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CO_(2)海洋封存的思考与新路径探索

天然气工业 2024年第4期44卷 1-10,I0001页

作者：周守为李清平朱军龙周云健赵常忠何玉发怀柔实验室海洋天然气水合物全国重点实验室中国海洋石油集团有限公司中海油研究总院有限责任公司

实现碳达峰碳中和目标既是应对气候变化的必由之路,也是中国彰显大国责任担当和推动构建人类命运共同体的迫切需要。中国目前碳封存选址大多都集中在陆地,并且主要以气态CO_(2)或者液态CO_(2)的方式进行碳封存。陆地的碳封存潜力不及海... 详细信息

实现碳达峰碳中和目标既是应对气候变化的必由之路,也是中国彰显大国责任担当和推动构建人类命运共同体的迫切需要。中国目前碳封存选址大多都集中在陆地,并且主要以气态CO_(2)或者液态CO_(2)的方式进行碳封存。陆地的碳封存潜力不及海洋,而且前者对于储层的地质条件和作业条件要求均较高。海洋是地球上最大的活跃碳库,碳封存潜力巨大,目前中国已建成第一个海上碳封存项目——“恩平15-1”CO_(2)封存示范项目。为了加快推进CO_(2)海洋封存目标的实现,提出了CO_(2)水合物固态封存的新思路,探索了海洋碳封存的整体路径。研究结果表明:①基于甲烷水合物开发的逆向思维,以及CO_(2)水合物形成条件远不及甲烷水合物苛刻的特点,可以将CO_(2)注入海底形成CO_(2)水合物碳矿;②基于“固态流化”法的逆向原理及思维将液态CO_(2)直接注入甲烷水合物层及其下伏层的泥砂中,不仅可以利用CO_(2)置换开发甲烷水合物,而且还能在海底浅层形成CO_(2)水合物进而实现碳封存;③利用现有油气田开发平台和设备,选择有利于CO_(2)封存的地质构造和咸水层,有望实现油气田开发和海洋碳封存的协同发展。结论认为,该方法已经通过了实验室可行性验证,有望为未来碳捕集、利用与封存(CCUS)提供新的解决方案。

关键词：海洋碳封存碳矿 CO_(2)水合物 CO_(2)地质封存 “固态流化”法甲烷水合物 CCUS

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南海北部IODP U1500B孔早-中中新世沉积物元素地球化学特征与源区古气候浅析

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第5期60卷 865-873页

作者：耿力黄宝琦路颖晗造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871 北京天然气水合物国际研究中心北京100871

通过南海北部IODP U1500B钻孔岩芯中1262.6~1288.3 m沉积物的元素地球化学分析,还原中新世早-中期(20~14 Ma)中国西南地区的气候与环境演化历史。沉积物中稀土元素分析结果显示其物源区主要为中国西南的云贵高原,主量元素比值、CIA、PIA... 详细信息

通过南海北部IODP U1500B钻孔岩芯中1262.6~1288.3 m沉积物的元素地球化学分析,还原中新世早-中期(20~14 Ma)中国西南地区的气候与环境演化历史。沉积物中稀土元素分析结果显示其物源区主要为中国西南的云贵高原,主量元素比值、CIA、PIA、C值、Sr/Cu以及主成分分析结果共同指示早-中中新世沉积物源区化学风化强烈、气候温暖湿润的特征。中国西南地区距今17 Ma以来的气候基本上与全球一致,但17 Ma之前与全球寒冷干燥的状况并不相同。这可能与晚渐新世-早中新世青藏地区的强烈隆起有关:高原隆升导致南亚季风大大加强,使中国西南地区在早中新世(20~17 Ma)更加温暖湿润(尽管这段时间南亚季风在全球变冷的影响下有略为减弱的趋势);17~14 Ma,南亚季风的增强持续影响中国西南地区,此时全球气候也处于中中新世气候适宜期(MCO),两者气候变化趋势一致。

关键词：南海北部 IODP U1500B孔古气候南亚季风

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海域天然气水合物储层的多场耦合模式及研究进展

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工程地质学报 2024年第4期32卷 1355-1366页

作者：李彦龙吴能友王宏斌纪云开綦民辉刘昌岭万义钊陈明涛崂山实验室青岛266237 自然资源部天然气水合物重点实验室青岛海洋地质研究所青岛266237

海域天然气水合物是重要的清洁能源,实现其安全高效开采战略意义重大。受海域天然气水合物储层非成岩、弱固结、埋藏浅等特征的影响,水合物开采过程中储层处于强烈的多场耦合状态。复杂的多场耦合行为给开采产能和安全风险演化规律预测... 详细信息

海域天然气水合物是重要的清洁能源,实现其安全高效开采战略意义重大。受海域天然气水合物储层非成岩、弱固结、埋藏浅等特征的影响,水合物开采过程中储层处于强烈的多场耦合状态。复杂的多场耦合行为给开采产能和安全风险演化规律预测及其调控方案的制定均带来了巨大挑战。本文围绕南海天然气水合物储层特征并结合降压法开采工程需求,论证了在多场耦合行为分析中考虑固相传质过程的必要性和重要性,提出将传统热(T)-流(H)-固(M)-化(C)四场耦合升级为热(T)-流(H)-固(M)-化(C)-砂(S)五场耦合的新模式,并概述了实现多场耦合行为模拟的基本方法。在此基础上,分别综述了目前在水合物储层流体传质行为、固相传质行为、传热行为、力学变形行为等方面的主要研究进展,梳理了目前天然气水合物开采储层多场耦合基础研究领域的主要瓶颈与发展方向。可为海域天然气水合物开采工程-地质-环境一体化调控实践提供有益的参考。

关键词：天然气水合物多场耦合传热传质泥砂输运多相渗流

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深水输气管道起伏段水合物沉积堵塞规律研究

中国造船 2024年第3期65卷 164-174页

作者：李少强高永海姚海元段纪斌赵欣欣中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580 油气钻完井技术国家工程研究中心青岛266580 海洋天然气水合物国家重点实验室北京100028

为了研究深水输气管道起伏管段的积液规律,准确计算起伏管段内的温压场,建立了临界携液模型、持液率模型和考虑管道倾角的温压场模型。将模型计算结果与试验数据进行对比,并对工程实例进行计算,计算结果表明,随着管道倾角的增大,起伏管... 详细信息

为了研究深水输气管道起伏管段的积液规律,准确计算起伏管段内的温压场,建立了临界携液模型、持液率模型和考虑管道倾角的温压场模型。将模型计算结果与试验数据进行对比,并对工程实例进行计算,计算结果表明,随着管道倾角的增大,起伏管段的临界携液流速和管道内的持液率均先增大后减小,且存在临界倾角。基于所建立的温压场模型,结合天然气水合物的相平衡曲线,可确定深水输气管道内的水合物生成区域。研究结果可为深水输气管道起伏段水合物的沉积堵塞预测和防治提供理论依据和思路。

关键词：起伏管水合物积液规律温压场管道倾角

基于高压微流控芯片的水合物相变与气泡演化研究

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力学学报 2024年第6期56卷 1615-1623页

作者：张吉东殷振元李清平李淑霞焦红梅刘晓惠海洋天然气水合物全国重点实验室北京100028 清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055 北京怀柔实验室北京101499 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

天然气水合物因其巨大的资源量与高能量密度而被视为一种前景广阔的能源.理解孔隙尺度下天然气水合物生成与分解动力学及气-水-水合物三相分布对优化天然气水合物开采工艺至关重要.文章设计了一种新型的高压微流控可视化实验装置(最高耐... 详细信息

天然气水合物因其巨大的资源量与高能量密度而被视为一种前景广阔的能源.理解孔隙尺度下天然气水合物生成与分解动力学及气-水-水合物三相分布对优化天然气水合物开采工艺至关重要.文章设计了一种新型的高压微流控可视化实验装置(最高耐压19.0 MPa),可实现孔隙尺度下气体水合物生成和分解相变的直接观测.首先,观测并分析了南海神狐海域温压条件下(压力15.5 MPa)甲烷水合物的成核与生长过程.通过图像识别算法分析了热激法下3种升温速率(0.5,2.0和8.0 K/h)对甲烷水合物分解动力学与气泡演化规律.实验结果表明,孔隙中存在两种不同的甲烷水合物生成机制:(1)甲烷气泡主导生成的气-水-水合物三相共存的疏松多孔型水合物;(2)水中溶解相甲烷主导生成的致密单晶型水合物.其中,单晶型水合物包裹在多孔型水合物周围并呈树突状生长,在接触甲烷气泡时会诱导多孔型水合物的快速成核与生长.水合物分解过程中,气-水-水合物三相共存的多孔型水合物优先分解,单晶型水合物相对稳定,其分解温度高于多孔型水合物约0.3 K.孔隙内水合物分解后产生明显的气泡聚集与融合现象,气泡平均直径为60~100μm.提高升温速率显著加快了水合物分解速率,更有利于气泡融合,造成较大气泡在孔隙内分布.本研究为甲烷水合物在孔隙尺度下生成、分解与微米级气泡演化提供直接实时观测证据,研究结果对深入理解水合物分解动力学与水合物沉积物两相渗流理论提供基础支撑.

关键词：甲烷水合物高压微流控水合物形貌气泡演化相变动力学多孔介质

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深度学习技术在地震储层预测中的应用及挑战

石油地球物理勘探 2024年第3期59卷 640-651页

作者：骆迪王宏斌蔡峰吴志强孙运宝李清中国地质调查局青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室山东青岛266237 崂山实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266237

传统地震储层预测技术已无法满足储层精细评价的需求,深度学习具有强大的特征提取和高维数据处理能力,近年来广泛应用于地震储层预测并取得了较好的效果。为此,本文深入讨论深度学习技术在地震储层预测中的应用、进展及它在实际工作中... 详细信息

传统地震储层预测技术已无法满足储层精细评价的需求,深度学习具有强大的特征提取和高维数据处理能力,近年来广泛应用于地震储层预测并取得了较好的效果。为此,本文深入讨论深度学习技术在地震储层预测中的应用、进展及它在实际工作中面临的挑战,并提出未来的发展方向。主要认识有:(1)在烃类定性检测方面,深度学习技术有助于综合利用多属性地震数据去提高效率和预测结果的准确率;在定量预测方面,深度学习技术可以更精准地逼近地震数据与目标之间复杂的非线性关系,实现储层的精细定量评价。(2)深度学习技术的应用面临的挑战主要是标签数据不足和样本不均衡等容易导致模型过拟合,泛化能力差;模型复杂,计算成本高;模型的“黑匣子”特征使预测结果缺乏物理可解释性;缺乏定性预测模型的评价标准和高精度的不确定性量化算法。(3)未来的研究方向应致力于克服数据可用性的不足和深度学习的局限性等,构建地球物理知识图谱,实现多源数据与知识的有效融合、共享,将深度学习与反馈强化学习等其他机器学习算法相结合,为油气勘探和开发提供更可靠的技术支撑。

关键词：地震储层预测深度学习地震反演地震烃类检测有监督学习无监督学习

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高抗噪光纤光栅波峰计数式位移传感器

光子学报 2024年第6期53卷 173-182页

作者：范好好赵强杜大伟孙鹏刘文锋李彦龙陈明涛齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所青岛266061 崂山实验室青岛266237 青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室青岛266237 河海大学海洋学院南京210098

针对三轴剪切仪中天然水合物地质储层侧向蠕变的位移监测需求,提出了一种高抗噪光纤光栅波峰计数式位移传感方案。具体方法是将光纤光栅一端与悬臂压片的自由端垂直固定,另一端施加预拉力后固定在外壳上。利用齿条和传动系统将地质储层... 详细信息

针对三轴剪切仪中天然水合物地质储层侧向蠕变的位移监测需求,提出了一种高抗噪光纤光栅波峰计数式位移传感方案。具体方法是将光纤光栅一端与悬臂压片的自由端垂直固定,另一端施加预拉力后固定在外壳上。利用齿条和传动系统将地质储层侧向位移转变为齿轮的圆周旋转,在齿轮旋转过程中轮齿拨动悬臂压片自由端使光纤光栅产生周期性拉伸和复位,通过计算光纤光栅反射中心波长波峰跃变次数与标准步长的乘积,获得侧向位移。实验结果表明,位移传感器的量程为40 mm,分辨力达0.1 mm,误差仅为16μm,最小反射中心波长漂移量为1263 pm,考虑光纤抖动和解调仪误差后最小光信噪比达43.966 dB。在温度变化缓慢的条件下传感器不受温度影响,具有良好的重复性抗噪能力,能够满足天然气水合物地质储层侧向蠕变的监测需求。

关键词：光纤光栅位移传感器波峰计数法海洋地质蠕变

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四氢呋喃水合物结晶及其浆液流变特性

油气储运 2024年

作者：谢振强李清平杨硕姚海元秦蕊中海油研究总院有限责任公司海洋天然气水合物全国重点实验室中海油渤海实验中心

【目的】水合物浆液输送可有效节约药剂使用成本，有望成为一种安全经济高效的天然气海管运输模式，目前研究多为限定形状的水合物生成和水合物浆液流变性的实验研究，水合物浆液自发结晶和流动剪切下的结晶研究较少；而结晶是影响水合... 详细信息

【目的】水合物浆液输送可有效节约药剂使用成本，有望成为一种安全经济高效的天然气海管运输模式，目前研究多为限定形状的水合物生成和水合物浆液流变性的实验研究，水合物浆液自发结晶和流动剪切下的结晶研究较少；而结晶是影响水合物浆液流变性的关键因素之一，对浆液中水合物结晶生长的研究有助于深入分析和预测海管的流动状态，对海管流动安全保障具有重要意义。【方法】首先通过理论分析了四氢呋喃水合物自发结晶过程，并通过偏光显微实验验证了该理论；进而使用高精度流变仪探究动态剪切作用对结晶生长特性的改变及剪切速率、降温速率等因素对水合物浆液流变性的影响。【结果】静态原位四氢呋喃水合物以棒状结晶生长，晶体的轴向生长速率大于径向生长速率；剪切作用使四氢呋喃水合物析晶数量增多、单晶尺寸减小，同时促进棒状晶转变为块状晶。浆液黏度随剪切速率增大呈指数型下降，随体系降温速率增大先快速增加后达到稳定，随四氢呋喃质量分数的提高而快速上升。【结论】四氢呋喃水合物棒状晶端部更小的界面能与更大的温度梯度促进晶体轴向生长，而剪切作用会强制改变晶间方位，促使棒状晶团簇形成块状晶。研究结果可为流动体系水合物生成及水合物浆液输送等相关研究提供参考。

关键词：四氢呋喃水合物偏光显微结晶生长浆液黏度

碳基无金属纳米材料用于电催化合成小分子化学品

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新型炭材料（中英文） 2024年第1期39卷 42-63页

作者：石磊李彦哲尹华杰赵慎龙国家纳米科学中心中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室北京100190 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室安徽合肥230031

电催化是各种以化学品形式储存可再生电力能源技术的核心。目前,贵金属基催化剂广泛应用于提高电催化转化效率。然而,成本高、稳定性差等缺点严重阻碍了其在电合成和可持续能源器件中的大规模应用。碳基无金属催化剂(CMFCs)在提高催化... 详细信息

电催化是各种以化学品形式储存可再生电力能源技术的核心。目前,贵金属基催化剂广泛应用于提高电催化转化效率。然而,成本高、稳定性差等缺点严重阻碍了其在电合成和可持续能源器件中的大规模应用。碳基无金属催化剂(CMFCs)在提高催化性能方面展现出巨大潜力,且受到越来越多的关注。本文概述了用于电催化合成的CMFCs的最新研究进展,并讨论了其催化机理和设计策略。此外,简要总结了电催化合成过氧化氢、氨、氯以及各种碳基和氮基化合物的研究现状,并重点阐述了CMFCs目前面临的挑战和未来前景。

关键词：电合成电催化碳基纳米材料无金属电催化剂小分子化学品