钠金属电池因其高理论比容量(1 166 mA·h/g)和低还原电势(-2.71 V(vs.SHE))成为新一代高能量密度储能体系的有力候选。然而,钠金属负极在循环过程中存在易形成枝晶、界面副反应剧烈、固体电解质界面膜(SEI)不稳定等问题,严重制约了其实际应用进程。为实现钠金属电池的稳定高效运行,构建稳定的负极界面成为研究的关键方向。近年来,研究者从电解液优化、人工界面膜构建、固态/凝胶电解质应用、合金化策略等角度出发,提出了一系列界面调控方法。系统梳理了钠金属负极界面稳定性的研究进展,重点讨论了界面调控策略的作用机制及其对电化学性能的影响,并对当前面临的挑战与未来发展方向进行了展望。
探究了制备方法对Beta沸石负载磷镍催化剂中活性组分存在状态的影响,进而开发了高效的糠醛选择性加氢催化剂。首先,通过不同方法在Beta沸石上逐步引入Ni和P,制备了Beta沸石负载磷镍催化剂;然后,利用多种手段表征了各催化剂中活性金属Ni组分的存在状态;最后,评价了各催化剂的糠醛选择性加氢反应性能。结果表明,原位水热法引入的Ni物种均匀分布在沸石孔道中,通过机械混合法引入的P在还原过程中进入孔道与Ni作用形成了Ni2P物种;P?Ni@Beta中Ni2+的相对含量高,表明其具有较强的金属?载体相互作用;P?Ni@Beta催化剂中,C-O拉伸频率发生蓝移,表明Ni与P之间的电子相互作用会降低Ni周围的外电子密度;P?Ni@Beta催化剂中,Ni δ+作为L酸中心可以高效催化糠醛选择性加氢反应,在温度为110 ℃、H2压力为1 MPa的条件下反应1 h,可获得68.6%的糠醇收率。
采用“一锅合成法”制备了油溶性硫化钼催化剂(MS?1),并通过XRD、FT?IR、XPS、HR?TEM等方法对MS?1催化剂进行了表征;以油酸甲酯和废弃油脂(地沟油,磷、氯和总金属的质量分数分别为18.14、138.80、173.60 μg/g)为原料,在高压釜中评价了该催化剂对油酸甲酯的加氢脱氧性能以及对废弃油脂的加氢净化能力。结果表明,催化剂在反应过程中原位生成了具有二维单层结构的MoS2活性中心;合成的催化剂表现出优异的综合性能;在催化剂质量分数为380 μg/g、反应温度为360 ℃、初始H2压力为4.0 MPa、反应时间为3.0 h的条件下,油酸甲酯和地沟油的脱氧率分别为99.2%和99.7%,其中地沟油的酸值、溴价分别由173.60 mgKOH/g、117.70 gBr/(100 g)大幅下降至5.28 mgKOH/g和5.65 gBr/(100 g);磷、氯及总金属的脱除率分别达到92.17%、93.87%、96.92%。
微观孔喉结构是致密砂岩储层研究的重点和难点。针对鄂尔多斯盆地姬塬地区长6致密砂岩,运用铸体薄片、扫描电镜及恒速压汞实验,并引入分形理论对其孔喉特征进行了研究。结果表明,致密砂岩孔喉分为大尺度和小尺度两种类型;大尺度孔喉以溶蚀孔、复合孔和弯片状喉道为主,孔喉储集空间较大,变形明显,非均质性强,分形维数较大;小尺度孔喉受压实、胶结作用强烈,以粒间孔、晶间孔和缩颈状喉道为主,孔喉空间变形较少,非均质性弱,分形维数较小;分形维数与有效储集空间有较好的正相关性,储集性越好,非均质性强,分形维数越大;分形维数与孔喉结构参数之间也存在较好的相关性,孔喉分布不均匀,连通性越差,分形维数越大;黏土矿物质量分数是影响孔喉分形维数大小的重要因素,同时也反映储层的质量和孔喉特征。
针对四川页岩气水平井采用常规暂堵材料封堵孔眼时暂堵压力涨幅不明显、低压差易脱落而导致封堵效果差等问题,制备了可封堵孔眼的长效和短效暂堵绳结,并对其降解性能、承压封堵性能进行了评价;探索了加入方式对其封堵效率的影响,并研制了暂堵绳结加入装置,形成了页岩气绳结暂堵压裂技术体系。结果表明,在温度为90 ℃的聚合物滑溜水压裂液中,长效暂堵绳结在83 h内的降解率小于10%,174 h后降解率大于99%,短效暂堵绳结在5 h内的降解率小于10%,24 h后降解率大于99%;两种暂堵绳结的静态承压能力均大于50.0 MPa,动态封堵率均在90%以上;加入装置单次最大加入量为18~20 mm的暂堵绳结60个,加入速率在1~60个/min内可调;该技术在页岩气水平井宁A井开展了套变段段间暂堵分段实验5段和段内暂堵实验6段,暂堵后平均压力升幅分别为9.0、5.6 MPa,现场微地震监测结果显示暂堵前后事件点差异明显,验证了技术的有效性。
微生物腐蚀是导致海洋工程装备失效的一个重要原因。采用电化学方法和慢应变速率拉伸试验(SSRT)评价了阴极保护(CP)对X70管线钢在含硫酸盐还原菌(SRB)的海洋环境中腐蚀行为的影响;结合微观表征分析了X70管线钢在含SRB的海洋环境中的应力腐蚀开裂(SCC)机制。结果表明,当CP电位为-0.775、-0.850 V时,能够促进SRB生长;当CP电位为-1.000 V时,在促进SRB繁殖的同时,加速SRB进入衰亡期;当无外加应力时,X70管线钢在含SRB的海洋环境中的最佳CP电位为-0.850 V;当无CP电位时,X70管线钢的SCC机制为海洋环境导致的阳极溶解和SRB导致的氢致开裂共同作用的混合机制;当CP电位为-0.775、-0.850 V时,SCC机制为SRB主导的氢致开裂;当CP电位为-1.000 V时,SCC机制为海洋环境导致的阳极溶解和CP电位导致的氢致开裂共同作用的混合机制;SRB和CP协同作用显著提高了X70管线钢在海洋环境中的氢脆敏感性。
针对大港K油田G断块注入水矿化度高、油藏温度高、油藏层数较多等特征,进行了耐温抗盐聚合物和表面活性剂优选实验,并在此基础上开展了聚合物溶液和聚合物?表面活性剂二元复合驱油体系(简称聚/表二元驱油体系)在层内多层系岩心模型上的驱油效果研究。结果表明,三种不同类型的聚合物中,疏水缔合聚合物具有较好的增黏效果,与HSY、DWS相比,用DG?1表面活性剂配制的聚/表二元驱油体系界面张力可降至10-3 mN/m;模型层系组合相同的条件下,聚/表二元驱油体系采收率增幅大于聚合物溶液,其中,渗透率级差为10的三层模型上,聚/表二元驱油采收率增幅提高1.43个百分点;在驱油剂相同的条件下,随模型渗透率级差增加,采出液中聚合物和表面活性剂的质量分数和黏度升高;当渗透率级差相同时,模型层系越多,水驱采收率越高,化学驱和后续水驱采收率越小,最终采收率接近。
由于稠油油藏高孔高渗储层特点及高强度注采工况,蒸汽驱开发中后期热流体窜流、含水率突升、开采效果变差等矛盾日益突出,迫切需要借助新技术进一步增效。通过数值模拟、室内模拟实验等手段研究了热流体的温度场、饱和度场等变化规律,并在此基础上开展了热化学?气体交替驱技术的研究。结果表明,薄层稠油油藏吞吐转驱开发中后期,井组内部分井出现热联通现象,温度场扩展半径达100~140 m,含水率升高至74%;油藏加热区与未加热区的面积占比达到1∶1,未加热区剩余油富集且未得到有效动用。通过优化高温强化泡沫、耐高温低黏固结凝胶复合体系,其封堵率可达97.0%以上,实现高效液流转向,进而有效动用富集剩余油。提出了一种依托地层内剩余热量加上热水补充热量、结合烟道气等气体交替驱的工艺,数值模拟结果表明采收率可提升2.00个百分点左右。
CO2泡沫压裂液具有耗水量低、储层伤害小、改造效果好的优点,特别适用于水敏性非常规页岩油气及煤岩气的开采。为解决传统CO2泡沫压裂液稳定性差的问题,采用片状结构纳米氧化石墨烯(GO)改性CO2泡沫压裂液,使用密闭反应釜配制CO2泡沫压裂液;通过观测法研究泡沫半衰期随表面活性剂种类的变化规律,并以此为依据进行了配方优选;研究了表面活性剂种类、浓度及温度对CO2泡沫压裂液稳定性的影响。结果表明,十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)体系中加入纳米GO后会产生大量絮凝物,无法实现稳泡效果,而α?烯基磺酸(AOS)体系与纳米GO的配伍性良好;0.50%AOS+1.00%NaCl+0.25%GO(以上百分数均为质量分数)这一配方的泡沫质量较高,且纳米GO的加入显著提高了泡沫体系的耐温性能。借助Materials Studio软件构建泡沫液膜模型,开展分子动力学模拟,从分子层面揭示纳米GO的协同稳泡机制及失效原因,为油气藏的开发提供了一定的理论依据和技术支撑。