OS-CS),利用SEM-EDS,BET,FT-IR等测试手段对其进行了理化特性分析,考察了热解温度、吸附剂用量、溶液pH值等因素对OS-CS的磷酸盐吸附性能的影响,并研究了OS-CS的吸附动力学和吸附等温线模型。研究结果表明:进过改性后,OS-CS的结构性能和表面形貌有较大改善,对磷酸盐的吸附能力有明显的提高;在投加量为4.0 g/L、溶液pH值为5.0时,OS-CS的磷酸盐最大吸附量为7.01 mg/g,是棉秆炭的2.47倍,油页岩半焦的3.52倍。OS-CS吸附磷酸盐过程主要以拟二级动力学和Langmuir等温吸附模型进行描述,吸附机理主要包括表面沉淀、配体交换和静电吸引。油页岩改性生物炭复合材料为磷酸盐的去除和固体废弃物的资源化利用提供了新思路。

关键词：生物炭改性油页岩磷酸盐吸附

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基于数字岩石物理的油页岩热导率模拟

中国石油大学学报（自然科学版） 2023年第6期47卷 26-34页

作者：张永利涂钰滢马玉林辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

利用数字岩心技术,充分考虑岩石的孔隙空间结构对于岩石热导率的影响,对微波辐射作用下油页岩在室温至600℃时内部孔裂隙及裂缝进行三维可视化进行研究。结果表明:垂直层理面的热导率要小于平行层理面的热导率,油页岩强烈的热各向异性... 详细信息

利用数字岩心技术,充分考虑岩石的孔隙空间结构对于岩石热导率的影响,对微波辐射作用下油页岩在室温至600℃时内部孔裂隙及裂缝进行三维可视化进行研究。结果表明:垂直层理面的热导率要小于平行层理面的热导率,油页岩强烈的热各向异性导致传热的不均匀,热导率在3个方向上总体呈现下降趋势,并且将模拟值与经验模型进行对比,其精度可接受;各向异性的比值(即平行/垂直热导率)的上界为2.149,各向异性最高出现在热导率最低的区域;油页岩内部结构的变化是导致热导率下降的主要原因;研究成果能够在岩心尺度上对岩石热物性研究提供一定的参考。

关键词：油页岩热导率数字岩心有效热导率

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油页岩原位开采对地下水水质影响的研究进展

工业水处理 2023年第6期43卷 7-14页

作者：徐龙谭何少林苑宏英纪冬丽宋阳刘博余绩庆徐英俊天津城建大学环境与市政工程学院天津300384 天津市水质科学与技术重点实验室天津300384 国家油页岩生态环境分中心北京100089 北京中陆咨询有限公司(中国石油规划总院) 北京100089

我国油页岩资源十分丰富且多数埋藏较深,油页岩原位开采技术可以大幅提高开采效率,提高经济效益。但原位开采遗留的半焦、残渣中的污染物会在水岩作用下发生溶质迁移而对地下水环境造成破坏。原位开采后,油页岩物化性质的变化对地下水... 详细信息

我国油页岩资源十分丰富且多数埋藏较深,油页岩原位开采技术可以大幅提高开采效率,提高经济效益。但原位开采遗留的半焦、残渣中的污染物会在水岩作用下发生溶质迁移而对地下水环境造成破坏。原位开采后,油页岩物化性质的变化对地下水水质安全起着决定性作用,同时岩层相邻水文地质的状态也会影响污染物的迁移。总结了油页岩热解前后孔隙度和渗透率的变化,阐述了国内典型油页岩矿区与地下含水层的赋存情况,综述了国内外油页岩原位开采对地下水水质的影响;重点介绍了油页岩原位开采后部分有机物、重金属等污染物的释放情况,以此初步明确油页岩原位开采对地下水水质的影响;展望了今后油页岩开采地下水环境保护的重点研究方向,以期为我国未来实现油页岩工业化开采采取必要的风险防控措施提供理论基础。

关键词：油页岩原位开采地下水水质有机物重金属