摘要：CO_(2)捕集、利用与封存(CCUS)可实现碳减排和石油增产双赢,是化石能源行业绿色低碳转型的关键技术。2020年9月中国提出“力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”双碳目标后,石油石化行业加快推动CCUS技术规模化应用。在中国石化胜利油田、中国石油吉林油田等矿场实践中,逐渐暴露出CO_(2)驱存在波及程度低、见效时间短、气油比上升过快等矛盾,需要进一步加强油藏工程优化设计。在系统分析中外砂岩油藏CO_(2)驱提高采收率矿场实践的基础上,结合胜利油田百万吨级CCUS示范工程研究成果,针对油藏工程优化设计中的油藏压力保持水平与混相压力的匹配、井网方向与地应力方向的匹配、井距与储层渗透率的匹配以及气水交替驱替方式优化等重点问题,总结CO_(2)驱油藏压力保持水平、井网、井距、气水交替驱等油藏工程研究最新进展,重点对高压混相驱的提压方式、井网、井距以及气水交替驱优化设计等进行了分析,并指出CO_(2)驱油藏工程设计的攻关方向应围绕高压条件下多孔介质中原油、CO_(2)、水的相态规律及渗流规律、CO_(2)驱油与封存协同作用机制以及复杂储层条件下CO_(2)驱气窜机制等方向开展相关研究,为中国大规模CO_(2)驱提供技术支撑。

摘要：为进一步了解超临界/密相CO_(2)在管道泄漏过程中的压力响应和温度变化,基于自行设计的高压CO_(2)管道泄漏实验装置,探讨压力响应、温降特性和相态变化的相互作用机理,以及低温分布规律。研究结果表明:19 mm口径纯CO_(2)的压降曲线有明显的2个阶段,且密相泄放存在明显的压力平台,N 2会明显提高泄放速率;相同截面上温度呈现“上热下冷”的分布特征,管道轴线方向,泄放端温降相对最严重;从相态变化角度看,超临界CO_(2)泄漏没有明显两相区,但对于密相而言,管道底部的CO_(2)会经历密相、液相、过热液相、气液两相、气相的相态转变过程。研究结果可为管道泄放安全运行以及规避断裂风险等方案设计提供参考。

摘要：[目的]杂质的存在会影响CO_(2)的相平衡性质,进而影响CO_(2)管道输送安全。随着CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)技术的进一步应用,含杂质CO_(2)体系相平衡研究对推广CCUS技术至关重要。[方法]自主设计了一套基于气体、液体可压缩性差异的含杂质CO_(2)体系相特性测量实验装置,可以在-30~50℃范围内测量并计算含杂质CO_(2)体系的泡点压力、露点压力。将实验结果与PR方程、GERG-2008方程、BWRS方程、SRK方程、PRSV方程模拟结果进行对比,分析各方程预测精度。[结果]针对不同比例的N2-CO_(2)二元体系,随N2含量增加,各状态方程对于泡点压力、露点压力的预测精度下降。不同温度区间各状态方程预测精度不同,PR方程在0℃以下的泡点压力、露点压力预测精度较高,在0℃及以上,预测精度下降;GERG-2008方程在0℃以下的泡点压力、露点压力预测精度较低,在0℃及以上,预测精度较高;BWRS方程无明显规律性,但对各体系总体预测精度较低;SRK方程在0℃及以下预测精度较低,在0℃以上预测精度较高;PRSV方程在0℃以下预测精度较低,在0℃及以上预测精度较高。[结论]除BWRS方程无明显规律性外,其他方程在不同温度区间表现出不同的预测精度。状态方程优选建议:针对纯CO_(2),在0℃以下推荐使用PR方程,在0℃及以上推荐使用PRSV方程;对于99.5%CO_(2)+0.5%N2的体系,在-20~20℃范围内,推荐使用PR方程;对于96%CO_(2)+4%N_(2)的体系,在-30~20℃范围内,推荐使用PR方程、PRSV方程。

摘要：[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。

摘要：[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。

摘要：【目的】工业CO_(2)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CO_(2),对周围人员、生物等带来严重伤亡威胁。目前针对CO_(2)管道泄漏影响范围与安全距离的定量分析相关研究较为欠缺。【方法】为探究超临界/密相CO_(2)管道泄漏扩散规律,并得到不同CO_(2)暴露浓度下的安全距离,采用自主设计的大型CO_(2)管道泄放扩散实验装置,开展不同压力、温度条件下的CO_(2)管道泄放实验,分析泄放后扩散区域的CO_(2)浓度变化规律及典型体积分数下CO_(2)的影响范围。【结果】在实验压力与温度范围内,近泄放口处CO_(2)的体积分数主要受射流作用影响,在所有实验工况中,距泄放口5 m处CO_(2)体积分数最高可达70%,距泄放口10 m处CO_(2)体积分数均低于8%。计算得到距离泄放口5 m处体积分数大于4%的CO_(2)泄放持续时间最长达到125.6 s,随着管内压力的升高,CO_(2)体积分数大于4%的泄放持续时间更久。距离泄放口较远处CO_(2)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CO_(2)扩散的最远距离为32 m;管内运行温度为20~40℃时,体积分数4%的CO_(2)扩散的最远距离为20 m。CO_(2)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,CO_(2)的扩散距离越远,但环境风会影响CO_(2)扩散距离。在工业CO_(2)管道发生泄放后,不仅要根据CO_(2)管道运行状态,还要结合环境风速与风向综合考虑来进行危险区域划定。(图11,表1,参20)

摘要：超临界CO_(2)管道输送是碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)中的重要环节,由于超临界CO_(2)水力热力特性与气液有明显差异,为满足实际CO_(2)管道工艺方案设计要求,需要建立适用于超临界CO_(2)的水力热力计算模型,为CO_(2)管道工艺设计参数选择及方案优选提供理论支撑。基于此,以考虑高程差的管道稳态连续性方程、运动方程、能量方程三大守恒方程为基础,结合相平衡实验选择适宜状态方程计算纯CO_(2)或含杂质CO_(2)的物性参数,采用四阶龙格—库塔法迭代数值求解,通过C++语言采用自适应步长设置来满足实际高程变化影响,自主编程得到了一维非等温考虑地形起伏的超临界CO_(2)管输稳态水力热力计算模型,并分别通过实验和OLGA软件从多个方面验证了模型具有较高的精度。利用建立的模型研究杂质含量及种类对CO_(2)管道稳态输送过程的压降和温降的影响,得到杂质种类对压降和温降的影响规律:O_(2)、N_(2)、H_(2)O、CO、Ar、H_(2)、CH_(4)等杂质对温降数据有相同的趋势,几乎不存在影响;在压降数据上发现H_(2)O杂质会导致压降减少,其余杂质均会造成不同程度的压降增加,影响程度体现为H_(2)>CO>N_(2)>CH_(4)>O_(2)>Ar。结合CO_(2)的独特性质,针对超临界CO_(2)管道稳态运输的计算不应当忽略高程差的影响,同时也应注意杂质导致的温降和压降的变化。

摘要：由于CO_(2)具有较强的节流效应,超临界CO_(2)管道放空过程在管道内会形成低温区域,低于三相点可能生成干冰堵塞管道,甚至引发钢管低温脆断。设计1套超临界CO_(2)管道节流放空装置,研究不同初始温度条件下CO_(2)管道泄放过程中压降、温降及相态变化特性。研究结果表明:超临界CO_(2)管道泄放过程中,管道底部流体温度明显低于管道顶部流体温度,泄放过程中管内流体径向温差较大(如8.9 MPa、40℃工况时,最大径向温差达42℃);在初始压力几乎一样的情况下,工况2(初始压力8.88 MPa、初始温度33.5℃)初始温度虽大于工况1(初始压力8.8 MPa、初始温度26.5℃)初始温度,但2个工况最低温度都可达-70℃,这说明放空过程中管内最低温度不仅与初始温度有关,与初始温压条件下充装量及充装量差异引起的相变历程、相变吸热量有密切关系。研究结果为预防CO_(2)管道放空干冰堵塞或冻伤管道提供参考。