本文關(guān)鍵詞：驅(qū)油過程中二氧化碳BLEVE機(jī)理及破壞效應(yīng)研究

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【摘要】：CO2提高石油采收率技術(shù)(CO2-EOR)是碳捕集和封存技術(shù)中重要的地質(zhì)封存手段,可將CO2埋存減排與驅(qū)油相結(jié)合,具有廣泛的應(yīng)用前景。但在大量高濃度高壓CO2的注入過程中,若管柱結(jié)構(gòu)破損則完全可能發(fā)生嚴(yán)重的沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸,產(chǎn)生爆炸沖擊波、高速飛行破片,造成CO2泄漏擴(kuò)散,嚴(yán)重的威脅人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全。因此,有效評(píng)估驅(qū)油注入過程中CO2發(fā)生BLEVE的風(fēng)險(xiǎn),研究事故發(fā)生機(jī)理及后果,以提出預(yù)防和控制措施,是保證CO2-EOR安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容。本文對驅(qū)油注入過程中CO2發(fā)生BLEVE的機(jī)理及破壞效應(yīng)進(jìn)行了深入研究,在理論分析CO2 BLEVE熱動(dòng)力學(xué)過程的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并建立了小尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了CO2 BLEVE的典型過程及影響因素,設(shè)置小型現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)研究了CO2 BLEVE對注入管的破壞效應(yīng),并分析了爆炸沖擊波的傳播規(guī)律。1)基于CO2熱力學(xué)基本性質(zhì)以及沸騰傳熱和氣泡熱動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論,將CO2BLEVE的熱動(dòng)力學(xué)過程分為氣體從壓力容器的初始泄放、氣液兩相系統(tǒng)失穩(wěn)、液體的過熱和核化沸騰、氣泡的產(chǎn)生和發(fā)展及兩相介質(zhì)的快速泄放五個(gè)階段,對每個(gè)階段的典型參數(shù)進(jìn)行了描述,后續(xù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與該理論分析結(jié)果符合性較好。2)設(shè)計(jì)了小尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了CO2發(fā)生BLEVE的過程和臨界條件。結(jié)果表明:在壓力容器破裂后CO2的快速相變過程中,降壓初期頂部動(dòng)態(tài)壓力出現(xiàn)超過初始?jí)毫Φ姆磸?形成短暫的超壓峰,是BLEVE的典型特征。容器破裂兩相系統(tǒng)失穩(wěn)后,流體的微觀運(yùn)動(dòng)是界面處兩相流層上下膨脹及容器壁面非均勻和均勻核化氣泡向容器中心運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,最終流體以兩相白色霧狀持續(xù)噴出,后期容器內(nèi)出現(xiàn)大量干冰顆粒。3)從爆炸響應(yīng)模式和流體初始狀態(tài)兩個(gè)角度,實(shí)驗(yàn)研究了泄壓尺寸、初始?jí)毫�、初始溫度和分層加熱對CO2 BLEVE的影響。結(jié)果顯示:BLEVE的形成需要合適的泄壓尺寸和充裝率(初始?jí)毫刂?,本文實(shí)驗(yàn)條件下最易形成BLEVE的泄壓尺寸為5mm~10 mm,充裝率為85%(初始?jí)毫? MPa);初始溫度的升高促進(jìn)了BLEVE的形成,液體分層程度越嚴(yán)重BLEVE程度越低。研究結(jié)果表明CO2-EOR注入過程中的超臨界CO2具有很大的BLEVE危險(xiǎn)性,且初始溫度和壓力越高,BLEVE越劇烈。4)設(shè)置了小型現(xiàn)場實(shí)驗(yàn),研究了CO2 BLEVE對CCS-EOR工程中使用的P110注入管的破壞效應(yīng)。結(jié)果表明:含腐蝕缺陷的注入管在CO2內(nèi)壓作用下失效時(shí)發(fā)生典型的BLEVE現(xiàn)象,失效壓力越小,BLEVE危險(xiǎn)性越大。軸向縫隙腐蝕的注入管發(fā)生BLEVE后由缺陷縫隙延性斷裂向兩端擴(kuò)展轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?缺陷長度和深度的增大都使失效壓力減小,其中缺陷深度的影響更明顯;全面腐蝕的注入管發(fā)生BLEVE后開膛式撕裂,失效壓力小于軸向縫隙腐蝕的管柱,BLEVE危險(xiǎn)性更大;添加軸向拉伸載荷不會(huì)改變注入管發(fā)生BLEVE后的失效方式,但會(huì)使爆裂程度降低,同時(shí)失效壓力更小,BLEVE危險(xiǎn)性更大。5)對注入管內(nèi)CO2發(fā)生BLEVE后的爆炸沖擊波進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試,結(jié)果表明:CO2高壓容器發(fā)生BLEVE后的爆炸沖擊波是CO2氣相膨脹與液相沸騰共同作用的結(jié)果,失效壓力越大,爆炸沖擊波超壓峰值越大且隨距離增大衰減的越快。
【關(guān)鍵詞】：碳捕集與封存 CO2驅(qū)油 沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸 CO2相變 失效壓力
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE357.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 重要符號(hào)表16-19
• 縮略詞表19-20
• 第1章 緒論20-35
• 1.1 本文研究背景和意義20-23
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢23-32
• 1.2.1 BLEVE理論及模型研究23-25
• 1.2.2 多尺度下BLEVE模擬實(shí)驗(yàn)研究25-28
• 1.2.3 BLEVE爆炸沖擊波的研究28-30
• 1.2.4 CO_2 BLEVE的相關(guān)研究30-32
• 1.2.5 研究現(xiàn)狀總結(jié)32
• 1.3 本文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排32-35
• 1.3.1 本文的研究內(nèi)容及要解決的問題32-33
• 1.3.2 本文的結(jié)構(gòu)安排33-35
• 第2章 CO_2發(fā)生BLEVE的熱動(dòng)力學(xué)過程研究35-48
• 2.1 引言35-36
• 2.2 CO_2的基本熱力學(xué)性質(zhì)36-37
• 2.3 BLEVE基本過程的理論分析37-47
• 2.3.1 氣相從壓力容器的初始泄放37-39
• 2.3.2 氣液兩相亞穩(wěn)態(tài)平衡及非穩(wěn)態(tài)平衡39-41
• 2.3.3 液體的過熱與核化沸騰41-45
• 2.3.4 氣泡的動(dòng)力學(xué)過程45-46
• 2.3.5 兩相介質(zhì)的快速泄放46-47
• 2.4 本章小結(jié)47-48
• 第3章 CO_2 BLEVE發(fā)生機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究48-77
• 3.1 引言48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)思路48-50
• 3.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法50-61
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述50-52
• 3.3.2 承壓容器52
• 3.3.3 CO_2注入裝置52-54
• 3.3.4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)測量54-55
• 3.3.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)55-56
• 3.3.6 泄壓裝置56-60
• 3.3.7 實(shí)驗(yàn)步驟60-61
• 3.4 典型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果61-75
• 3.4.1 流體泄放過程61-62
• 3.4.2 容器內(nèi)壓力的響應(yīng)62-67
• 3.4.3 容器內(nèi)溫度的變化67-68
• 3.4.4 流體微觀運(yùn)動(dòng)過程及核化方式68-75
• 3.5 本章小結(jié)75-77
• 第4章 CO_2 BLEVE的影響因素研究77-105
• 4.1 引言77
• 4.2 泄壓尺寸77-83
• 4.3 CO_2初始狀態(tài)83-102
• 4.3.1 初始?jí)毫?/span>83-89
• 4.3.2 初始溫度89-95
• 4.3.3 分層加熱95-102
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)102-103
• 4.5 本章小結(jié)103-105
• 第5章 CO_2 BLEVE對注入管的破壞效應(yīng)研究105-130
• 5.1 引言105-106
• 5.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法106-111
• 5.2.1 CO_2注入裝置106
• 5.2.2 注入管試件106-107
• 5.2.3 拉伸裝置107-108
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)測量108-109
• 5.2.5 實(shí)驗(yàn)條件及方法109-111
• 5.3 爆炸過程及失效方式分析111-116
• 5.3.1 爆炸過程及試件失效方式分析111-113
• 5.3.2 失效壓力分析113-114
• 5.3.3 斷口分析114-116
• 5.4 注入管失效模式的影響因素研究116-125
• 5.4.1 腐蝕缺陷參數(shù)的影響116-119
• 5.4.2 腐蝕缺陷類型的影響119-122
• 5.4.3 拉伸載荷的影響122-125
• 5.5 爆炸沖擊波的傳播125-129
• 5.6 本章小結(jié)129-130
• 第6章 總結(jié)和展望130-134
• 6.1 論文主要工作及成果130-132
• 6.2 論文主要特色與創(chuàng)新132
• 6.3 進(jìn)一步研究展望132-134
• 參考文獻(xiàn)134-144
• 附錄144-146
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單146-149
• 致謝149-150
• 作者簡介150

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 弓燕舞,林文勝,顧安忠;分層對液化石油氣儲(chǔ)罐熱響應(yīng)的影響[J];工業(yè)加熱;2002年05期

2 劉振翼;史曉慧;周軼;張德平;王峰;李清;;碳捕集與貯存及提高油田采收率技術(shù)現(xiàn)狀及風(fēng)險(xiǎn)分析[J];安全與環(huán)境學(xué)報(bào);2013年05期

3 弓燕舞,林文勝,顧安忠;分層對液化石油氣儲(chǔ)罐升壓過程的影響[J];油氣儲(chǔ)運(yùn);2002年11期

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本文編號(hào)：820538