超临界二氧化碳热解油页岩数值模拟和实验研究
发布时间：2021-12-18 04:55
与传统的化石能源如煤、石油和天然气不同,油页岩属于非常规油气资源,其所富含的干酪根是未成熟的生烃物质,高温裂解才会形成油气产物。我国油页岩资源储量丰富,尤其广泛分布在松辽盆地。探究油页岩原位裂解新工艺,对提高页岩油有效开采效率、降低开采成本具有重要意义。油页岩地下原位热解开采过程中,驱替压力与热解工艺是影响油收率的重要因素。驱替压力过高将导致周围岩层产生应力破坏,进一步导致油气产物的外流,降低油气采收效率;驱替压力过低,不足以疏通压裂地层,导致热传递过程的局限性,也会影响采收效率。载热超临界二氧化碳热解油页岩工艺是一种萃取辅助高温热解的创新方法,其驱替压力可以随地层深度自主调节,在致密多孔介质内的扩散能力和对有机质的萃取作用明显,因此提出该工艺作为油页岩开采的创新思路。本文在阅读大量参考文献的基础上掌握了基本的油页岩地下原位热解开采方法以及裂解动力学和热力学知识。首先采用TG-DSC联用技术探究氮气与二氧化碳气氛对油页岩热解的影响,获得油页岩热解反应的控制机理和动力学参数。结果表明:油页岩的热解反应符合Johnson-Mehl-Averami界面反应的控制机理。相比于氮气气氛活化能31...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
近年我国能源消费结构
吉林大学博士学位论文4一种隐患。美国、日本等经济大国也不例外，尤其是在第一次石油危机中，美国的工业生产下降了14%，日本工业生产下降了20%以上，所有工业化国家的经济都明显放慢。调整能源结构与能源转型逐步进入人们视野，常规能源的急剧消耗与储量短缺，引起人们越来越关注能源的转型问题。如何调整能源结构的同时提高能源有效利用率，转变能源发展方向的同时逐步过渡对常规能源的依赖，发展新能源的同时兼顾非常规能源的勘探与开发等成为科研面临的重点与难点。我国非常规能源的种类丰富而且发展潜力大，尤其以页岩气、煤层气、油砂、稠油、天然气水合物、油页岩等为代表。油页岩是细粒沉积岩属于非常规能源的一种，其原生孔隙内赋存的干酪根是未成熟的生烃介质[5]。加热可以促进干酪根的熟化，当温度达到干酪根的热分解温度之后，干酪根裂解可以产生油页岩油与气。钱家麟等认为，油页岩资源可以作为石油的替代能源[6]。长期以来从油页岩中提取页岩油的开采开发工艺以地面干馏为主,如图1-3所示，就是将油页岩从地下开采出来以后，运输至地面，然后完成粉碎剥离、粒度筛选等工艺。在无氧条件下将油页岩放在干馏炉中加热到450℃~550℃，持续保温，根据样品量的多少确定保温时间[7]。充分保温之后，使油页岩内部的干酪根受热裂解转化成页岩油。代表性的干馏炉有：中国的抚顺式干馏炉、爱沙尼亚的Kiviter干馏炉和Galoter干馏炉、巴西的Petrosix干馏炉和澳大利亚的ATP（AlbertaTaciukProcessor）干馏炉。地表干馏方法油收率较高，但是工艺流程复杂，一次性经济投入成本高，存在产生大量废气和废渣破坏生态环境[6,7,8]。图1-3地表干馏工艺流程简图Figure1-3Processflowdiagramofsurfaceretorting
第一章绪论5图1-4油页岩地面干馏工艺矿场Figure1-4Theoilshalesurfaceretortingprocessmine此外，地面干馏技术对埋藏较浅尤其是露天开采的油页岩资源具有优势。但是对与埋藏较深，如扶余-长春岭板块油页岩资源埋深约为477~486m,如果采用地面干流工艺，则需要像煤矿一样地下开采至地面，如图1-4所示，除了粉碎、筛癣运输等诸多环节外，经济投入巨大而且导致矿渣堆积，粉尘污染等，所以不适宜采用地面干馏工艺，因而油页岩的地下原位热解工艺逐步进入人们视野。1.2油页岩资源分布与热解研究现状油页岩在全球的资源量丰富，其中美国油页岩资源储量占据全球油页岩资源总量的70%，如下表1-2所示，中国、爱沙尼亚、俄罗斯、约旦、巴西等也有分布[9]。以中国为例，有将近20个省市的47个小中型盆地含有油页岩资源，有将近80个原生或伴生油页岩资源的含矿区。2006年全国油页岩资源评价数据表明，埋深在1000米以浅的油页岩资源储量达7.2×1011吨，折合成油页岩油约4.76×1010吨[10]。吉林盛辽宁盛广东省油页岩资源储量占中国油页岩资源储量的85%以上。而最新的评价结果表明，松辽盆地南部油页岩资源储量约2.496×1011吨，折合成油页岩油约1.336×1010吨，占比达到全国油页岩资源总量的1/3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压工频热解扶余油页岩的温度场模拟[J]. 赵帅,孙友宏,刘世畅,李强. 东北大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]不同温压条件下油页岩孔裂隙结构演化试验研究[J]. 耿毅德,梁卫国,刘剑,康志勤,武鹏飞,姜玉龙. 岩石力学与工程学报. 2018(11)
[3]基于传导、对流不同加热模式的油页岩孔隙结构变化的对比研究[J]. 康志勤,李翔,杨涛,赵静,赵阳升,杨栋. 岩石力学与工程学报. 2018(11)
[4]能源结构随能源需求增长而持续多样化——2018年世界能源统计年鉴解读[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2018(08)
[5]能源市场处于转型期,长期转变正在进行中——2017年世界能源统计年鉴解读[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2017(12)
[6]TG-DSC同步联用测定煤热解反应热[J]. 解强,梁鼎成,何璐,霍卫东,张峰. 煤炭学报. 2017(02)
[7]添加剂对煤粉-污泥混合燃烧特性的影响及动力学[J]. 洪晨,王志强,邢奕,冯丽慧,杨强,贾蒙蒙,李益飞. 煤炭学报. 2016(11)
[8]世界能源结构向低碳燃料转型——BP公司发布2016年世界能源统计年鉴[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2016(08)
[9]两种量热模式下物质热分解的动力学补偿效应[J]. 尹瑞丽,陈利平,陈网桦,吴珂,张彩星,李焓,于诚. 物理化学学报. 2016(02)
[10]能源需求放缓 供需呈“结构性”变化——2015年BP世界能源统计报告综述[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2015(08)
博士论文
[1]松辽盆地烃源岩形成环境与页岩油地质评价研究[D]. 曹怀仁.中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) 2017
[2]油页岩热解特性及原位注热开采油气的模拟研究[D]. 康志勤.太原理工大学 2008
本文编号：3541671
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
近年我国能源消费结构
吉林大学博士学位论文4一种隐患。美国、日本等经济大国也不例外，尤其是在第一次石油危机中，美国的工业生产下降了14%，日本工业生产下降了20%以上，所有工业化国家的经济都明显放慢。调整能源结构与能源转型逐步进入人们视野，常规能源的急剧消耗与储量短缺，引起人们越来越关注能源的转型问题。如何调整能源结构的同时提高能源有效利用率，转变能源发展方向的同时逐步过渡对常规能源的依赖，发展新能源的同时兼顾非常规能源的勘探与开发等成为科研面临的重点与难点。我国非常规能源的种类丰富而且发展潜力大，尤其以页岩气、煤层气、油砂、稠油、天然气水合物、油页岩等为代表。油页岩是细粒沉积岩属于非常规能源的一种，其原生孔隙内赋存的干酪根是未成熟的生烃介质[5]。加热可以促进干酪根的熟化，当温度达到干酪根的热分解温度之后，干酪根裂解可以产生油页岩油与气。钱家麟等认为，油页岩资源可以作为石油的替代能源[6]。长期以来从油页岩中提取页岩油的开采开发工艺以地面干馏为主,如图1-3所示，就是将油页岩从地下开采出来以后，运输至地面，然后完成粉碎剥离、粒度筛选等工艺。在无氧条件下将油页岩放在干馏炉中加热到450℃~550℃，持续保温，根据样品量的多少确定保温时间[7]。充分保温之后，使油页岩内部的干酪根受热裂解转化成页岩油。代表性的干馏炉有：中国的抚顺式干馏炉、爱沙尼亚的Kiviter干馏炉和Galoter干馏炉、巴西的Petrosix干馏炉和澳大利亚的ATP（AlbertaTaciukProcessor）干馏炉。地表干馏方法油收率较高，但是工艺流程复杂，一次性经济投入成本高，存在产生大量废气和废渣破坏生态环境[6,7,8]。图1-3地表干馏工艺流程简图Figure1-3Processflowdiagramofsurfaceretorting
第一章绪论5图1-4油页岩地面干馏工艺矿场Figure1-4Theoilshalesurfaceretortingprocessmine此外，地面干馏技术对埋藏较浅尤其是露天开采的油页岩资源具有优势。但是对与埋藏较深，如扶余-长春岭板块油页岩资源埋深约为477~486m,如果采用地面干流工艺，则需要像煤矿一样地下开采至地面，如图1-4所示，除了粉碎、筛癣运输等诸多环节外，经济投入巨大而且导致矿渣堆积，粉尘污染等，所以不适宜采用地面干馏工艺，因而油页岩的地下原位热解工艺逐步进入人们视野。1.2油页岩资源分布与热解研究现状油页岩在全球的资源量丰富，其中美国油页岩资源储量占据全球油页岩资源总量的70%，如下表1-2所示，中国、爱沙尼亚、俄罗斯、约旦、巴西等也有分布[9]。以中国为例，有将近20个省市的47个小中型盆地含有油页岩资源，有将近80个原生或伴生油页岩资源的含矿区。2006年全国油页岩资源评价数据表明，埋深在1000米以浅的油页岩资源储量达7.2×1011吨，折合成油页岩油约4.76×1010吨[10]。吉林盛辽宁盛广东省油页岩资源储量占中国油页岩资源储量的85%以上。而最新的评价结果表明，松辽盆地南部油页岩资源储量约2.496×1011吨，折合成油页岩油约1.336×1010吨，占比达到全国油页岩资源总量的1/3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压工频热解扶余油页岩的温度场模拟[J]. 赵帅,孙友宏,刘世畅,李强. 东北大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]不同温压条件下油页岩孔裂隙结构演化试验研究[J]. 耿毅德,梁卫国,刘剑,康志勤,武鹏飞,姜玉龙. 岩石力学与工程学报. 2018(11)
[3]基于传导、对流不同加热模式的油页岩孔隙结构变化的对比研究[J]. 康志勤,李翔,杨涛,赵静,赵阳升,杨栋. 岩石力学与工程学报. 2018(11)
[4]能源结构随能源需求增长而持续多样化——2018年世界能源统计年鉴解读[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2018(08)
[5]能源市场处于转型期,长期转变正在进行中——2017年世界能源统计年鉴解读[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2017(12)
[6]TG-DSC同步联用测定煤热解反应热[J]. 解强,梁鼎成,何璐,霍卫东,张峰. 煤炭学报. 2017(02)
[7]添加剂对煤粉-污泥混合燃烧特性的影响及动力学[J]. 洪晨,王志强,邢奕,冯丽慧,杨强,贾蒙蒙,李益飞. 煤炭学报. 2016(11)
[8]世界能源结构向低碳燃料转型——BP公司发布2016年世界能源统计年鉴[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2016(08)
[9]两种量热模式下物质热分解的动力学补偿效应[J]. 尹瑞丽,陈利平,陈网桦,吴珂,张彩星,李焓,于诚. 物理化学学报. 2016(02)
[10]能源需求放缓 供需呈“结构性”变化——2015年BP世界能源统计报告综述[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2015(08)
博士论文
[1]松辽盆地烃源岩形成环境与页岩油地质评价研究[D]. 曹怀仁.中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) 2017
[2]油页岩热解特性及原位注热开采油气的模拟研究[D]. 康志勤.太原理工大学 2008
本文编号：3541671
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