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超临界二氧化碳论文

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1页 超临界二氧化碳旋转射流

目前，我国常规油气资源探明和开发程度已经相当高，对低渗透油藏、致密砂岩气、页岩气、煤层气、重油以及天然气水合物等非常规油气资源的勘探、开发已成为我国能源发展战略的重要方向之一。非常规油气成藏条件复杂，开发过程中储层保护困难，勘探开发难度大，因此，迫切需要形成新的工程技术，有效提高机械钻速、最大限度保护储层，最终提高油气的采收率。研究表明，超临界二氧化碳流体具有接近于液体的高密度和强溶解性，以及接近于气体的低粘度和强扩散性等独特性质，是一种非常有应用前景的非常规油气藏开发流体介质。采用超临界二氧化碳高压射流喷射破岩钻井，不仅对非常规油气储层没有伤害，而且能够获得较高的机械钻速，并实现温室气体的减排利用，技术应用前景广阔。

1 超临界二氧化碳的性质

在标准状况下，二氧化碳为无色无味的气体，其水溶性呈弱酸性。二氧化碳气体不能燃烧但易被液化。二氧化碳的临界点31.1 ℃、7.38 MPa。当温度和压力大于临界点温度和压力时，二氧化碳达到超临界状态。超临界二氧化碳具有许多不同于气体也不同于液体的独特性质：随着温度和压力逐渐升高，二氧化碳从气态变为液态，同时密度也逐渐增加；当温度和压力高于临界点后，呈现为超临界状态（见图 1）。其最大密度可达 1 200 kg/m3。随着相态的变化，二氧化碳气体的粘度变化范围也较大，总体介于液态和气态之间。在超临界条件下，其扩散系数为液体的100倍，因而具有很强的溶解能力。除此之外，超临界二氧化碳还具有良好的传热性能，表面张力为0，可以进入到任何大于超临界二氧化碳分子的空间。

超临界流体既不同于气体，也不同于液体，具有许多独特的物理化学性质。超临界流体的密度接近于液体，它与温度和压力呈非线性关系，随压力升高而增大，随温度升高而减小，同时其黏度与气体接近，扩散系数也比液体大，因此它的传热和传质能力较强。表 1为超临界流体、气体及液体不同性质对比。

2 超临界二氧化碳在石油工程的应用

2.1超临界二氧化碳喷射压裂增产

超临界 CO2喷射压裂方法具有独特的优势和广阔的发展前景。首先，超临界 CO2喷射破岩效率高，破岩门限压力低，因此可以在超临界CO2流体中添加磨料，进行套管开窗喷射压裂，这样不仅降低了系统注入压力要求，而且提高了如有你有帮助，请购买下载，谢谢！

2页 压裂施工的安全性;其次，超临界 CO2流体黏度较低，在储层原有的微裂缝中，高黏压裂液无法进入，而超临界CO2流体却可以随意流动，有助于井筒中压力的传递，降低压裂系统压力，且能使储层产生多而复杂的微裂缝，在储 层 内 形

成 裂 缝 网 络，提 高 单 井 产 量 和 采 收率。

2.2超临界二氧化碳驱替提高采收率

超临界 CO2流体在油气驱采时能够取得较好的效果。CO2溶于原油后能够降低原油黏度，改善油、水流度比，同时超临界CO2流体在油气藏中容易流动扩散，能够扩大油藏波及面积。CO2溶于原油后能够使原油体积膨胀，增加原油流动能量，大幅降低油水界面张力，减小残余油饱和度，从而提高原油采收率。

2.3超临界二氧化碳射流冲砂洗井和油套管除垢

CO2射流冲砂洗井

超临界 CO2射流破岩门限压力较低，同时它又具有较强的溶剂化能力，能以较低的喷射压力破碎并溶解高分子有机物，并轻易地携带出井筒。超临界 CO2流体黏度低、表面张力接近于零、扩散系数大，这些特点使得它在洗井过程中很容易进入到微小孔隙及裂缝中，溶解高分子有机物及其他杂质，清洗更彻底。超临界 CO2流体密度可调范围较宽，在井筒温度和压力条件下，调节井口回压便可控制井底压力，实现欠平衡、平衡或者过平衡洗井作业。

CO2射流油套管除垢

由于超临界 CO2射流破岩门限压力低，破岩速度快，因此它不仅降低了除垢所需泵压，而且除垢速度快、效率高，对油套管本身却不会造成任何伤害。因此用超临界 CO2射流进行油套管除垢会取得满意的效果。

2.4超临界 CO2射流破岩钻井

超临界 CO2钻井是利用超临界 CO2流体作为钻井液的一种新型钻井方式，它利用高压泵将低温液态 CO2泵送到钻杆中，液态 CO2下行到一定深度后达到超临界态，利用超临界CO2射流辅助破岩达到快速钻井的目的。超临界CO2钻井较常规钻井优势主要有两点:一是喷射破岩门限压力低，破岩速度快;二是对储层无污染。

3超临界二氧化碳旋转射流破岩机理

3.1试验装置 如有你有帮助，请购买下载，谢谢！

3页 现有SC-CO2钻井技术研究大都停留在可行性研究阶段，基础试验研究不足，因此结合实际钻井流程和SC-CO2流体特点，研制了SC-CO2射流破岩实验系统，如图1所示．依次由液态CO2储罐、增压泵组、加热装置、破岩井筒、固相分离器、液相分离器和制冷装置组成． 整个试验是在密闭管路中循环进行，属于淹没射流，环境压力由井筒出口处的背压阀控制，本装置中井筒出口处压力始终设置为6． 5MPa，由于在喷嘴处的射流压力无法直接测得，本装置通过控制破岩井筒入口处的流体压力来保证射流压力的恒定，最高可达100MPa．研发的数据采集控制软件设置有96 组通道，可以实时采集系统流程数据，分析 SC-CO2在喷射以及井筒流动过程中的流体特性变化，并能对整个试验进行远程控制．

SC-CO2射流破岩井筒如图2 所示，由井下环境模拟单元、射流结构调节单元以及射流破岩时间控制单元组成． 其中，井下环境模拟单元可以有效模拟地层压力和温度等参数，射流结构调节单元可以更换不同结构喷嘴，射流破岩时间控制单元可以准确控制破岩时间．由于本实验系统涉及到高压气体密封，从试验安全和易于实现的角度出发，优选切向注入法形成旋转射流如图 3 所示，喷嘴入口位于喷嘴上部侧面，沿轴线均匀分布，喷嘴入口轴线与喷嘴内腔壁面相切，与喷嘴内腔轴线相垂直，保证流体进入内腔后沿侧壁旋转，经喷嘴出口后形成旋转射流破碎岩石。依据入流面积相同的原则，设计注入孔为1—4 个．

试验选用Φ25． 4、Φ38． 1 和 Φ100mm 3 个系列岩心，在进行探索性试验时，首先使用人工模拟岩心，其抗压强度分别为14和25MPa，由水泥，石英砂混合制成，在获得基本规律后再进行天然岩心破岩试验，选取抗压强度为65MPa的致密砂岩和95MPa 的大理岩等天然岩心进行验证性试验．

3.2试验方法

(1) 首先，在CO2存储单元( 储罐) 中存储足量的液态CO2，打开存储单元、增压单元( 增压泵) 、加热单元( 加热器) 、试验井筒单元、分离单元( 固相、液相分离器) 和制冷单元( 冷却器) 间的阀门，启动加热器和冷却器，通过数据采集控制系统将系统内流体调制为试验所需温度;

( 2) 启动增压泵组，将试验井筒入口处流体调制为试验所需压力;

( 3) 在试验井筒入口处流体达到所需的超临界态后，通过远程控制挡板控制器抽出射流挡板，射流喷射到模拟岩心，并开始计时;

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超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

湖南农业大学研究生课程论文

学 院： 食品科技学院

年级专业：07级营养与食品卫生学

姓 名： 邓婷婷 学 号： s200700293

课程论文题目： 超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

课 程 名 称： 现代食品分析技术

评 阅 成 绩：

评 阅 意 见：

成绩评定教师签名：

日期： 年 月 日

超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

学 生：邓婷婷

(07级 食品科技学院 营养与食品卫生专业，学号s200700293)

摘 要：本文介绍了超临界CO2流体萃取技术的萃取原理、特点、基本流程及其影响萃取的因素，对此技术在食品、医药、农药残留分析、化工等方面的应用进行了简要概述，并展望了今后的发展。

关键词：超临界CO2流体萃取技术 原理 特点 流程 影响因素 应用

超临界流体萃取（supercritical fluid extraction）简称SCFE，是利用超临界状态的流体具有强溶解能力而对物质进行提取分类的技术。1897年,Hannay和Hogarth发现了超临界乙醇异乎寻常的溶解特性[1]。近20年来,超临界流体萃取技术开始应用于工业实践并引起广泛关注，现已应用于食品、医药、化工、石油、和香料等领域。

1 超临界CO2流体萃取基本原理

超临界流体是物质处于其临界点（Tc、Pc）以上状态时所呈现出的一种高压、高密度，具有气液两重性的液体。超临界CO2萃取技术就是以超临界状态的CO2流体为溶剂，利用超临界CO2在临界点附近所具有的高渗透性、高扩散性和高溶解能力，对萃取物中的目标组分进行提取分离，从而达到分离精制的目的[2]。

超临界CO2流体对溶质的溶解度取决于其密度，当在临界点附近，压力和温度发生微小的变化时，密度即发生变化，从而会引起溶解度的变化。因此，将温度或压力适当变化， 可使溶解度在100-1000倍的范围内变化，因而具有较高的溶解性[2]。一般情况下，超临界CO2流体的密度越大，其溶解能力就越大。在恒温下随压力升高，溶质的溶解度增大；在恒压下随温度升高，溶质的溶解度减小。利用这一特性可从物质中萃取某些易溶解的成分。而超临界CO2流体的高扩散性和流动性则有助于所溶解的各成分彼此分离，达到萃取分离的目的，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。

超临界二氧化碳循环分析2

超临界二氧化碳循环分析2

超临界二氧化碳循环特性

作为第四代核能系统的候选堆型，超高温气冷堆和气冷快堆具有高安全性、高效率、用途广等特点，且均拟采用氦气作为反应堆直接循环工质。由于氦气具有稳定、无毒、无感生放射性、热容大等特点，因此，目前世界上的气冷堆广泛使用氦气作为直接闭式Brayton循环的工质及反应堆的冷却剂。但氦气循环需较高的循环最高温度（堆芯出口温度）才能达到满意的效率，因此，对反应堆的结构材料、燃料元件材料等提出了较高的要求，同时由于氦气密度低、可压缩系数小等缺点，氦气循环叶轮机械的制造也产生了一定困难。

与氦气相比，CO2因其密度大，且易于压缩，CO2的临界温度为304.19K，比环境温度略高，临界压力为7.3773MPa，在运行工况下，可利用其实际气体的性质减少压缩功等，采用CO2作为工质的循环所需的温度不需太高即可与氦气循环具有相当的效率，因此，使用CO2作为气冷堆循环的工质具有广阔的潜力。同时，CO2循环也被推荐使用于第4代核能系统中的钠冷快堆（SFR）和铅冷快堆（LFR）。

1. 二氧化碳动力循环

（1）简单超临界Brayton循环

与理想气体的Brayton循环类似，CO2的简单超临界Brayton循环如图1-1所示,分为以下几个部分:1至2为CO2在压缩机中被压缩至循环最高压力的过程；2至3为CO2在回热器中的吸热过程；3至4为CO2在中间换热器从反应堆堆芯或热源的吸热过程；4至5为CO2在透平中的膨胀做功过程；5至6为CO2回热器中的回热过程；6至1为CO2的预冷过程。其中，2至3及5至6的回热器的回热过程是Brayton循环的关键。回热器的存在使得Brayton循环的热量得以最大限度地利用，从而提高了循环的效率。

图1-1 简单超临界Brayton循环

受堆芯出口温度限制以及CO2工况下比热容变化较大的影响，CO2简单超临界Brayton循环的效率与氦气循环相比并不高。由于CO2相对氦气较为活泼，高温下可与燃料元件和金属构件发生化学腐蚀，因此，在使用CO2作为冷却剂的气冷堆中存在工程约束条件，即CO2的工作温度不能超过670℃。同时，CO2工作在临界点附近，是实际气体的Brayton循环，在回热器高压侧和低压侧流体的比热容变化均较大。由于回热器高压侧流体的比热容大于低压侧流体比热容，因此，在传递相同热量的情况下，回热器低压侧需较大的温差才能使高压侧产生较小的温升，从而使得换热器可能出现夹点，令传热恶化，这也使得高压侧流体在反应堆堆芯或热源处需吸取更多的热量才能达到设计的循环最高温度，因而降低了CO2简单超临界Brayton循环的效率。

二氧化碳超临界特性与封存研究

二氧化碳超临界特性与封存研究

二氧化碳超临界特性与封存研究

刘媛媛１李灵燕２（１西南石油大学石油工程学院四川成都６１０５００；

２青海油田采油二厂青海海西蒙古族藏族自治州８１６４００）

【摘要】二氧化碳是最重要的人为温室气体，为减少因温室效应造成的伤害。曲须大量减少二氧化碳排放。当

温度高于３１．Ｉ。Ｃ，压力高于７．３８ＭＰａ，二氧化碳处于超临界状态。本文详细介绍了二氧化碳的封存方式，主要有

地质封存、海洋封存和矿石碳化。同时提出了二氧化碳的超临界特性在封存中的特殊性和重要性。

【关键词】温室效应二氧化碳超临界减排封存

温室效应导致全球温度升高，日益影响人和自然的生活和生

态环境。二氧化碳（ＣＯ：）是最重要的人为温室气体，在１９７０年至

２００４年间，二氧化碳的排放增加了大约８０％…。同时，由于化石

燃料的使用是二氧化碳浓度增加的主要因素，所以在找到新能源

替代以前，对排放的二氧化碳合理处置是我们亟待研究和解决的

重点，二氧化碳减排势在必行。

一二氧化碳的超临界特性

超临界二氧化碳是指温度和压力均在临界点（３１．１℃，７．３８

ＭＰａ）之上的二氧化碳流体旧Ｊ。超临界二氧化碳流体是一种高密

度气体，但不会液化，兼有气体和液体双重性质：密度大，通常是气

体的几百倍，近于液体；粘度低，比液体粘度要小２个数量级，近于

气体；扩散系数高，约为液体的１０—１００倍，近于气体。超临界二

氧化碳具有良好的溶解特性和传质特性。

二氧化碳的超临界特性在二氧化碳地质封存中起到关键作

用，如增大二氧化碳密度可以减小所需的储存空间，超临界二氧化

碳便于在管道中输送等。

二二氧化碳的封存

潜在的二氧化碳技术封存方式主要有：地质封存（在地质构造

中，例如石油和天然气田、不可开采的煤田以及深部含盐水层），海

洋封存（直接释放到海洋水体中或海底）以及将二氧化碳固化成无

机碳酸盐等¨Ｊ。

（一）地质封存

二氧化碳的地质封存是一种将二氧化碳压缩液注入地下岩石

构造中永久储存的方法。可用于二氧化碳地质封存的场所主要

有：石油和天然气储层、不可开采的煤层和深部含盐水层。也有研

超临界二氧化碳循环分析

超临界二氧化碳循环分析

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. 超临界二氧化碳循环特性

作为第四代核能系统的候选堆型，超高温气冷堆和气冷快堆具有高安全性、高效率、用途广等特点，且均拟采用氦气作为反应堆直接循环工质。由于氦气具有稳定、无毒、无感生放射性、热容大等特点，因此，目前世界上的气冷堆广泛使用氦气作为直接闭式Brayton循环的工质及反应堆的冷却剂。但氦气循环需较高的循环最高温度（堆芯出口温度）才能达到满意的效率，因此，对反应堆的结构材料、燃料元件材料等提出了较高的要求，同时由于氦气密度低、可压缩系数小等缺点，氦气循环叶轮机械的制造也产生了一定困难。

与氦气相比，CO2因其密度大，且易于压缩，CO2的临界温度为304.19K，比环境温度略高，临界压力为7.3773MPa，在运行工况下，可利用其实际气体的性质减少压缩功等，采用CO2作为工质的循环所需的温度不需太高即可与氦气循环具有相当的效率，因此，使用CO2作为气冷堆循环的工质具有广阔的潜力。同时，CO2循环也被推荐使用于第4代核能系统中的钠冷快堆（SFR）和铅冷快堆（LFR）。

1. 二氧化碳动力循环

（1）简单超临界Brayton循环

与理想气体的Brayton循环类似，CO2的简单超临界Brayton循环如图1-1所示,分为以下几个部分:1至2为CO2在压缩机中被压缩至循环最高压力的过程；2至3为CO2在回热器中的吸热过程；3至4为CO2在中间换热器从反应堆堆芯或热源的吸热过程；4至5为CO2在透平中的膨胀做功过程；5至6为CO2回热器中的回热过程；6至1为CO2的预冷过程。其中，2至3及5至6的回热器的回热过程是Brayton循环的关键。回热器的存在使得Brayton循环的热量得以最大限度地利用，从而提高了循环的效率。 .

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图1-1 简单超临界Brayton循环

受堆芯出口温度限制以及CO2工况下比热容变化较大的影响，CO2简单超临界Brayton循环的效率与氦气循环相比并不高。由于CO2相对氦气较为活泼，高温下可与燃料元件和金属构件发生化学腐蚀，因此，在使用CO2作为冷却剂的气冷堆中存在工程约束条件，即CO2的工作温度不能超过670℃。同时，CO2工作在临界点附近，是实际气体的Brayton循环，在回热器高压侧和低压侧流体的比热容变化均较大。由于回热器高压侧流体的比热容大于低压侧流体比热容，因此，在传递相同热量的情况下，回热器低压侧需较大的温差才能使高压侧产生较小的温升，从而使得换热器可能出现夹点，令传热恶化，这也使得高压侧流体在反应堆堆芯或热源处需吸取更多的热量才能达到设计的循环最高温度，因而降低了CO2简单超临界Brayton循环的效率。