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浮式氢能储运过程中FLH2通道管外降膜流动的海上适应性强化机理

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化工进展 2024年第1期43卷 338-352页

作者：孙崇正李玉星许洁韩辉宋光春卢晓山东科技大学储能技术学院山东青岛266590 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东省油气储运安全重点实验室山东青岛266580 国家管网集团北京管道有限公司北京100101

随着海上风电和天然气制氢技术的发展,以氢能作为媒介的深海能源互联互通体系正不断完善。液态氢储运是实现海上氢能大规模运输和利用的有效方法,揭示海况条件下降膜流动机理是实现浮式氢能高效储运的关键。本文基于高速摄像系统和晃荡... 详细信息

随着海上风电和天然气制氢技术的发展,以氢能作为媒介的深海能源互联互通体系正不断完善。液态氢储运是实现海上氢能大规模运输和利用的有效方法,揭示海况条件下降膜流动机理是实现浮式氢能高效储运的关键。本文基于高速摄像系统和晃荡平台系统,同时基于耦合的VOF和Level Set两相流模型和动网格技术,采用浮式微观可视化实验和数值模拟相结合的方法,研究氢能储运过程中FLH_(2)(浮式氢气液化装置)换热通道管外降膜流动的海上适应性强化机理。研究结果表明,与常规光圆管、螺纹波管和方波管相比,波纹管管外降膜流动的液膜均匀性较好。在海况下波纹管间降膜流动流型稳定,并且均未出现管壁表面干涸的现象,因此在浮式氢气液化装置FLH2中推荐采用波纹管以强化其海上适应性。基于可视化实验和数值模拟结果,得到了降膜流动的流型演化规律,并拟合了波纹管外降膜流动的液膜厚度计算关联式。

关键词：氢气储运降膜流动海上适应性强化机理

三轴压缩下实时高温和热处理后碳酸盐岩力学特性的试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第6期43卷 1347-1358页

作者：杨文东王柄淇姚军井文君张祥中国石油大学(华东)深层油气全国重点实验室山东青岛266580 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

高温高应力条件对深层超深层油气的高效开采提出了极大的挑战。为探究实时高温和热处理2种温度作用下储层岩石力学性质变化的区别,通过自主研制的多场耦合试验系统对新疆塔里木油田的碳酸盐岩展开实时高温和热处理后的三轴压缩试验,分析... 详细信息

高温高应力条件对深层超深层油气的高效开采提出了极大的挑战。为探究实时高温和热处理2种温度作用下储层岩石力学性质变化的区别,通过自主研制的多场耦合试验系统对新疆塔里木油田的碳酸盐岩展开实时高温和热处理后的三轴压缩试验,分析2种试验情况下岩石强度、变形、破坏模式和力学参数的演化规律。结果表明:(1)随温度升高,实时高温下碳酸盐岩脆-延转化的临界围压减小,热处理后岩石的临界围压增大。(2)在2种试验条件下,碳酸盐岩的弹性模量都随温度的增加而减小;泊松比呈现出不同的变化规律;另外实时高温下碳酸盐岩的弹性模量和泊松比与围压的关系可用指数函数来表示。(3)碳酸盐岩的破裂角随围压的增大而减小;实时温度下岩石的破裂角和常温下相比变化不大,热处理后岩石的破裂角有增大的趋势。(4)与常温和加热处理后的岩石相比,实时高温对碳酸盐岩的体积应变和扩容应力影响更为明显,实时高温下的岩石更易进入屈服阶段。此研究结果有助于深入了解深层碳酸盐岩储层受高温影响下力学性质的变化规律,并为深层油气的安全高效开采提供理论依据。

关键词：岩石力学碳酸盐岩力学行为实时高温高温处理

双井周期注CO_(2)联合降压法开采天然气水合物分析

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天然气工业 2024年第3期44卷 199-213页

作者：张逸群杜红星王海柱李根生海洋天然气水合物全国重点实验室·中国石油大学(北京) 油气资源与工程全国重点实验室·中国石油大学(北京)

相较于单纯地封存CO_(2),CO_(2)置换法开采天然气水合物(以下简称水合物)能够满足水合物资源开采和碳封存的双重需求。为确保安全高效开发水合物的同时提高CO_(2)封存率,按照双井周期注入CO_(2)联合降压法开采水合物的思路,以中国南海... 详细信息

相较于单纯地封存CO_(2),CO_(2)置换法开采天然气水合物(以下简称水合物)能够满足水合物资源开采和碳封存的双重需求。为确保安全高效开发水合物的同时提高CO_(2)封存率,按照双井周期注入CO_(2)联合降压法开采水合物的思路,以中国南海典型水合物藏为研究对象,建立了矿藏尺度水合物注采热—流—固—化四场耦合数值模型,并开展了连续、间歇、循环3类注入开采方案和单井降压开采方案的对比分析,然后模拟分析注CO_(2)辅助水合物降压开采的增产效果,最后对比了不同注入方案的CO_(2)回收和封存情况,探索了水合物法碳封存的可行性。研究结果表明:(1)邻井CO_(2)的注入有助于降低产水量并缓解降压开采引起的地质沉降;(2)间歇注入较循环注入可促进储层中CO_(2)水合物生成,扩大注入井附近的高温区域,有利于生产井附近水合物的分解;(3)连续注入方式有利于分解气体的产出,但双井注采模式降低了甲烷水合物分解程度;(4)双井注采的CO_(2)注入分为快速注入阶段、反转阶段和缓慢注入阶段,其中双井间歇注入方案的CO_(2)注入效率最高。结论认为,双井间歇注入CO_(2)复合降压法能够在安全、高效开采水合物的同时具有相对可观的碳封存效果,是一种实现水合物商业化开采和助力双碳目标实现的潜在方法,研究成果对于天然气水合物开发及CO_(2)地质封存具有理论指导意义。

关键词：天然气水合物降压开采 CO_(2) 双井循环注入产能模拟碳封存水合物分解地质沉降

海上氢气液化系统(FLH)浮式装置的教学实验设计

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实验技术与管理 2024年

作者：孙崇正卢晓杨鑫李玉星刘羽翔于昊山东科技大学储能技术学院中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东省油气储运安全重点实验室

氢能是推动海上水、风、光、电资源清洁高效利用的理想媒介，构建深海氢能产业体系对保障能源的供应安全、实现“双碳”战略目标、促进能源领域企业转型升级具有重要的意义。为了开展氢能等海上新能源的教学活动，以及加深学生对机械设... 详细信息

氢能是推动海上水、风、光、电资源清洁高效利用的理想媒介，构建深海氢能产业体系对保障能源的供应安全、实现“双碳”战略目标、促进能源领域企业转型升级具有重要的意义。为了开展氢能等海上新能源的教学活动，以及加深学生对机械设计基础(含课程设计)、流体力学(含实验)、氢能及新型能源动力系统、氢能存储与利用等专业课程内容的掌握，对新型海上氢气液化系统(Liquid hydrogen floating production storage and offloading unit，FLH2)及关键设备知识的拓展，设计了应用于FLH2的浮式多孔介质通道内外流动实验装置，包括浮式通道内多孔介质流动阻力测试实验装置与浮式通道外降膜流动测试实验装置两个部分。研究发现该装置具有较好的实验教学预期效果，进行该实验将大大提升学生的工程实践能力和研究海洋能源高效利用领域的创新能力，拓展学生在深海氢能储运方面的知识储备。

关键词：海上氢能氢气储运液化复杂流动教学实验装置

海上氢气液化系统(FLH)浮式装置的教学实验设计

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实验技术与管理 2024年 132-139页

作者：孙崇正卢晓杨鑫李玉星刘羽翔于昊山东科技大学储能技术学院中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东省油气储运安全重点实验室

氢是推动海上水、风、光、电资源清洁高效利用的理想媒介，构建深海氢能产业体系对保障能源的供应安全、实现“双碳”目标、促进能源领域企业转型升级具有重要意义。为了开展氢能等海上新能源的实验教学活动，加深学生对机械设计基础(... 详细信息

氢是推动海上水、风、光、电资源清洁高效利用的理想媒介，构建深海氢能产业体系对保障能源的供应安全、实现“双碳”目标、促进能源领域企业转型升级具有重要意义。为了开展氢能等海上新能源的实验教学活动，加深学生对机械设计基础(含课程设计)、流体力学(含实验)、氢能及新型能源动力系统、氢能存储与利用等专业课程内容的掌握，该文设计了应用于海上氢气液化系统(liquid hydrogen floating production storage and offloading unit,FLH2)的浮式多孔介质通道内外流动实验装置，包括浮式通道内多孔介质流动阻力测试实验装置与浮式通道外降膜流动测试实验装置两个部分。该装置具有较好的实验教学效果，可提升学生的工程实践能力和研究海洋能源高效利用领域的创新能力，拓展学生在深海氢能储运方面的知识储备。

关键词：海上氢能氢气储运液化复杂流动教学实验装置

中国超临界CO_(2)管道输送技术进展及展望

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油气储运 2024年第5期43卷 481-491页

作者：张对红李玉星国家管网集团科学技术研究总院分公司中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院·山东省油气储运安全重点实验室

[目的]随着“双碳”目标任务持续推进,中国的碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)作为实现大规模碳减排的托底技术迅速发展,作为CCUS产业链中连接上下游的关键环节——CO_(2)管道工程建设也迎来了黄金... 详细信息

[目的]随着“双碳”目标任务持续推进,中国的碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)作为实现大规模碳减排的托底技术迅速发展,作为CCUS产业链中连接上下游的关键环节——CO_(2)管道工程建设也迎来了黄金发展机遇。然而,中国CO_(2)管道工程建设起步较晚,为了推动中国CO_(2)管道工程建设与发展,亟待对CO_(2)管道输送关键难题与核心技术开展系统攻关,并建立CO_(2)管道输送技术标准体系。[方法]基于文献调研对中国CO_(2)管道输送技术发展现状进行梳理评述,从CO_(2)相特性、管输工艺、管道安全、软件仿真、标准规范等方面总结分析了CO_(2)管道输送技术的重要进展,并根据中国的碳源碳汇分布特点对未来CO_(2)管道规划及管输技术发展提出建议与展望。[结果]与欧美国家相比,目前中国长距离超临界CO_(2)管道工程较为欠缺,仅齐鲁石化—胜利油田的密相CO_(2)管道工程建成投产,此外大庆石化、吉林石化CO_(2)管道工程处于初步设计阶段,未来CO_(2)管道工程建设将持续加速。[结论]中国的超临界CO_(2)管道输送已拥有一定的技术储备,但在中试试验的测试及理论模型改进方面仍需继续攻关,同时应加速推动相关技术的工程示范应用,完善CO_(2)管道输送技术标准体系,以期为未来区域千万吨级CO_(2)管道运输网络以及区域间CO_(2)干线管道规划建设提供全面有力支撑。

关键词： CCUS 超临界CO_(2)管道管道输送发展规划

CO管道泄漏过程减压波数值计算模型及初始温压的影响

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油气储运 2024年

作者：闫锋殷布泽欧阳欣胡其会支树洁李玉星龚霁昱国家管网集团科学技术研究总院分公司中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东省油气储运安全重点实验室

[目的]超临界/密相CO2管道是目前长距离运输CO2的主要方式，由于超临界/密相CO2管道维持高压运行，因此对管材止裂韧性的计算评估及其重要。减压波特性是评估管材止裂韧性的重要依据，然而CO2泄漏涉及跨相态减压过程，导致其减压波传递... 详细信息

[目的]超临界/密相CO2管道是目前长距离运输CO2的主要方式，由于超临界/密相CO2管道维持高压运行，因此对管材止裂韧性的计算评估及其重要。减压波特性是评估管材止裂韧性的重要依据，然而CO2泄漏涉及跨相态减压过程，导致其减压波传递规律复杂，预测难度增加，影响管材止裂评估。[方法]为研究CO2管道泄漏时减压波传递规律，搭建了CO2泄漏减压波实验平台，以均相流模型为框架结合气体状态方程、声速模型及出流速度模型建立了减压波数值计算模型，通过将模型计算结果与实验数据进行对比，验证了模型的准确性，并以此为基础，开展了不同初始温度、压力下的数值计算。[结果]不同相态的CO2减压波平台的起始点波速均随着压力的升高而升高，随着温度的升高而降低。与气态CO2不同，密相和超临界CO2减压波平台的高度，均随着压力的升高而降低，随着温度的升高而升高。温度和压力对减压波平台的影响其本质为初始熵值和密度的影响。减压平台的高度取决于初始的熵值，在气相中，初始熵值越低，减压波平台越高。密相和超临界相中，初始熵值越高，减压波平台越高。无论何种相态，初始密度越高，平台长度越长。[结论]实际工程中应重点关注起点高温高压位置的管道止裂，该实验方法和减压波计算模型可为CO2管道止裂韧性计算评估和管道设计提供理论支撑。

关键词： CO 管道 CO 泄漏减压波计算减压波规律实验

CO_(2)管道泄漏过程减压波数值计算模型及初始温压的影响

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油气储运 2024年第5期43卷 570-578页

作者：闫锋殷布泽欧阳欣胡其会支树洁李玉星龚霁昱国家管网集团科学技术研究总院分公司中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院·山东省油气储运安全重点实验室

[目的]超临界/密相CO_(2)管道是目前长距离运输CO_(2)的主要方式,由于超临界/密相CO_(2)管道维持高压运行,对其管材止裂韧性的计算评估极其重要。减压波特性是评估管材止裂韧性的重要依据,然而CO_(2)泄漏涉及跨相态减压过程,导致其减压... 详细信息

[目的]超临界/密相CO_(2)管道是目前长距离运输CO_(2)的主要方式,由于超临界/密相CO_(2)管道维持高压运行,对其管材止裂韧性的计算评估极其重要。减压波特性是评估管材止裂韧性的重要依据,然而CO_(2)泄漏涉及跨相态减压过程,导致其减压波传递规律复杂,预测难度增加,影响管材止裂评估。[方法]为研究CO_(2)管道泄漏时减压波的传递规律,搭建了CO_(2)泄漏减压波实验平台,以均相流模型为框架,结合气体状态方程、声速模型及出流速度模型建立了减压波数值计算模型,通过将模型计算结果与实验数据进行对比,验证了模型的准确性,并以此为基础,开展了不同初始温度、压力下的数值计算。[结果]不同相态CO_(2)减压波平台的起始点波速均随压力的升高而升高,随温度的升高而降低。与气态CO_(2)不同,密相和超临界CO_(2)减压波平台的高度均随压力的升高而降低,随温度的升高而升高。温度和压力对减压波平台影响的本质为对初始熵值和密度的影响。减压平台的高度取决于初始熵值,对于气相,初始熵值越低,减压波平台越高;对于密相和超临界相,初始熵值越高,减压波平台越高。无论何种相态,初始密度越高,平台长度越长。[结论]实际工程中应重点关注起点高温高压位置的管道止裂,该实验方法和减压波计算模型可为CO_(2)管道止裂韧性计算评估和管道设计提供理论支撑。

关键词： CO_(2)管道 CO_(2)泄漏减压波计算减压波规律实验

初始温压对超临界/密相CO管道泄放影响实验

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油气储运 2024年

作者：张对红丛思琦胡其会程磊列斯别克·塔拉甫别克韩辉李兆兰中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院.山东省油气储运安全重点实验室国家管网集团科学技术研究总院分公司

【目的】工业CO2管道输送一般维持在超临界/密相高压运行，一旦发生管道泄漏，泄漏口附近区域将产生高浓度CO2，对周围人员、生物等带来严重伤亡威胁。目前针对CO2管道泄漏影响范围和安全距离定量分析评价的研究较为欠缺，为探究超临界... 详细信息

【目的】工业CO2管道输送一般维持在超临界/密相高压运行，一旦发生管道泄漏，泄漏口附近区域将产生高浓度CO2，对周围人员、生物等带来严重伤亡威胁。目前针对CO2管道泄漏影响范围和安全距离定量分析评价的研究较为欠缺，为探究超临界/密相CO2管道泄漏扩散规律，得到不同CO2暴露浓度下的安全距离，【方法】采用自主设计的大型CO2管道泄放扩散实验装置，开展不同压力和温度条件下的CO2管道泄放实验，研究泄放后扩散区域的CO2浓度变化规律及典型体积分数下CO2的影响范围。【结果】在实验压力和温度范围内，①近泄放口处CO2的体积分数主要受射流作用影响，在所有实验工况中，5 m处CO2体积分数最高可达70%，10 m处CO2体积分数均低于8%。计算得到距离泄放口5 m远处体积分数大于4%的CO2泄放持续时间最长达到125 s，随着管内压力的升高，CO2体积分数大于4%的泄放持续时间更久。②距离泄放口较远处CO2的体积分数受湍流扩散和环境风速、风向的影响，管内压力在7.5～10.5 MPa时，体积分数4%的CO2扩散的最远距离为32 m；管内运行温度20～40 ℃时，体积分数4%的CO2扩散的最远距离为20 m。③CO2管道泄放后，扩散区温度也会降低，随着初始压力的升高或管内初始温度的降低，扩散区的温降增大。【结论】管内运行压力越高或管内初始温度越低时，CO2的扩散距离越远，但环境风会影响CO2扩散距离。在工业CO2管道发生泄放后，不仅要根据CO2管道运行状态，还要结合环境风速和风向综合考虑来进行危险区域划定。

关键词： CO 管道泄放实验浓度扩散温降