电催化CO2还原制甲醇及机器学习赋能

摘要:随着全球对二氧化碳排放的关注日益增加,电催化二氧化碳还原(ECO2R)制甲醇在碳达峰背景下显得尤为重要。然而现有ECO2R催化剂在活性、选择性和稳定性等方面仍存在一些挑战,限制了其实际应用,这使得开发高效催化剂成为该领域的核心研究方向。传统的催化剂设计是通过试错法进行,效率低下。因此,需要寻找新的加速催化剂开发的方法。随着AI的快速发展,机器学习逐渐成为推动催化剂研发的重要工具。本文系统综述了ECO2R制甲醇的反应机理,总结了近年来铜基、非铜基及酞菁基催化剂的最新研究进展。最后介绍了机器学习应用的基本程序,从数据收集到模型验证,并重点阐述了其在催化剂活性预测、催化剂设计及优化方面的应用。尽管机器学习在ECO2R研究取得了显著进展,但仍存在若干挑战,包括数据稀缺、模型可解释性不足以及缺乏通用预测框架等。未来研究应致力于构建高质量的催化剂数据库,提升模型的可解释性和泛化能力。本综述旨在为ECO2R制甲醇的催化剂设计提供全面的视角,并强调机器学习在推动该领域实现突破性进展中的关键作用。

输油气管道机器人研究现状与展望

摘要:油气运输管道因长期服役于油、气混合物及H2S等环境中,极易产生应力,进而导致裂纹或其他形式损伤,定期对管道进行检测和维修已成为行业共识。为了促进我国管道检测机器人的技术发展,为油气管道运行提供安全保障,以被动式管道机器人、主动式管道机器人及管道外机器人为主,综述了近年来油气管道机器人的总体技术趋势,介绍了管道机器人的结构分类、检测方式,并对比了各种管道机器人的综合性能、适用管况及现场适用性。指出被动式和轮式油气管道机器人相较于其他几种行走机器人有较大优势,是未来管道机器人发展的主流趋势;未来油气管道检测机器人应重点解决功能问题、通信问题、图形识别问题、定位问题及检测技术受限问题。

二氧化碳长输管道关键技术进展与发展方向

摘要:随着“双碳”战略目标的深入推进,建设大规模CO2 输送管网已成为实现“碳中和”目标的紧迫需求,然而中国CO2 管输技术起步较晚,面临工业源CO2 组分复杂、输送相态控制难、腐蚀与安全机理不清、技术标准体系空白等多重挑战,制约了产业化的高质量发展。为此,依托国家“十四五”规划重点研发计划及“齐鲁石化- 胜利油田”百万吨级碳捕集利用与封存(CCUS)示范工程,综合考虑多杂质耦合、变工况运行及复杂地形条件,系统研究了超临界CO2 管输过程中的流动保障、腐蚀机理与控制、管道安全止裂等关键科学问题,建立了含杂质CO2 物性计算、水热力仿真、腐蚀预测及泄漏扩散等多套模型。研究结果表明:①明确了H2O、O2、CH4、N2 等关键杂质对CO2 相态及物性的影响规律,建立了适用于工程设计的杂质含量控制指标;②揭示了多杂质条件下CO2 腐蚀机理,创新性开发了以智能阴极保护系统为核心的腐蚀防控技术,使管道实测腐蚀速率低于0.03 mm/a ;③阐明了超临界CO2 管道减压波及裂纹扩展特性,提出了基于全尺寸试验的管道止裂韧性评估方法;④研制了国产化液态CO2 管输增压泵、密相注入泵等关键装备,并构建了初步的CO2 管输技术标准体系。结论认为:①所形成的技术体系与工程实践,可以为保障中国未来超临界CO2 长输管道的安全、高效、规模化建设与运行提供核心理论支撑与技术借鉴,有力支撑区域CCUS 产业集群基础设施建设;②展望“十五五”规划,建议从国家层面加强顶层设计,持续攻关高精度仿真、人工智能(AI)防腐、多源管网优化等前沿技术,加快完善全链条标准规范,并超前布局陆海联输管网规划,为实现2060 年“碳中和”目标奠定坚实的基础。

在役天然气管道掺氢应力腐蚀开裂研究进展及展望

摘要:【目的】全球氢能需求正大幅增长,对氢气输送技术提出了新要求。在现有技术路径中,利用已建成的天然气管道开展掺氢输送,是一种兼具经济性与高效性的解决方案。但该输送方式也面临诸多挑战,尤其在复杂腐蚀环境中,管道易出现应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking, SCC)风险。通过研究氢-腐蚀-应力耦合作用下管道的 SCC行为,可为掺氢天然气管道的安全评估与防护提供理论依据及实践指导。【方法】阐述了应力腐蚀的阳极溶解机理(包括氧化膜开裂、滑移溶解、膜致脆断等),探讨氢致开裂机理,并分析了材料因素(元素含量、夹杂物、微观结构等)、环境因素(温度、外加电位、腐蚀介质、pH 值等)、应力因素(残余应力、膜致应力等)及气态氢对管道 SCC 行为的影响规律。【结果】氢的掺入会降低管道材料韧性,显著加剧管道 SCC 风险。材料的微观组织、加工工艺及力学性能均会影响其氢脆敏感性:含碳量增加会提升材料脆性,晶界碳化物的存在则会加速SCC进程;温度、外加电位及腐蚀介质的变化对管道 SCC 敏感性的影响无统一规律,需结合管道材料特性开展多因素耦合分析;在应力层面,残余应力与膜致应力在氢-腐蚀-应力的共同作用下,会显著促进裂纹形核与扩展,进而加速管道发生SCC。【结论】当前在掺氢天然气管道SCC风险评估与管理方面的研究存在不足,尤其在掺氢比确定、安全性评估、相关技术工艺优化等领域。未来需重点关注氢能管道输送技术的核心问题,主要包括管材相容性验证、管道寿命预测、氢能管道输送技术标准体系的建立与完善等,可为在役天然气管道掺氢输送提供更有力的保障,推动氢能大规模应用。

渗吸置换提高原油采收率研究进展

摘要:渗吸置换作用已逐渐成为非常规油藏和低渗、特低渗裂缝性油藏提高原油采收率的一种重要方式,大量裂缝的存在及细小孔隙发育为渗吸作用的发生创造了有利条件。首先,基于毛细管压力与重力对渗吸的贡献程度,对渗吸模式进行分类;而后,主要聚焦于影响渗吸的各类因素,详细阐述如储层类型、孔渗物性、边界条件、流体(包括原油与渗吸液体)性质等因素对渗吸的影响规律及作用机制,总结了目前使用的研究渗吸的各种实验手段;最后,根据渗吸作用的研究进展,探讨在实验条件确定、黏土水化影响、界面张力优化和渗吸模式选择等方面所面临的问题,并对这些问题的研究前景进行展望。

油田采出水过滤器滤料高效清洗剂的研制与应用

摘要:以脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠和十六烷基三甲基氯化铵为原料制备了一种滤料清洗剂,利用接触角测试、界面张力测试等方法评价了该滤料清洗剂的性能,并在东部某油田注水站进行了现场试验。实验结果表明,该滤料清洗剂具有良好的润湿性调控性能,可将被原油污染的基材表面恢复至亲水;有效含量为1~5 g/L 时可将油水界面张力降至10-3 mN/m 数量级,具有高界面性能;对原油具有良好的乳化增溶能力;对被污染的滤料进行动态清洗,洗油效率约99%。现场试验结果显示,经该滤料清洗剂处理后过滤罐的前后压差明显降低,后端滤出水含油量不大于5 mg/L,达到良好的恢复滤料性能的效果。

125ksi超级马氏体油管成分-组织-性能-工艺综合控制技术

摘要:125ksi钢级15Cr超级马氏体不锈钢具有优良的高强度、高韧性匹配与耐CO2腐蚀性能,是深度>7 000 m深井油井管的候选材料。从成分设计、生产工艺、组织调控等方面,论述了15Cr超级马氏体不锈钢油管的高强高韧综合控制技术。成分控制方面,采用无δ 铁素体成分设计,w[Cr]取15%,w[Ni]取6. 5%~7%,w[C]取0. 01%~0. 03%,w[Cu]取1. 25%~1. 5%,Cr、Ni元素合理匹配是降低δ铁素体含量的主要因素,C、Cu含量的合理匹配是获得高强高韧力学性能的关键因素。冶炼工艺方面,研究了电弧炉钢杂质元素的影响,结果表明,V、N、Al杂质元素会增加15Cr钢的硬度,将回火温度提高至550~575 ℃,能够降低硬度保证韧性。热加工成型方面,通过热变形试验,获得了15Cr钢的动态再结晶规律,制定了无缝管热穿孔成型变形温度1 100~1 150 ℃,能够获得细小的再结晶晶粒。组织性能调控方面,通过热处理工艺研究,确定了正火温度采用950~980 ℃,即能保证晶粒尺寸不明显长大,又能获得高强度与高韧性的匹配。

热采井中油套管钢的腐蚀行为

摘要: 采用高温高压反应釜模拟稠油热采CO2和H2S腐蚀环境,研究了热采井油套管钢110H、L80-3Cr、L80-9Cr和L80-13Cr在此环境中的腐蚀行为。结果表明,在单一CO2腐蚀环境中,随着温度的升高,4种油套管钢的均匀腐蚀速率均增大,80℃时随着油套管钢中铬含量的增加,均匀腐蚀速率降低。在CO2和H2S共存腐蚀环境中,油套管钢的均匀腐蚀速率随 CO2和H2S分压比p(CO2)/p(H2S)的变化呈现不同的规律:80℃时,随着p(CO2)/p(H2S)增大,110H和L80-3Cr的均匀腐蚀速率逐渐增大,而L80-9Cr和L80-13Cr呈现先增大后减小的趋势;150℃时,随着p(CO2)/p(H2S)增大,4种油套管钢的均匀腐蚀速率先增大后减小。在300℃和350℃的CO2和H2S共存腐蚀环境中,L80-9Cr和L80-13Cr的耐蚀性远远优于L80-3Cr和110H。

中国页岩气研究与发展20年:回顾与展望

摘要:中国页岩气科学研究和勘探开发已历经20 年,创新形成了以中国南方海相页岩气富集规律为代表的诸多理论与认识,支撑了国内页岩气产业健康快速发展,2023 年中国页岩气产量达250×108 m3,在当年全国天然气总产量中的占比超过10%,页岩气已经成为中国天然气产量增量的主力军之一。为了给中国页岩气产业高质量发展提供借鉴和参考,系统回顾了国内页岩气科学研究和勘探开发历程,归纳总结了富有机质页岩发育机理、页岩气优质储层特征及其成因机制、页岩气源—储协同演化机制、页岩气赋存机理与含气性评价、页岩气富集高产机理与评价、页岩气储层改造、页岩气开采等理论和技术进展,分析研判了面临的技术难题和挑战,指出了海相/ 陆相/ 海陆过渡相页岩气富集高产机理、基于动态演化过程的页岩气富集区评价方法、低丰度页岩气高效开发技术以及提高页岩气采收率技术等4 个亟需攻关的研究方向。进而针对中国页岩气商业化勘探开发所面临的挑战,提出以下建议:从新区新领域、老区挖潜及提高采收率现场试验等方面开展页岩气勘探开发攻关探索,以期早日实现中国页岩气多领域多层系、由点到面的大突破和大规模高效勘探开发,全方位推进中国页岩气革命,提升能源高效供给能力,保障国家能源供应安全。

环保型溶剂油发展趋势分析

摘要:综述了按烃族组成分类的高品质环保型溶剂油(正构烷烃溶剂油、异构烷烃溶剂油和环烷烃溶剂油)的生产技术、市场现状和发展趋势,结合3类产品的特性、用途、生产原料、生产工艺和性能参数,分析了其各自的发展前景。详述了合成异构烷烃溶剂油的发展现状、技术原理和性能指标,论述了合成异构烷烃溶剂油在环保性、生物友好性等方面的优越性;对比了现行的几种异构烷烃溶剂油的生产工艺,论证了国内现阶段发展合成异构烷烃溶剂油的经济前景和可行性,对国内环保型溶剂油的发展提出了建议。