【基金標(biāo)書】2011CB707300-二氧化碳減排、儲(chǔ)存和資源化利用的基礎(chǔ)研究

項(xiàng)目名稱： 二氧化碳減排、儲(chǔ)存和資源化利用的基礎(chǔ)研究 首席科學(xué)家： 袁士義 中國石油集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院 起止年限： 托部門： 中國石油天然氣集團(tuán)公司 教育部 中國科學(xué)院 二、預(yù)期目標(biāo) 1、總體目標(biāo) 發(fā)展完善適合中國國情的規(guī)?；?存及高效利用理論并將研究成果轉(zhuǎn)化為技術(shù)，實(shí)施 實(shí)施的試驗(yàn)區(qū)提高采收率 10%以上，噸油埋存 噸以上，體現(xiàn) 2、五年預(yù)期 目標(biāo) 本項(xiàng)目將在前期研究基礎(chǔ)上，在規(guī)?；?存及高效利用基礎(chǔ)研究方面產(chǎn)生質(zhì)的飛躍和創(chuàng)新。研究將圍繞一個(gè) 理論技術(shù)體系 、發(fā)展三個(gè)理論、建立與完善四個(gè)方法，加強(qiáng)人才培養(yǎng)，最終體現(xiàn)兩個(gè)效益，為 “十二五 ”后形成中國特點(diǎn)的 存及高效利用技術(shù)體系提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。 一個(gè) 理論體系 ：發(fā)展與完善適合中國國情的 存及高效利用的理論技術(shù)體系。 三個(gè)理論： （ 1）適合中國國情的 （ 2）陸相非均質(zhì)低 /特低滲透油藏 （ 3）以 礎(chǔ)的新型燃燒理論。 建立與完善四個(gè)方法： （ 1）油氣藏、煤層氣藏及咸水層等地質(zhì)體 （ 2）孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)特征及滲流規(guī)律表征方法； （ 3）提高 （ 4）低成本的 人才培養(yǎng)： 培養(yǎng) 5名，國內(nèi)技術(shù)骨干 10 15名，博士生 20名，碩士研究生 30 50名。 體現(xiàn)兩個(gè)效益： （ 1）通過 實(shí)施油田區(qū)塊年埋存 0萬噸以上，噸油 埋存 噸以上，體現(xiàn) （ 2）通過 實(shí)施油田區(qū)塊提高石油采收率 10以上，體現(xiàn) 三、研究方案 1、學(xué)術(shù)思路和技術(shù)途徑 本項(xiàng)目的基本學(xué)術(shù)思路 是 在 據(jù)這一基本思路設(shè) 臵 研究內(nèi)容，綜合運(yùn)用環(huán)境科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、化學(xué)、物理化學(xué)、流體力學(xué)、滲流力學(xué)、油藏工程學(xué)等理論和方法，系統(tǒng)深入地研究我國油藏條件下形成 地質(zhì)埋存一體化理論和 技術(shù)體系奠定基礎(chǔ)。 根據(jù)本項(xiàng)目的總體研究目標(biāo)，擬定如下的研究思路與途徑： （ 1）為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性研究思路，需要建立新的研究方法和模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，作為新理論與新技術(shù)研究的公共基礎(chǔ)。 （ 2）以 課題，使各課題之間具有內(nèi)在聯(lián)系，形成一個(gè)有機(jī)的研究體系。 （ 3）基礎(chǔ)研究與技術(shù)研究緊密結(jié)合。在基礎(chǔ)研究成果的指導(dǎo)下研究適合我國油藏條件的 （ 4）室內(nèi)研究與礦場試驗(yàn)緊密結(jié)合。加快理論與技術(shù)研究成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，并根據(jù)油田礦場試驗(yàn)中暴露出的問題完善理論與技術(shù)成果。 2、 項(xiàng)目的創(chuàng)新與特色 本項(xiàng)目的最大特色是 國外海相沉積油藏相比，由于我國油藏條件的特殊性， 至是本質(zhì)的不同。本項(xiàng)目基于我國各類油藏地質(zhì)特點(diǎn)開展研究，可望取得的理論創(chuàng)新和形成的具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： （ 1） 建立適合中國國情的 存及高效利用理論技術(shù)體系。 （ 2） 發(fā)展 相非均質(zhì)低 /特低滲透油藏 （ 3） 建立與完善油氣藏、煤層氣藏及咸水層等 隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)特征及滲流規(guī)律表征方法、提高 ?；?（ 4） 實(shí)現(xiàn) 最終形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 我國高效利用研究處于國際前列。 3、取得重大突破的可行性分析 本項(xiàng)目提出的 質(zhì)學(xué)、物理化學(xué)、石油工程等學(xué)科領(lǐng) 域前沿和多學(xué)科交叉的新發(fā)展方向。我國在此領(lǐng)域的相關(guān)研究工作與國際前沿差距不大，基本上處于同步階段。只要抓住這一有利時(shí)機(jī)， 深入 開展有關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)和技術(shù)研究，我國完全可以在該領(lǐng)域內(nèi)躋身于世界領(lǐng)先地位。 在 望發(fā)展一種新型的高溫、低氧、非均相容積反應(yīng)燃燒理念，并提出基于此理念的氧燃燒方式的設(shè)計(jì)計(jì)算原理。 在提高石油采收率技術(shù)方面， 于我國陸相油藏條件的特殊性，國外普遍應(yīng)用、技術(shù)成熟度相對較高的切需要建立適合我國油 藏特點(diǎn)的全新的思路、理論和技術(shù)。這種迫切的需求形成了本項(xiàng)目取得理論與技術(shù)重大突破的動(dòng)力。 本項(xiàng)目的主要承擔(dān)單位有高等院校、中科院、特大型石油企業(yè)，具備產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的科研優(yōu)勢。項(xiàng)目承擔(dān)單位擁有支撐本項(xiàng)目研究所需的實(shí)驗(yàn)條件，擁有長期從事相關(guān)研究工作的高水平科研隊(duì)伍。另外，本建議項(xiàng)目的主要承擔(dān)單位曾承擔(dān)過多項(xiàng)國際合作項(xiàng)目，與國外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和相關(guān)學(xué)者具有長期的合作關(guān)系，建立了良好的學(xué)術(shù)交流渠道。所有這些都為本項(xiàng)目取得突破性成果提供了有力的保障。 四、年度計(jì)劃 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 在文獻(xiàn)調(diào)研、前沿跟蹤的基礎(chǔ)上， 確立 項(xiàng)目與 課題研究方案 、 完善技術(shù)路線，全面開展研究 工作 。 小型煤粉 燃燒機(jī)理 、 綜合試驗(yàn)裝置安裝調(diào)試 、 人工合成載氧體、天然礦石載氧體 等 。 完善油藏中 國內(nèi)外天然氣藏、煤層氣藏、咸水層中 究； 天然氣藏、煤層氣藏、咸水層中 究等 。 收集資料 與處理資料 ；分析沉積盆地充填演化與地質(zhì)埋存體時(shí)空分布特征 ； 刻畫 存場地儲(chǔ)層、蓋層巖石賦存的地質(zhì)環(huán)境信息和地質(zhì)特征 等； 高中低滲透巖石 孔隙結(jié)構(gòu)特征研究 、 建立裝置 與 實(shí)驗(yàn)方法 、 構(gòu)建 層油體系復(fù)雜滲流基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型。 建立并 完善 實(shí)驗(yàn)裝置 、 流條件下 對儲(chǔ)層 物性影響機(jī)理與規(guī)律研究等。 集技術(shù)方法與理論優(yōu)選；試驗(yàn)區(qū)數(shù)模跟蹤研究 ； 相驅(qū)與水驅(qū)開發(fā)規(guī)律的差異；注采井筒安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià) 等 ； 完成項(xiàng)目與課題完成開題，并： 獲得多種碳基燃料的燃燒特性和氣態(tài)污染物析出特性；完成綜合試驗(yàn)裝置的系統(tǒng)改造；載氧體氧化 完善油藏中 成 國內(nèi)外 天然氣藏、煤層氣藏、咸水層等 地質(zhì)體中 例 分析報(bào)告 ； 明確大型代表性盆地充填演化特征 ； 建立 標(biāo)埋存體的精細(xì)地質(zhì)模型 ； 完成孔隙介質(zhì)中多相流動(dòng)模式的數(shù)值驗(yàn)證 等 。 建立孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)關(guān)鍵參數(shù)測試方法；建立 層油體系復(fù)雜滲流基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型。 建立 觀滲流力學(xué)方程 ； 確定地層水反應(yīng)對儲(chǔ)層物性的影響規(guī)律 ； 建立超臨界 。 推薦適合含 薦 態(tài)、液態(tài)儲(chǔ)存相態(tài)控制方法和儲(chǔ)罐絕熱方法；形成 態(tài)注入工業(yè)化技術(shù) 等 ； 發(fā)表論文 10 ，申請專利 3 。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 二 年 完成 3試基地 的初步 建設(shè) 和50燒綜合試驗(yàn)裝置的熱態(tài)調(diào)試 ； 煤粉 燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)；多種碳基燃料的燃燒機(jī)理研究；礦物質(zhì)成灰與痕量元素釋放實(shí)驗(yàn)研究；載氧體顆粒批量制備的研究 等； 西部油藏 存潛力評價(jià) ； 天然氣藏、煤層氣藏 、 咸水層中 存機(jī)理研究；確定天然氣藏、煤層氣藏、咸水層中 存的評價(jià)指標(biāo) 等； 4 確定天然氣藏、煤層氣藏、咸水層中 存的地質(zhì)體篩選標(biāo)準(zhǔn)。 目的層段巖性描述與鑒定 ； 盆地中淺層砂巖類儲(chǔ)層沉積相研究 、 儲(chǔ)層 蓋層 系統(tǒng)有效應(yīng)力場的變化 研究 、巖石與 之間的反應(yīng)實(shí)驗(yàn) 、 建立流動(dòng)模型和解法分析 等 。 中高滲孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)實(shí)驗(yàn) 及 初步規(guī)律 、 儲(chǔ)層巖石的巖石力學(xué)性質(zhì)分析 、 改善原油性能的添加劑篩選 、 復(fù)雜滲流基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型數(shù)值求解方法 與 數(shù)值模擬器研究 等 ； 完善 儲(chǔ)層物性影響規(guī)律及描述 方法、 非均質(zhì)油藏 過程 中突進(jìn)機(jī)理及影響因素研究 、 反映界面潤濕特性的格子 型 研究等； 集技術(shù)應(yīng)用評價(jià)； 道輸送工藝計(jì)算方法優(yōu)選評價(jià) ； 開展相驅(qū)開發(fā)效果評價(jià)； 相驅(qū)擴(kuò)大試驗(yàn)方案及 先導(dǎo)試驗(yàn)調(diào)整方案；井筒完整性對策研究 等 ； 完成所有實(shí)驗(yàn)臺架的搭建；完善模擬研究模型，并獲取實(shí)驗(yàn)與計(jì)算數(shù)據(jù)；獲得煤粉 燒反應(yīng)機(jī)理；低成本載氧體的批量制備技術(shù) 等； 提供西部油藏 天然氣藏、煤層氣藏 、 咸水層 。 完成樣品分析鑒定工作 、查明 盆地中淺層 存地質(zhì)體特征 、 獲取注對目標(biāo)儲(chǔ)層、蓋層巖石力學(xué)性質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)影響的規(guī)律 、 建立綜合考慮地下水動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)，以及地球化學(xué)等方面對地層流體流動(dòng)影響下 存及 流動(dòng)模型等 ； 形成各類孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)特征的表征方法；建立復(fù)雜滲流基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型求解方法； 確定影響非均質(zhì)油藏 定 原油反應(yīng)物對儲(chǔ)層滲透率的影響機(jī)理與規(guī)律 ；建立 型 等 。 1、適合含 然氣的 純技術(shù)方法；明確 臨界注入相態(tài)控制規(guī)律；確定 相驅(qū)開發(fā)效果評價(jià)參數(shù)；形成井筒完整性對策 等 ； 發(fā)表論文 10 ，申請專利 5 。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 三 年 多種煙氣循環(huán)方式下以煤為主的碳基燃料的燃燒特性和非主量組分賦存、遷移和轉(zhuǎn)化機(jī)理研 究 ， 燃料種類、載氧體種類等相關(guān)的連續(xù)性測試工作 等； 天然氣藏、煤層氣藏 、 咸水層中溶解、擴(kuò)散、滲流的力學(xué)分析；天然氣藏、煤層氣藏 天然氣藏、煤層氣藏、咸水層中 存的地質(zhì)體篩選標(biāo)準(zhǔn) 等 。 建立典型失效模式的工程地質(zhì)力學(xué)模型 、 咸水層長期埋存的監(jiān)測方法與技術(shù)研究 、 模擬在短周期時(shí)間尺度 咸水層中的遷移、富積狀態(tài) 等 。 低滲透孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)實(shí)驗(yàn) 及 規(guī)律總結(jié) 、 混相壓力與地應(yīng)力匹配關(guān)系研究 、 添加劑改善混相壓力效果 研究、 數(shù)值模擬器調(diào)試與算例應(yīng)用 考慮 相多組分模型 研究、 對儲(chǔ)層物性影響的深化研究 、 裂縫性低滲透油藏驅(qū)油過程中的竄流特性研究 等 。 高含 用 方法研究； 臨界注入增壓工藝研究；跟蹤礦場試驗(yàn) ； 筒安全措施及規(guī)范研究；腐蝕監(jiān)測技術(shù)研究；采油井高效舉升工具研究。 各操作參數(shù)對以煤為主的碳基燃料的燃燒特性和非主量組分賦存、遷移和轉(zhuǎn)化機(jī)理；建立適用于燃燒設(shè)備放大的相似準(zhǔn)則 等； 天然氣藏、煤層氣藏 存潛力的計(jì)算方法 ； 天然氣藏、 煤層氣藏、咸水層中 初步 確定 中淺層咸水層 流體性質(zhì)與分布特征、給出 目標(biāo) 區(qū) 安安全穩(wěn)定性價(jià)的工程地質(zhì)力學(xué)評價(jià)方法 等 。 建立改善 層油體系混相條件的新方法；數(shù)值模擬器應(yīng)用。 建立 型 ； 建立 油藏基質(zhì)與裂縫的耦合滲流模型 ； 確定 油層巖石礦物反應(yīng)生成物對儲(chǔ)層物性的影響機(jī)理與規(guī)律 等 。 形成 臨界注入方法；、推薦適合 定 制訂注采井筒規(guī)范；形成 2 種井筒腐蝕監(jiān)測方法；研發(fā)分 層注氣 和 高效舉升配套工具 等 。 發(fā)表論文 10 ，申請專利 3 。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 四 年 多種煙氣循環(huán)方式下各操作參數(shù)對多種碳基燃料的燃燒特性和非主量組分賦存、遷移和轉(zhuǎn)化機(jī)理研究 ；多種煙氣循環(huán)方式進(jìn)行數(shù)值模擬 ； 包含氣固兩相流動(dòng)、傳熱的以煤為燃料的化學(xué)鏈燃燒過程數(shù)學(xué)模型 等 天然氣藏、煤層氣藏、咸水層 我國大型油氣藏、煤層氣藏、咸水層 存潛力分類及排序 ； 編制大型油氣藏、咸水層、煤層氣藏 存地質(zhì)體圖冊。 盆地埋存 質(zhì)體的時(shí)空分布 、標(biāo)封存場地安全穩(wěn)定性評價(jià)方法 、目標(biāo) 區(qū)塊三維地質(zhì)模型 以及、 咸水層中的遷移、富積狀態(tài)、孔隙壓擴(kuò)散數(shù)值模擬 研究等 補(bǔ)充相態(tài)實(shí)驗(yàn)測試 與完善 規(guī)律 、 建立混相壓力與地應(yīng)力匹配關(guān)系 、 完善添加劑改善混相壓力方法 、 數(shù)值模擬器方案應(yīng)用 等 。 孔隙群內(nèi) 型及 數(shù)值模擬研究 ； 觀滲流數(shù)值模擬 器、 完善 裂縫性低滲透油藏驅(qū)油過程中的竄流實(shí)驗(yàn) 、 提高 ； 臨界管道輸送工藝研究；臨界注入工設(shè)計(jì)方案研究；采出氣循環(huán)注入設(shè)計(jì)方案研究；總結(jié) 相驅(qū)開發(fā)規(guī)律研究；防腐腐蝕技術(shù)對 策 研究 ；分層注氣工程方案 研究等。 獲得 燒的優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)和多污染物聯(lián)合脫除的方法；以煤為燃料的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器模型的建立 等； 提交大型天然氣藏、煤層氣藏 、咸水層 存潛力的評價(jià)報(bào)告；大型油氣藏、咸水層、煤層氣藏 存地質(zhì)體分布圖冊 等。 明確斷裂分布與蓋層的關(guān)系 、 提出存安全穩(wěn)定性評價(jià)的工程地質(zhì)力學(xué)方法 、 建立更加完善的流動(dòng)模 型 等 。 相態(tài) 理論和 數(shù)值模擬方法的 應(yīng)用、檢驗(yàn)與完善 建立描述 型 ； 確定影響裂縫性低滲透油藏中油效果的主控因素 ； 確定 形成 滲流理論。 臨界注入設(shè)計(jì)方案； 采出氣循環(huán)注入設(shè)計(jì)方案； 相驅(qū)開發(fā)規(guī)律總結(jié)；腐蝕技術(shù)對策；形成分層注氣工藝管柱 等 。 發(fā)表論文 10 ，申請專利 3 。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 五 年 補(bǔ)充和完善研究； 項(xiàng)目與 課題研究任務(wù)完成與報(bào)告匯總，并為后續(xù)工業(yè)化應(yīng)用做準(zhǔn)備； 撰寫 項(xiàng)目與 課題研究總結(jié)報(bào)告 ； 課題結(jié)題驗(yàn)收； 項(xiàng)目結(jié)題驗(yàn)收 。 撰寫 10學(xué)術(shù)論文； 申請專利 3； 提交課題研究總結(jié)報(bào)告，完成結(jié)題驗(yàn)收。 提交 項(xiàng)目 研究總 結(jié)報(bào)告，完成結(jié)題驗(yàn)收。 一、研究內(nèi)容 （一）擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題 1、燃煤 低成本富集與分離基礎(chǔ)問題 富氧燃燒是能大規(guī)模富集燃煤 新型燃燒的主流技術(shù)之一，需要研究基于煤粉容積燃燒方式的新型富氧燃燒理論，開展液體吸收劑的分子設(shè)計(jì)及氣液吸收設(shè)備的多相流動(dòng)、傳質(zhì)理論等研究。其主要問題包括： （ 1）基于煤粉容積燃燒（ 式的新型富氧燃燒理論； （ 2）新型燃燒方式的熱力計(jì)算原理及工程放大規(guī)律； （ 3）新型燃燒方式下非主量組分的遷徙、轉(zhuǎn)換和變化行為； （ 4）基于化學(xué)鏈氧解耦的富氧燃燒理論； （ 5）新型 附劑研究與應(yīng)用； （ 6）吸收劑的分子設(shè)計(jì)及氣液吸收設(shè)備的多相流動(dòng)、傳質(zhì)問題。 2、油氣藏、煤層氣藏及咸水層等地質(zhì)體 全埋存的基礎(chǔ)理論問題 結(jié)合中國地質(zhì)及油氣藏實(shí)際，以 長期埋存為目標(biāo)，研究目標(biāo)儲(chǔ)層和蓋層性質(zhì)及相關(guān)地質(zhì)問題對 存的影響和規(guī)律。其主要問題包括： 發(fā)展完善油氣藏、煤層氣藏、咸水層 存的地質(zhì)理論； 發(fā)展完善油氣藏、煤層氣藏、咸水層 存評價(jià)方法； 油氣藏、煤層氣藏中 源化利用潛力評價(jià)； 利用 高煤層氣藏、天然氣藏采收 率的可行性研究； 我國工業(yè)排放 匯匹配與優(yōu)化； 下長期埋存的監(jiān)測和預(yù)測理論。 （ 3） 層原油體系在多孔介質(zhì)中的相態(tài)特征及其表征問題 與國外海相沉積油田相比，我國大多數(shù)油田屬于陸相沉積，原油類型、組成相對復(fù)雜， 同類型原油之間的相態(tài)變化較大。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)在孔隙介質(zhì)中， 油體系相態(tài)與 中顯著不同，需要深入研究，建立與發(fā)展多孔介質(zhì)中（微觀尺度）的相態(tài)理論。其主要問題包括： 適合中國地質(zhì)特點(diǎn)的 孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)測試方法； 各類孔隙介質(zhì)（重點(diǎn)是特低滲透油藏）中 層油體系相態(tài)特征； 含其他組分（烴類、 ）時(shí) 層油體系相態(tài)特征； 改善 層油體系混相條件的新方法及適應(yīng)性。 （ 4）注 高油氣采收率的滲流力學(xué)基礎(chǔ)問題 我國發(fā)現(xiàn)大量低滲透 /特低滲透油藏，非均質(zhì)性嚴(yán)重，驅(qū)油過程中滲流規(guī)律比較復(fù)雜，容易發(fā)生氣體單向突破。需要研究 相 /非混相驅(qū)油在多孔介質(zhì)中的滲流規(guī)律及主控因素，發(fā)展完善 油流度控制與擴(kuò)大波及體積理論和方法。其主要問題包括： 相 /非混相驅(qū)油在多孔介質(zhì)中的滲流規(guī)律及主控因素； 油與埋存過程對地層巖石礦物及物性的影響； 油流度控制設(shè)計(jì)原理與擴(kuò)大波及體積理論和方法； 地層條件下微觀及宏觀物理模擬； 多相多組分非線性滲流數(shù)值模擬。 （二） 主要研究內(nèi)容 根據(jù)上述科學(xué)問題，項(xiàng)目分解 6 個(gè)任務(wù)，設(shè)置 6 個(gè)課題組織研究。 針對科學(xué)問題 1-“ 燃煤 低成本富集與分離基礎(chǔ)問題 ”，設(shè)置課題 1-“ 低成本富集 新型燃燒原理和分離技術(shù) ”； 針對科學(xué)問題 2-“ 油藏及相關(guān)地質(zhì)體 存安全性評價(jià)及監(jiān) 控 ”，設(shè)置課題 2-“ 油氣藏及相關(guān)地質(zhì)體 存機(jī)理及潛力評價(jià) ”和課題 3-“ 油藏及相關(guān)地質(zhì)體 存安全性評價(jià)及監(jiān)控 ”； 針對科學(xué)問題 3-“ 層原油體系在多孔介質(zhì)中的相態(tài)特征及其表征問題 ”和科學(xué)問題 4-“ 注 高油氣采收率的滲流力學(xué)基礎(chǔ)問題 ”，設(shè)置課題4-“ 多孔介質(zhì)中 層油體系相態(tài)理論與數(shù)值模擬 ”和課題 5-“ 油中的滲流力學(xué)理論 ”； 針對項(xiàng)目的現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)踐環(huán)節(jié)，設(shè)置課題 6-“ 存和提高采收率工程技術(shù)與方法 ”。 各課題的主要研究內(nèi)容如下： 課題 1：低成本富集 新型燃燒原理 和分離技術(shù) 開發(fā)具有捕集 化石能源新型利用技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模減排 根本途徑，在各種減排技術(shù)中，氧燃燒技術(shù)已經(jīng)成為化石能源近“零排放”技術(shù)的一個(gè)很具競爭力的重要發(fā)展方向，具有明顯的優(yōu)勢和較強(qiáng)的應(yīng)用前景。本課題緊密圍繞煤炭氧燃燒方式的工業(yè)應(yīng)用，針對其存在的固有的技術(shù)難點(diǎn)開展研究工作。針對煤粉的著火與穩(wěn)定燃燒問題，發(fā)展一種全新的 燒 理念和方式 ；為解決燃燒設(shè)備的工業(yè)放大問題，研究熱力計(jì)算原理與工程放大規(guī)律；同時(shí)對新型燃燒方式下煤中非主量元素的遷徙變化行為研究；以及為降低制氧成本所提出的基于中間載體的鏈?zhǔn)街蒲跫夹g(shù)研究。從而為工程示范和商業(yè)化運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。研究工作將圍繞以下四個(gè)方面展開： （ 1） 燒 機(jī)理 針對煤粉在 燒方式 ，研究煤粉低氧自燃溫度及 燒機(jī)理； 研究煤粉彌散以及多相湍流反應(yīng)流的混合與競爭機(jī)理，實(shí)現(xiàn)彌散顆粒多相容積燃燒過程 ；煤 燒方式下氣固相互作用機(jī)制、混合過程及 傳熱特性研究。 （ 2） 新型燃燒方式下非主量組分的遷徙、轉(zhuǎn)換和變化行為 煤中礦物質(zhì)的非均勻分布特性及其礦相聚合、演化行為； 高濃度 外在礦物質(zhì)破碎特性及演變動(dòng)力學(xué)；煤中堿土元素在氧燃燒過程中的遷移行為及沾污特性 ；顆粒 物以及 易揮發(fā)重金屬排放 與 富集規(guī)律 。 （ 3）新型燃燒方式的熱力計(jì)算原理和工程放大規(guī)律 在開展對 輻射特性 、 火焰 傳播速率、燃燒器優(yōu)化、 受熱面的布置原則 等基礎(chǔ)上，發(fā)展和完善新型燃燒方式下的熱力計(jì)算原理和方法；建立適用于燃燒設(shè)備放大的相似準(zhǔn)則，掌握燃燒設(shè)備的放大規(guī)律，為大型工業(yè)示范電站的設(shè)計(jì)、運(yùn)行提供標(biāo) 準(zhǔn)和依據(jù)。 （ 4）基于中間載體富集 新方法 研究不同組成及結(jié)構(gòu)的 氧吸附劑的 合成 及性能 ； 探討 中間氧 載體的批量制備技術(shù)； 建立 雙鼓泡床熱態(tài)實(shí)驗(yàn)臺上研究基于氧氣解耦的固體燃料 燒系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行特性 ；多尺度模型的建立與驗(yàn)證； 為后續(xù)該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 課題 2： 油氣藏及相關(guān)地質(zhì)體 存機(jī)理及潛力評價(jià) 圍繞 期埋存的問題，以油氣藏、煤層氣藏、咸水層等地質(zhì)體為主要對象，研究地質(zhì)體中影響 存的機(jī)理及關(guān)鍵影響因素，建立科學(xué)規(guī)范的埋存潛力評價(jià)方法，并通過開展地質(zhì)體 存潛力的評 價(jià)，為新建大型工業(yè) （ 1）油氣藏、煤層氣藏、咸水層 存機(jī)理及地質(zhì)影響因素研究 從 油氣藏、煤層氣藏及咸水層中的不同滯留方式出發(fā)，研究 析地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)體分布、流體性質(zhì)、注入方式等因素對埋存效果的影響，確定埋存目標(biāo)地質(zhì)體的篩選及評價(jià)埋存能力的指標(biāo)體系。 （ 2）油氣藏、煤層氣藏、咸水層等地質(zhì)體 存潛力評價(jià)方法研究 以 地質(zhì)體中的埋存機(jī)理為基礎(chǔ)，考慮埋存的有效性和長期安全性，完善油氣藏中 存潛力的計(jì)算方法，建立煤層氣藏、 咸水層中 存潛力的計(jì)算方法。 （ 3）油氣藏、煤層氣藏、咸水層等大型地質(zhì)體 存潛力評價(jià) 開展國內(nèi)適宜 存的大型油氣藏、煤層氣藏、咸水層的篩選，進(jìn)行大型地質(zhì)體中 存適宜性評價(jià)及潛力計(jì)算，確定我國大型地質(zhì)體中 埋存潛力。 （ 4）我國 存地質(zhì)體分布圖冊編制及埋存發(fā)展戰(zhàn)略研究 根據(jù)油氣藏、煤層氣藏、咸水層中 存潛力的評價(jià)結(jié)果，編制我國 據(jù)地質(zhì)體特征、埋存規(guī)模、技術(shù)成熟水平等因素，對存潛力進(jìn)行分類劃分，制定 存的中遠(yuǎn)期發(fā)展目標(biāo)。 課題 3： 油藏及相關(guān)地質(zhì)體 存安全性評價(jià)及監(jiān)控 選擇我 國 有 代表性的大型 含油氣 盆地 為重點(diǎn)， 以 長期、安全埋存為目標(biāo)，研究目標(biāo)儲(chǔ)層和蓋層性質(zhì)和特征及其力學(xué)穩(wěn)定性，建立 存 的 監(jiān)測方法與技術(shù) 。根據(jù)研究需要，將課題分解為七個(gè) 子任務(wù) ： （ 1） 沉積盆地充填演化與地質(zhì)埋存體時(shí)空分布特征 運(yùn)用沉積學(xué)及盆地分析的相關(guān)理論與方法，從盆地性質(zhì)、構(gòu)造發(fā)育、地層發(fā)育、沉積相特征等方面分析 標(biāo)埋存盆地的充填演化特征；刻畫目標(biāo)埋存體儲(chǔ)層和蓋層的地質(zhì)特征、物性特征及其圈閉類型，并給出咸水層礦化度、水的化學(xué)組分及類型；分析 標(biāo)埋存體儲(chǔ)層、蓋層及斷裂的空間配置特征及其地質(zhì)歷史演化期次。 （ 2） 存的油藏及相關(guān)地質(zhì)埋存體的精細(xì)地質(zhì)描述 進(jìn)行 埋存體地層的 精細(xì)對比研究，細(xì)化認(rèn)識構(gòu)造圈閉；分級界面控制，建立等時(shí)層序地層格架；分析沉積微相展布，預(yù)測其橫向變化；評價(jià)儲(chǔ)層和蓋層，并研究儲(chǔ)層非均質(zhì)性和蓋層的物性特征；在前面研究的基礎(chǔ)上建立 標(biāo)埋存體的精細(xì)地質(zhì)模型。 （ 3） 水巖相互作用機(jī)理研究 在不同溫度壓力條件下，利用試驗(yàn)區(qū)塊的巖石樣品與 之間的相互作用，分析測定反應(yīng)后礦物的特征，對 地質(zhì)埋存體中與周圍介質(zhì) 作用的過程以及圈閉機(jī)理進(jìn)行解釋，探討在陸相沉積盆地 質(zhì)封存的特征。 4、 存的目標(biāo)儲(chǔ)蓋層工程地質(zhì)力學(xué)特征與安全穩(wěn)定性評價(jià) 識別影響目標(biāo)埋存體儲(chǔ)層、蓋層安全穩(wěn)定性的工程地質(zhì)力學(xué)因素，分析儲(chǔ)層、蓋層工程地質(zhì)力學(xué)特征 ， 采用工程地質(zhì)力學(xué)分析、巖體斷裂力學(xué)分析、物理力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)和流 究 標(biāo)埋存體儲(chǔ)層、蓋層對 體注入過程的工程地質(zhì)力學(xué)響應(yīng)機(jī)制；研究目標(biāo)儲(chǔ)層、蓋層巖石的潛在失效模式與斷裂力學(xué)判據(jù)或破壞準(zhǔn)則，建立典型失效模式的工程地質(zhì)力學(xué)模型；開展 標(biāo)封存場地安 全穩(wěn)定性評價(jià)方法的綜合研究，建立進(jìn)行 層安全穩(wěn)定性評價(jià)的工程地質(zhì)力學(xué)方法，并將此研究成果初步應(yīng)用于 存場地穩(wěn)定性評價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)評估中。 5、 油藏儲(chǔ)集層和深部 咸水層長期埋存的監(jiān)測方法與技術(shù)研究 根據(jù)在不同介質(zhì)中碳穩(wěn)定同位素（ 13C 值）的特征，系統(tǒng)測定試驗(yàn)區(qū)塊的水、氣體以及巖石樣品的 13C 背景值，對注入試驗(yàn)不同時(shí)期的碳同位素比值變化進(jìn)行研究，以確定 油藏儲(chǔ)集層與深部咸水層的運(yùn)移特性以及可能發(fā)生的泄漏，監(jiān)測 油藏儲(chǔ)集層與深部咸水層長期埋存的安全性。 6、 地質(zhì) 埋存體中運(yùn)移的數(shù)值模擬 在組分模型和考慮流固耦合的基礎(chǔ)上建立更加完善的流動(dòng)模型 ， 基于一般組分模型的框架進(jìn)行 序系統(tǒng)設(shè)計(jì) ， 對新的流動(dòng)模型進(jìn)行離散和求解并開發(fā)相應(yīng)的數(shù)值模擬程序 。發(fā)展 緣地球物理方法， 對 埋存地質(zhì)體中的流動(dòng)運(yùn)移動(dòng)態(tài)以及驅(qū)油效果進(jìn)行預(yù)測 與 數(shù)值模擬。 7、 多孔介質(zhì)的多相流動(dòng)與孔隙壓傳播特征 引入物質(zhì)界面動(dòng)力機(jī)制，改進(jìn) 水層多相流動(dòng)數(shù)值模式，發(fā)展非正交同位網(wǎng)格三維高階精度時(shí)空守恒元 /解元數(shù)值方法與三維雜交粒子水平集方法；開展物理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所發(fā)展的數(shù)值算法的可靠性 ，并開展 入埋存體所激發(fā)的孔隙壓在埋存體中的傳播與積累特征研究；開展 在試驗(yàn)區(qū) 質(zhì)封存多相流動(dòng)數(shù)值模擬研究，模擬短周期內(nèi)（ 100 年時(shí)間尺度內(nèi)）不同溫度、壓力與礦化度條件下 咸水層中的遷移、富集狀態(tài)，研究孔隙壓擾動(dòng)的傳播與壓力積累時(shí)空演變過程。 課題 4： 多孔介質(zhì)中 層油體系相態(tài)理論與數(shù)值模擬 針對陸相沉積儲(chǔ)層原油中重質(zhì)成分較多，地層溫度梯度較大，油層埋藏深度較深的特點(diǎn)，以及主要應(yīng)用對象包含高中低滲透儲(chǔ)層的實(shí)際，探索和建立孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)關(guān)鍵參數(shù)測試方法；測試和歸納各類孔 隙介質(zhì)（重點(diǎn)是特低滲透儲(chǔ)層介質(zhì)）中 層油體系相態(tài)特征；實(shí)驗(yàn)并總結(jié)含其他組分（烴類、 ）時(shí) 層油體系相態(tài)特征；研究改善 層油體系混相條件的新方法及適應(yīng)性；研究多相多組分非線性數(shù)值模擬理論；總結(jié)和形成中國油藏特點(diǎn)的 態(tài)理論及考慮復(fù)雜滲流特點(diǎn)的數(shù)值模擬方法。 （ 1）探索和建立孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)關(guān)鍵參數(shù)測試方法 利用恒速壓汞（孔隙分析儀）分析了解類孔隙介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)特征、尺度范圍，分析孔隙空間影響流體間傳質(zhì)的主控因素；利用 磁共振以及微觀模型 等可視手段，建立孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)關(guān)鍵參數(shù)測試方法； （ 2）各類孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)特征研究； 以 試系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)新方法，系統(tǒng)研究孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)特征；通過對比分析兩類實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，進(jìn)一步完善孔隙介質(zhì)中相態(tài)測試方法；歸納總結(jié)各類孔隙介質(zhì)中 層油體系相態(tài)特征及其影響因素，建立表征方法和相關(guān)理論； （ 3）改善 層油體系混相條件的新方法及適應(yīng)性研究； 針對地層應(yīng)力特點(diǎn)，探索高于原始地層壓力條件下， 層油體系混 相條件的適應(yīng)性和安全性；針對地層油組分特點(diǎn)，探索篩選有機(jī)或無機(jī)添加劑改善層油體系混相條件；形成安全、有效、低成本的改善 層油體系混相條件的新方法。 （ 4）多相多組分非線性數(shù)值模擬方法研究； 以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，綜合考慮流體傳質(zhì)、固液物理化學(xué)反應(yīng) /作用、宏觀和微觀擴(kuò)散 /彌散、流體相態(tài)與組成變化等多種復(fù)雜因素，建立基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型，建立求解方法，優(yōu)化數(shù)值計(jì)算方法，編制數(shù)值模擬器，豐富多相多組分非線性數(shù)值模擬理論。 （ 5）陸相沉積特點(diǎn)的 以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研 究成果為基礎(chǔ)，結(jié)合油田試驗(yàn)區(qū)實(shí)際進(jìn)展，驗(yàn)證和完善 成理論與知識體系，支持復(fù)雜滲流數(shù)學(xué)模型構(gòu)建；結(jié)合油田試驗(yàn)區(qū)需求，應(yīng)用數(shù)值模擬器計(jì)算 油與埋存方案，模擬動(dòng)態(tài)過程，在應(yīng)用中修正和完善數(shù)學(xué)模型及其算法，形成復(fù)雜滲流數(shù)值模擬方法。 課題 5： 油中的滲流力學(xué)理論 本課題從微觀和宏觀機(jī)理研究入手，采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，針對我國典型非均質(zhì)油藏條件的特點(diǎn)，研究 相 /非混相驅(qū)油在多孔介質(zhì)中的滲流規(guī)律及主控因素，明確 油與埋存過程對地層巖石礦物及物性的影響 機(jī)理與規(guī)律，提出 油流度控制與擴(kuò)大波及體積的方法，為改善 油效果提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，發(fā)展和完善 油中的復(fù)雜滲流理論。 （ 1） 油過程中多相滲流的微觀數(shù)值模擬 建立描述多相多組分在孔隙內(nèi)流動(dòng)的格子 型，發(fā)展描述流體內(nèi)部不同組分及相態(tài)之間相互作用模型、流體與骨架之間相互作用模型。 基于發(fā)展的計(jì)算模型，開展孔隙尺度的微觀數(shù)值模擬，研究 油過程中的滲流力學(xué)微觀機(jī)理，包括：超臨界 多孔介質(zhì)內(nèi)的微觀運(yùn)移規(guī)律、 理、 通過上述模擬計(jì)算，分析地層條件下含 多相體系的滲流特點(diǎn)，并與相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)和宏觀數(shù)值模擬相互支持、相互驗(yàn)證。 （ 2） 油過程中儲(chǔ)層巖石物性變化機(jī)理 研究長期埋存條件下和驅(qū)油過程中 油層巖石、地層水反應(yīng)生成物質(zhì)的析出、固化及其對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率的影響機(jī)理與規(guī)律： 巖石組分反應(yīng)生成物對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率的影響機(jī)理與規(guī)律：采用同步輻射裝置對不同巖石與 用后的巖樣內(nèi)部進(jìn)行 觀察得到不同徑向角度下圖片，通過對圖片的數(shù)學(xué)反演分析巖樣的孔隙、吼道，從而得到表征多孔介質(zhì)的屬性參數(shù)如孔隙度、吼道分布、連通性及迂曲度等，研究 替過程中，在不同的油藏溫度及壓力下， 不同類型的巖石礦物反應(yīng)所生成的物質(zhì)所引起的儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的變化以及對儲(chǔ)層滲透率的影響；巖石表面性質(zhì)的變化對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率的影響。 巖石礦物溶蝕導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率的變化機(jī)理與規(guī)律：研究地層水反應(yīng)所形成的碳酸對巖石溶蝕所引起的儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的變化以及對滲透率的影響；溫度、壓力以及地層水的組 成對不同類型的儲(chǔ)層巖石孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率的影響； 巖石的作用時(shí)間對孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率的影響。 地層水中不同離子反應(yīng)生成物對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率的影響機(jī)理與規(guī)律：研究 替過程中，在不同的溫度及壓力下，地層水中的不同離子與 用所生成的不同沉積物對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率影響；地層水的離子組成和礦化度對沉積物形成影響。 （ 3） 油過程中儲(chǔ)層流體物性變化機(jī)理 研究 原油反應(yīng)的生成物質(zhì)及瀝青質(zhì)、石蠟等固態(tài)析出物質(zhì)對儲(chǔ)層滲透率的影響機(jī)理與規(guī)律； 原油重組分反應(yīng)的生成物、瀝青質(zhì)、蠟顆 粒對儲(chǔ)層滲透率的影響機(jī)理與規(guī)律：采用同步輻射裝置的對不同種類的原油及地層水與 用后的巖樣內(nèi)部進(jìn)行觀察得到不同徑向角度下圖片，通過對圖片的數(shù)學(xué)反演分析巖樣的孔隙、吼道，從而得到表征多孔介質(zhì)的屬性參數(shù)如孔隙度、吼道分布、連通性及迂曲度等，研究在混相和非混相條件下， 原油抽提后所剩余的重組分（瀝青質(zhì)、蠟顆粒）所引起的儲(chǔ)層滲透率的變化；考察溫度、壓力以及原油組成的影響； 原油反應(yīng)的生成物、瀝青質(zhì)、蠟顆粒與水間的界面性質(zhì)及其儲(chǔ)層滲透率影響。 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變化對滲透率、孔隙度等影響研究：當(dāng) 油層 巖石、地層水反應(yīng)生成物質(zhì)的析出、固化，使得儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，根據(jù)以上研究結(jié)果，采用微觀數(shù)值模擬方法或直接在吼道中求解 程，從微觀角度開展 終得到不同條件下的地層滲透率的變化，尤其對低滲透油藏，當(dāng) 油時(shí)孔隙結(jié)構(gòu)或吼道的微小變化可能導(dǎo)致滲透率的變化。 儲(chǔ)層物性變化的物理化學(xué)模型研究：根據(jù) 儲(chǔ)層巖石、地層水以及原油作用所引起的儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率的變化規(guī)律，建立 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率改變的物理化學(xué)模型。 油的宏觀數(shù)值模擬研究：根據(jù)上述研究結(jié)果 ，提出 油的滲流方程，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格及有限體積離散方法，對 油進(jìn)行宏觀數(shù)值模擬研究，并從宏觀角度揭示 油滲流機(jī)理。 （ 4） 相 /非混相驅(qū)油在多孔介質(zhì)中的滲流規(guī)律及主控因素 針對 多孔介質(zhì)中的滲流規(guī)律開展混相和非混相的條件研究，建立基于典型原油組分的混相壓力數(shù)學(xué)表征方法，并形成 相和非混相在多孔介質(zhì)中的滲流數(shù)學(xué)模型，尋求一維驅(qū)替和二維平面物理模擬實(shí)驗(yàn)的數(shù)值反演方法，針對 多孔介質(zhì)滲流過程中的混相和非混相現(xiàn)象進(jìn)行滲流特征的主控因素研究，描述混相和非混相條件下多孔介質(zhì) 流的影響因素。 典型原油組分的 相壓力數(shù)學(xué)表征方法：不同原油組分的原油與 立 相壓力數(shù)學(xué)表征方法。 考慮混相和非混相時(shí)多孔介質(zhì)中 分區(qū)滲流數(shù)學(xué)模型：基于混相壓力為控制邊界的多孔介質(zhì)中 相滲流數(shù)學(xué)模型；考慮混相和非混相時(shí)多孔介質(zhì)中 分區(qū)滲流數(shù)學(xué)模型。 多孔介質(zhì)中 流的數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法：多孔介質(zhì)中 分區(qū)滲流數(shù)學(xué)模型的求解； 維驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法； 維平面物理模擬實(shí)驗(yàn)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法。 多孔介質(zhì)中 流規(guī)律的主控因素：影響多孔介質(zhì)中 相和非混相滲流條件的主控因素；基于多孔介質(zhì)中的 相 /非混相滲流規(guī)律的研究，通過分析不同因素（流體性質(zhì)、儲(chǔ)層特征、注采條件等）對 相半徑、滲流能力、壓力分布、驅(qū)油效率的影響，篩選影響 相、非混相在多孔介質(zhì)中滲流的主控因素，總結(jié)影響多孔介質(zhì)中 流效果的主控因素。 （ 5） 油流度控制設(shè)計(jì)原理與擴(kuò)大波及體積方法 儲(chǔ)層流體在孔隙和裂縫中的流動(dòng)與滲流機(jī)理：研究 地層條件下、不同滲透性、不同孔隙類型以及不同巖性的多孔介質(zhì)中的滲流特性，揭示其