發(fā)布時間：2020-06-18 07:19

【摘要】：近些年,由于溫室氣體過渡排放造成的全球氣候變化問題越來越受到國際社會的重視,CO_2補(bǔ)集利用與封存技術(shù)已被國際社會公認(rèn)為減少二氧化碳排放的有效手段。在石油工業(yè)中二氧化碳鉆井、二氧化碳壓裂、二氧化碳驅(qū)油/封存技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。二氧化碳注入井筒作為連接地面因此儲層之間的通道,對其中井筒的溫度壓力進(jìn)行預(yù)測從而對井筒中CO_2相態(tài)的轉(zhuǎn)變進(jìn)行研究不但有助于對井口注入?yún)?shù)的優(yōu)化也是研究二氧化碳在儲層中流動的理論基礎(chǔ)。二氧化碳相態(tài)的轉(zhuǎn)變主要取決于溫度和壓力,前人已有許多關(guān)于井筒中溫度壓力預(yù)測模型,但由于二氧化碳獨(dú)特的物理性質(zhì)這些模型并不能準(zhǔn)確的預(yù)測二氧化碳注入井的溫度壓力分布,因此,本文綜合考慮二氧化碳物理性質(zhì)隨溫度壓力的變化和注入井筒中二氧化碳的相態(tài)轉(zhuǎn)變問題建立了考慮物性參數(shù)變化和相態(tài)轉(zhuǎn)變的二氧化碳封存注入井非穩(wěn)態(tài)溫度壓力耦合模型來研究二氧化碳注入井內(nèi)的相態(tài)變化規(guī)律,為二氧化碳壓裂、鉆井、驅(qū)油封存的后續(xù)研究奠定一定的理論基礎(chǔ)。文章通過Matlab編程調(diào)用美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院NIST Refprop 9.0軟件中二氧化碳在不同溫度壓力條件下的物性參數(shù)解決了采用物性參數(shù)計算模型僅適用于特定溫度下計算特定物性參數(shù)的問題。對二氧化碳物性參數(shù)的變化規(guī)律、流動傳熱特性、相態(tài)變化規(guī)律做了分析,建立了井筒非穩(wěn)態(tài)溫度壓力耦合模型采用全隱式差分進(jìn)行離散,以Matlab為求解工具,通過溫度、速度雙重迭代求解得到井筒溫度壓力分布規(guī)律。通過二氧化碳驅(qū)油封存和壓裂實際注入施工數(shù)據(jù)進(jìn)行模型計算,以注入溫度、注入壓力、注入量、地溫梯度、油管壁粗糙度等參進(jìn)行了模型敏感性分析得出:超臨界封存注入時在注入初期井筒中二氧化碳經(jīng)歷了由超臨界態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài),再由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)的過程,隨著注入施工的進(jìn)行,注入結(jié)束時井筒中將充滿超臨界狀態(tài)的二氧化碳。壓裂液態(tài)注入過程井筒中二氧化碳將由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài),隨著注入施工的進(jìn)行超臨界轉(zhuǎn)變深度逐漸向井底移動,在注入初期超臨界轉(zhuǎn)變深度變化較快,隨著注入的進(jìn)行超臨界轉(zhuǎn)變深度逐漸趨于穩(wěn)定;由于井筒壓力遠(yuǎn)大于CO_2的臨界壓力,因此井筒相態(tài)轉(zhuǎn)變主要由井筒的溫度決定而注入溫度、低溫梯度對井筒中溫度的分布的影響較大因此其二氧化碳相態(tài)轉(zhuǎn)變有較大的影響。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE357.7
【圖文】：

第 2 章 二氧化碳流動傳熱特性研究物質(zhì)的相態(tài)由溫度壓力所決定，因此研究二氧化碳井筒相態(tài)的變化首先要研究井筒內(nèi)溫度壓力的分布規(guī)律。CO2物性參數(shù)是溫度和壓力的函數(shù)，隨著溫度壓力的變化會發(fā)生較大的轉(zhuǎn)變，CO2物性參數(shù)的準(zhǔn)確性是保證溫度、壓力計算結(jié)果準(zhǔn)確的前提，因此在計算中 CO2的物性參數(shù)能夠及時準(zhǔn)確更新直接影響溫度壓力分布的計算結(jié)果。2.1 二氧化碳相態(tài)和性質(zhì)2.1.1 二氧化碳相圖自然界中任何一種物質(zhì)的相態(tài)都會隨溫度壓力變化產(chǎn)生氣、液、固三相。物質(zhì)相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時所對應(yīng)的溫度壓力點成為三相點，除了三相點以外物質(zhì)氣液平衡線的終點稱為臨界點，與之對應(yīng)的溫度和壓力稱為臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc），超過臨界溫度和壓力的范圍統(tǒng)稱為超臨界區(qū)域，稱成超臨界區(qū)域中的流體為超臨界流體（SCF）[53]。利用 Matlab 調(diào)用 Refprop9.0 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，繪制得到二氧化碳相圖如下圖 2.1 所示：

圖 2.2 二氧化碳相態(tài)轉(zhuǎn)變過程[53]界二氧化碳與氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的二氧化碳存在較大的差異，具有獨(dú)特的。從下表 2.1 可清楚得知：表 2.1 不同相態(tài)二氧化碳物理性質(zhì)對比表物性參數(shù)物理狀態(tài)氣態(tài) 液態(tài) 超臨界態(tài)度（3kg m ）0.5-2 （0.6-1.7）×103（0.2-0.9）×度（mPa s） 10-20.2-3.0 0.03-0.1系數(shù)（2m s ）（0.1-0.4）×10-7（0.2-0.3）×10-90.7×10-7中可清晰發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳（SC-CO2）的物理性質(zhì)均介于氣態(tài)和液態(tài)與氣體的雙重特性：度急劇增加至接近于液體，是氣態(tài)密度的數(shù)百倍；度急劇減小，更接近于氣態(tài)；散系數(shù)小于氣態(tài)但是卻是液體的數(shù)百倍，具有良好的流動好傳輸特性；

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 郭建春;曾冀;張然;周長林;;井筒注二氧化碳雙重非穩(wěn)態(tài)耦合模型[J];石油學(xué)報;2015年08期

2 董鋒;楊慶亮;龍如銀;程鑠博;;中國碳排放分解與動態(tài)模擬[J];中國人口·資源與環(huán)境;2015年04期

3 王海柱;沈忠厚;李根生;;超臨界CO_2鉆井井筒壓力溫度耦合計算[J];石油勘探與開發(fā);2011年01期

4 林日億;李健;邵長彬;馬成偉;;注液態(tài)CO_2采油井筒熱力分析[J];西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年04期

5 吳曉東;王慶;何巖峰;;考慮相態(tài)變化的注CO_2井井筒溫度壓力場耦合計算模型[J];中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年01期

6 戴偉娣;;清潔發(fā)展機(jī)制簡介[J];生物質(zhì)化學(xué)工程;2006年01期

7 位云生;胡永全;趙金洲;;井筒與地層非穩(wěn)態(tài)換熱數(shù)值計算方法[J];天然氣工業(yè);2005年11期

8 李媚,常志強(qiáng),孫雷,康征,何志雄,孫良田;凝析氣井井筒動態(tài)分析方法及軟件研制[J];天然氣工業(yè);2005年07期

9 劉曉燕,李敏,龐麗萍,張武,張輝;井口油水混合物溫度計算及影響因素[J];油氣田地面工程;2001年05期

10 毛偉,梁政;氣井井筒壓力、溫度耦合分析[J];天然氣工業(yè);1999年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王在明;超臨界二氧化碳鉆井液特性研究[D];中國石油大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 曾冀;超臨界二氧化碳壓裂井筒溫度壓力場模型研究[D];西南石油大學(xué);2014年

2 施楠;“京都時代”中國二氧化碳排放控制研究[D];中國石油大學(xué);2007年

本文編號：2718897