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活性位点电子密度变化对光催化CO_(2)活化和选择转化的影响

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物理化学学报 2024年第1期40卷 1-2页

作者：曹玥晗郭瑞马敏智黄泽皑周莹西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 西南石油大学新能源与材料学院成都610500

光催化二氧化碳(CO_(2))还原制液体燃料和高值化学品技术不仅能充分利用可再生能源太阳光,实现化学储能;更重要的是,此技术以温室气体CO_(2)为原料,因此可以减缓全球温室效应,构造人工碳循环。然而,光催化CO_(2)还原制液体燃料和高值化... 详细信息

光催化二氧化碳(CO_(2))还原制液体燃料和高值化学品技术不仅能充分利用可再生能源太阳光,实现化学储能;更重要的是,此技术以温室气体CO_(2)为原料,因此可以减缓全球温室效应,构造人工碳循环。然而,光催化CO_(2)还原制液体燃料和高值化学品反应过程中面临诸多挑战:(1)CO_(2)分子吸附和活化过程困难;(2)(高附加值)碳产物选择性低;(3)产物生成后易发生其他副反应导致催化剂失活或产物选择性下降。受到以上三个挑战的制约,目前的反应效率较低,难以满足工业化应用。由于光催化CO_(2)向高值化学品的转化过程为质子耦合光生电子参与的还原反应,因此活性位点的电子密度会显著影响以上挑战的解决。然而,光催化CO_(2)还原过程涉及众多基元步骤,每个基元步骤对于活性位点的电子密度要求并不清晰,这导致无法有针对性设计高效的催化剂来促进光催化CO_(2)分子的有效活化及高选择性转化。本文综述了近期活性位点的电子密度变化对于CO_(2)分子吸附和活化过程、碳产物选择性调控和产物脱附及过氧化的影响规律,并总结了调控活性位点上电子密度的方法,旨在对未来设计高效光催化剂提供参考和理论依据。

关键词：光催化二氧化碳还原高附加值化学品电子密度调控活性位点产物选择性

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复合磨损套管爆裂失效机理及剩余强度预测

天然气工业 2024年第3期44卷 172-183页

作者：邓宽海张明彭阳周念涛姚明远林元华油气藏地质及开发工程全国重点实验室·西南石油大学中国石油石油管工程重点实验室·西南石油大学

超深井、水平井、大位移井等复杂油气井服役工况异常恶劣,套管复合磨损严重,将对井筒完整性构成巨大威胁,且磨损套管剩余强度难以精准预测。为此,基于塔里木盆地塔中北坡顺南区块501井套管磨损数据及P110管材应力—应变本构关系,建立了... 详细信息

超深井、水平井、大位移井等复杂油气井服役工况异常恶劣,套管复合磨损严重,将对井筒完整性构成巨大威胁,且磨损套管剩余强度难以精准预测。为此,基于塔里木盆地塔中北坡顺南区块501井套管磨损数据及P110管材应力—应变本构关系,建立了充分考虑钻杆本体和接头联合造成的磨损模式、夹角、磨损重叠深度及磨损深度的复合磨损套管有限元力学模型,并开展了多种复合磨损模式下套管弹塑性变形、屈服、裂纹萌生、扩展及爆裂行为模拟,得到了不同复合磨损套管应力分布、剩余抗内压屈服强度及爆裂强度。研究结果表明:(1)月牙夹角在0°~90°时,应力干涉削弱应力集中,月牙夹角在90°~180°时,应力干涉增强应力集中,这种交互作用机制导致磨损套管剩余强度随着月牙夹角增加而先增加后降低;(2)裂纹萌生并起始于等效应力最大的位置即磨损月牙中心,并垂直于最大环向应力沿径向从套管内壁向外壁扩展,且裂纹一旦萌生,裂纹将迅速扩展并发生爆裂失效;(3)灰色关联度分析确定了复合磨损套管剩余强度对磨损深度、月牙夹角、复合磨损形式、月牙重叠深度的敏感性,分析结果表明磨损深度是决定套管剩余强度的主控因素。结论认为,该认识为套管强度设计与优化提供了技术参考,并对准确预测复合磨损套管剩余强度和确保井筒安全及完整性具有重要意义。

关键词：油气井复合磨损套管失效机理应力干涉应力集中应力交互剩余强度

幂律流体在椭圆井眼同心环空中螺旋层流流动压降

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石油学报 2024年第3期45卷 586-594页

作者：汤明郭欣钰谢玉森赵晨敏敬亚东何世明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

环空压降的准确预测是精准控制井底压力的基础,能够有效防止井漏、溢流,甚至井喷等井下复杂和事故。常规环空压降预测多以圆形井眼为基础,未考虑井眼形状不规则的影响;由于岩石力学特性参数和地应力的非均质性,易形成椭圆形井眼。以流... 详细信息

环空压降的准确预测是精准控制井底压力的基础,能够有效防止井漏、溢流,甚至井喷等井下复杂和事故。常规环空压降预测多以圆形井眼为基础,未考虑井眼形状不规则的影响;由于岩石力学特性参数和地应力的非均质性,易形成椭圆形井眼。以流体动力学为基础,建立椭圆井眼中幂律流体螺旋层流流动压降数值模型,利用流体力学仿真结果和实验结果对数值模型进行验证;以数值模型为基础,开展流动压降影响因素分析,明确不同参数对流动压降的影响规律;采用最小二乘法建立无量纲压力梯度拟合模型。研究结果表明,数值模型与仿真模拟和实测结果误差介于±5%。压力梯度随流体稠度系数的增加呈线性增大,随流体流性指数和环空内外径比率增大呈指数数型增大,随轴向平均速度增大呈对数型增大,随椭圆长短轴之比和内管转速增大呈指数型降低。无量纲压力梯度几乎不随流体稠度系数的变化而变化,拟合模型与数值模型误差仅为±5%。适用参数范围为0.8 m/s≤v_x≤1.4 m/s,40 r/min≤ω≤120 r/min,0.5≤K_d≤0.8,1.0≤η≤1.2和0.5≤n≤0.8。椭圆井眼同心环空螺旋层流无量纲压力梯度拟合模型能够实现流动压降的准确便捷预测。

关键词：椭圆井筒同心环空螺旋层流数值模型拟合模型

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酸作用下碳酸盐岩刻蚀形貌及力学性能研究

油气藏评价与开发 2024年第2期14卷 247-255页

作者：张文梁利喜刘向君熊健张忆南西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500

碳酸盐岩在化学和力学作用下结构及力学特征是该类储层酸压技术有效性评价的重要研究课题。以海相碳酸盐岩为研究对象,开展了20%HCl胶凝酸对碳酸盐岩结构和力学性能影响的室内实验研究。基于矿物组成,将碳酸盐岩划分为灰岩、含云质灰岩... 详细信息

碳酸盐岩在化学和力学作用下结构及力学特征是该类储层酸压技术有效性评价的重要研究课题。以海相碳酸盐岩为研究对象,开展了20%HCl胶凝酸对碳酸盐岩结构和力学性能影响的室内实验研究。基于矿物组成,将碳酸盐岩划分为灰岩、含云质灰岩、含灰质云岩和云岩4种类型,相对于灰岩的均匀刻蚀,酸在含云质灰岩表面选择性刻蚀,形成蚓蚀刻槽,而含灰质云岩和云岩则以点状刻蚀和沿着结构面侵蚀为主。酸作用前碳酸盐岩具有基质强度主导的剪切破坏特征,而酸作用后改变了岩石内部结构,导致碳酸盐岩更易在拉张应力作用下发生破坏,更容易劈裂破坏或沿结构面破坏。酸作用后碳酸盐岩的宏观强度降幅远大于基质强度降幅,酸液通过侵入岩石内部,在岩石内部形成更多微观缺陷,表现为峰值应力时弹性能占比降低和耗散能占比增加,因此其宏观力学性能劣化是基质强度劣化和内部结构改变共同作用的结果。研究结论对于碳酸盐岩现场酸压实践以及后续生产方案制定提供一定指导。

关键词：碳酸盐岩胶凝酸矿物组成刻蚀形貌力学性能

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四川盆地南部向斜区二叠系岩溶孔隙型石灰岩储层成因与天然气勘探新领域

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天然气工业 2024年第2期44卷 52-67页

作者：肖笛黄天海张本健刘冉高兆龙李明隆杨文杰谭秀成油气藏地质及开发工程全国重点实验室·西南石油大学国家能源碳酸盐岩油气重点实验室研究分室·西南石油大学四川省天然气地质重点实验室·西南石油大学中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

随着油气勘探程度不断提高,勘探方向逐渐从构造高部位往向斜区拓展。但是,传统认识认为向斜区岩性一般较致密,寻找向斜区优质储层成为其油气获得勘探突破的关键因素之一。为此,以四川盆地南部向斜区中二叠统茅口组石灰岩为例,基于钻井... 详细信息

随着油气勘探程度不断提高,勘探方向逐渐从构造高部位往向斜区拓展。但是,传统认识认为向斜区岩性一般较致密,寻找向斜区优质储层成为其油气获得勘探突破的关键因素之一。为此,以四川盆地南部向斜区中二叠统茅口组石灰岩为例,基于钻井岩心、薄片、测井以及地球化学等资料综合分析,开展了向斜区孔隙型石灰岩储层特征及成因研究,并建立了储层发育模式,指出了天然气勘探新方向。研究结果表明:(1)四川盆地南部向斜区茅口组发育岩溶孔隙型碳酸盐岩储层,储层岩性主要为泥晶—亮晶生屑石灰岩和亮晶生屑石灰岩,储集空间主要为生物体腔孔、生物铸模孔及粒内溶孔等组构选择性溶蚀形成的孔隙;(2)研究区茅口组储层平均孔隙度为4.07%,平均渗透率为0.273 mD,孔隙度与渗透率有明显的正相关关系,为典型的孔隙型储层;(3)茅口组储层段的铝、钪、锆及总稀土元素含量较低,锰和铁含量也较低,碳同位素值位于中二叠世海水沉淀方解石碳同位素值分布范围内,氧同位素呈现出一定的负偏;(4)茅口组岩溶孔隙型储层的形成与沉积期微地貌及高频层序控制的准同生期岩溶有关,溶蚀流体主要为大气淡水。结论认为,岩溶孔隙型储层在盆地内普遍发育,且该类储层远离不整合面,受沉积古地貌、沉积相带控制的准同生期岩溶改造,因此,天然气勘探思路需要向“有利沉积相带规模控储”方向转变,向斜区将是盆地内未来天然气勘探的重要新领域。

关键词：孔隙型储层岩溶储层准同生期岩溶中二叠统茅口组四川盆地南部向斜区

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甲烷裂解制氢和碳材料工艺研究进展

低碳化学与化工 2024年

作者：黄泽皑周芸霄张魁魁刘梦颖杨茗凯詹俊杰刘彤周莹西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学新能源与材料学院

双碳背景下，化石能源的清洁高效利用已成为能源结构转型中的重要发展方向。甲烷作为最清洁的化石能源之一，对其进行清洁高效利用被视为能源转型中具备良好发展前景的关键技术之一，受到了广泛关注。甲烷裂解制氢工艺具有在制备高纯度H... 详细信息

双碳背景下，化石能源的清洁高效利用已成为能源结构转型中的重要发展方向。甲烷作为最清洁的化石能源之一，对其进行清洁高效利用被视为能源转型中具备良好发展前景的关键技术之一，受到了广泛关注。甲烷裂解制氢工艺具有在制备高纯度H2和碳材料的同时不直接产生CO2的优点。总结了流化床中催化甲烷裂解、等离子体甲烷裂解和熔融介质法甲烷裂解这3类典型的甲烷裂解制氢工艺，并围绕工艺的原理、优缺点以及研究进展等方面展开了介绍。以上3类工艺中，使用流化床中催化甲烷裂解制氢所需能量最少，但催化剂易积碳导致反应不可持续进行，且碳材料与催化剂的分离难度大，影响下游使用。等离子体甲烷裂解制氢的转化率高，但需要大量的能量输入。熔融介质法甲烷裂解制氢的能耗较低，碳材料漂浮在熔融介质表面，不影响反应的持续进行，且易于分离和收集，但高温熔融介质对反应器材质的要求较高，纯化碳材料的成本也会影响该工艺工业化的经济性。结合可再生能源是未来实现清洁高效的甲烷裂解制氢的发展趋势，通过利用太阳能、风能等可再生能源来提供裂解过程中所需的能量，可减少对传统能源的依赖。从目前的研究和发展趋势来看，结合可再生能源的熔融介质法甲烷裂解制氢工艺有望成为甲烷裂解制氢和碳材料的关键工艺。

关键词：天然气甲烷裂解制氢碳材料反应工艺

砂-页交互陆相页岩储层水力裂缝穿层扩展规律

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断块油气田 2024年

作者：赵彦昕陈奥阳许文俊白振玮刘俊杰油气钻采工程湖北省重点实验室西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室长江大学石油工程学院

陆相页岩储层砂-页互层发育，层间岩石力学性质与地应力差异大，水力裂缝穿层扩展困难，导致压裂改造效果不佳。鉴于此，文中基于有限元+黏聚力单元法建立了砂-页交互陆相页岩储层三维水力裂缝穿层扩展数值模型，采用解析解与室内实验... 详细信息

陆相页岩储层砂-页互层发育，层间岩石力学性质与地应力差异大，水力裂缝穿层扩展困难，导致压裂改造效果不佳。鉴于此，文中基于有限元+黏聚力单元法建立了砂-页交互陆相页岩储层三维水力裂缝穿层扩展数值模型，采用解析解与室内实验验证了模型的准确性，采用单因素和极差分析法开展算例研究，全面揭示了地质与工程因素对水力裂缝穿层扩展的影响规律。研究结果表明：高层间应力差、高层间抗张强度差、低层间弹性模量差、高隔层厚度均不利于水力裂缝穿层扩展，增大施工排量与压裂液黏度能有效提升水力裂缝穿层扩展能力，各因素影响程度的主次顺序为：层间应力差>层间弹性模量差>层间抗张强度差>隔夹层厚度>注入排量>压裂液黏度。采用上述模型针对实例井开展施工参数设计，推荐单簇注入排量不低于2.5m3/min，前期施工时压裂液黏度不低于20mPa·s，现场应用效果良好，验证了模型的工程应用价值。

关键词：陆相页岩砂-页互层水力压裂穿层扩展数值模拟

深层致密储层人工裂缝应力敏感性的影响因素研究

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天然气地球科学 2024年

作者：熊健朱梦渊刘伟刘峻杰刘向君梁利喜丁乙油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学中石油玉门油田分公司环庆采油厂

以准噶尔盆地南缘地区深层致密砂岩为研究对象，通过室内实验和数值模拟的手段综合研究了深层致密砂岩裂缝应力敏感性及其影响因素，并讨论支撑剂、裂缝角度、地层孔隙压力、水平应力差等因素对裂缝开度和裂缝闭合量的影响。研究结果表... 详细信息

以准噶尔盆地南缘地区深层致密砂岩为研究对象，通过室内实验和数值模拟的手段综合研究了深层致密砂岩裂缝应力敏感性及其影响因素，并讨论支撑剂、裂缝角度、地层孔隙压力、水平应力差等因素对裂缝开度和裂缝闭合量的影响。研究结果表明：岩石支撑缝渗透率随有效应力增大而减小，剪切、劈裂破坏岩样的平均不可逆渗透率损害率分别为86.15%、62.19%，剪切破坏岩样应力敏感性小于劈裂破坏岩样，地层剪切裂缝更有利于后期的生产开发；支撑剂对岩样支撑缝渗透率影响较大，铺设、未铺设支撑剂的平均不可逆损害率分别为26.61%和74.17%，支撑剂能为裂缝面提供有效的支撑作用，减缓裂缝开度闭合的速度，降低裂缝应力敏感性，铺设支撑剂后裂缝岩样的最大渗透率损害率、不可逆渗透率均大幅度下降，卸载后渗透率恢复较高，支撑缝渗透率得到保持；在数值模拟实验中，人工裂缝与水平最大主应力夹角增大、地层孔隙压力减小或水平应力差增大都会导致裂缝面位移量逐渐增大，裂缝面上受到的应力增大，等效裂缝开度减小和裂缝闭合量增大，裂缝逐渐闭合，最终使支撑缝渗透率降低。

关键词：人工裂缝应力敏感性破坏模式支撑剂地层孔隙压力水平应力差

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非常规油气藏不规则复杂裂缝表征方法

石油实验地质 2024年

作者：何佑伟谢义翔乔宇陈玉林汤勇西南石油大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室

非常规油气资源储量大，开发难度高。储层压裂改造是非常规油气资源开发的关键技术手段。天然裂缝和压裂裂缝具有不规则性和复杂性。针对现有裂缝表征方法难以准确刻画裂缝真实形状和宽度变化等不规则特性这一问题，提出了基于非结构PEB... 详细信息

非常规油气资源储量大，开发难度高。储层压裂改造是非常规油气资源开发的关键技术手段。天然裂缝和压裂裂缝具有不规则性和复杂性。针对现有裂缝表征方法难以准确刻画裂缝真实形状和宽度变化等不规则特性这一问题，提出了基于非结构PEBI网格的不规则复杂裂缝表征方法。首先，建立基于PEBI网格的天然裂缝表征流程，实现对任意区域或限定区域天然裂缝的准确表征；其次，建立基于Delaunay三角形网格和PEBI网格的压裂裂缝表征及优化方法，分析网格尺寸及优化次数对裂缝表征精度的影响；第三，建立基于非结构网格的非平面裂缝表征方法，实现对弯曲裂缝的刻画和表征，裂缝形态和分布与实际情况更相符；第四，提出非均匀裂缝宽度表征方法，实现对变宽度即同一条裂缝宽度和导流能力不均匀分布裂缝的精细表征；第五，在全区域和限定区域内，实现耦合不规则压裂裂缝和不规则天然裂缝的复杂缝网表征。针对大规模天然裂缝与压裂裂缝相交、裂缝宽度非均匀分布、非平面裂缝等复杂条件下的裂缝网络表征，通过调整网格优化次数，能够提高缝网表征质量。利用PEBI网格能够灵活准确逼近裂缝复杂边界条件的优势，实现快速、准确地显示处理大量不规则天然裂缝和压裂裂缝。形成的不规则复杂裂缝表征方法，有助于提高非常规油气藏裂缝网络的表征精度和数值模拟计算准确性。

关键词：非常规油气藏不规则裂缝复杂缝网裂缝表征 Delaunay三角形网格 PEBI网格